به گزارش اتونیوز، توربوشارژرها سالهاست برای افزایش توان موتورهای دیزلی استفاده میشوند. توربو متغیر نسل پیشرفتهتری از این فناوری است که عملکرد موتور را در شرایط مختلف کاری دقیقتر کنترل میکند.
در موتورهای دیزلی سنگین به ویژه موتور کامیونها، قدرت فقط به معنی اسب بخار بیشتر نیست. یک کامیون باید بتواند با بار سنگین در مسیرهای طولانی، سربالاییها، شرایط آب و هوایی مختلف و دورهای پایین عملکردی پایدار و قابل اعتماد داشته باشد. به همین دلیل در طراحی موتورهای کامیون عواملی مانند گشتاور، مصرف سوخت، دوام، آلایندگی و پاسخدهی موتور اهمیت بسیار زیادی دارند.
یکی از فناوریهایی که برای بهبود این ویژگیها در برخی موتورهای دیزلی مدرن استفاده میشود توربوشارژر هندسه متغیر یا توربو متغیر است. این سیستم در زبان انگلیسی با نام Variable Geometry Turbocharger یا به اختصار VGT شناخته میشود.
توربوشارژر چیست؟
توربوشارژر قطعهای است که از انرژی گازهای خروجی اگزوز برای فشردهسازی هوای ورودی موتور استفاده میکند. در موتور دیزلی هرچه هوای بیشتری وارد سیلندر شود، امکان احتراق بهتر و تولید قدرت و گشتاور بیشتر فراهم میشود.
در توربو گازهای داغ خروجی از موتور، توربین را میچرخانند. این توربین از طریق یک محور به کمپرسور متصل است. با چرخش توربین کمپرسور نیز میچرخد و هوای ورودی را فشرده کرده و به داخل موتور میفرستد. این فرایند باعث میشود موتور بدون افزایش زیاد حجم و وزن، نیروی بیشتری تولید کند.
مشکل توربوهای معمولی
توربوهای معمولی یا ثابت یک محدودیت مهم دارند. در این نوع توربوها، مسیر عبور گازهای اگزوز به سمت توربین ثابت است و تغییر نمیکند. در دورهای پایین، چون حجم گاز اگزوز کم است توربین دیرتر دور میگیرد و موتور با تأخیر به فشار بوست مناسب میرسد.
این تأخیر با نام لگ توربو شناخته میشود. در کامیونهای سنگین لگ توربو میتواند هنگام شروع حرکت، عبور از سربالایی یا حمل بار سنگین کاملا محسوس باشد. از طرف دیگر اگر توربو برای عملکرد بهتر در دور پایین طراحی شود، ممکن است در دورهای بالا باعث ایجاد فشار برگشتی زیاد در اگزوز شود و راندمان موتور را کاهش دهد.
توربو متغیر چگونه کار میکند؟
توربو متغیر برای حل همین مشکل طراحی شده است. در این سیستم، مجموعهای از پرهها یا نازلهای متحرک در بخش توربین قرار دارند که میتوانند مسیر عبور گازهای اگزوز را تغییر دهند.
در دورهای پایین، این پرهها مسیر گاز را تنگتر میکنند تا سرعت جریان گاز افزایش یابد و توربین سریعتر بچرخد. در نتیجه، موتور زودتر به فشار بوست مناسب میرسد و گشتاور بیشتری در دور پایین تولید میکند.
در دورهای بالاتر شرایط تغییر میکند. در این حالت حجم گازهای اگزوز زیاد است و اگر مسیر عبور گاز تنگ بماند فشار اضافی در سیستم اگزوز ایجاد میشود. توربو متغیر در این شرایط پرهها را بازتر میکند تا گازها راحتتر عبور کنند و فشار برگشتی کاهش یابد.
در موتورهای مدرن عملکرد توربو متغیر معمولاً توسط واحد کنترل الکترونیکی موتور یا ECU مدیریت میشود. ECU اطلاعاتی مانند دور موتور، فشار هوای ورودی، دمای موتور، موقعیت پدال گاز، فشار اگزوز و بار موتور را از سنسورها دریافت میکند.
بر اساس این اطلاعات ECU موقعیت پرههای توربو را تنظیم میکند. این تنظیم ممکن است با عملگر برقی، پنوماتیکی یا هیدرولیکی انجام شود. بنابراین توربو متغیر فقط یک قطعه مکانیکی ساده نیست، بلکه بخشی از سیستم مدیریت هوشمند موتور محسوب میشود.
مزایای توربو متغیر در کامیون
یکی از مهمترین مزایای توربو متغیر، بهبود گشتاور و کشش کامیون در دورهای پایین است. وقتی کامیون با بار سنگین حرکت میکند، نیاز به گشتاور بالا دارد. VGT کمک میکند موتور سریعتر هوای فشرده کافی دریافت کند و بدون تاخیر زیاد، نیروی لازم را تولید کند.
این موضوع در شروع حرکت، عبور از سربالایی و رانندگی در مسیرهای سخت بسیار مفید است. علاوه بر این چون موتور میتواند در دورهای پایینتر عملکرد بهتری داشته باشد در برخی شرایط مصرف سوخت نیز بهینهتر میشود. توربو متغیر همچنین باعث کنترل دقیقتر فشار بوست و عملکرد متعادلتر موتور در شرایط مختلف کاری میشود.
نقش توربو متغیر در کاهش آلایندگی
توربو متغیر در کنترل آلایندگی نیز نقش مهمی دارد. در موتورهای دیزلی جدید، سیستمهایی مانند EGR و SCR برای کاهش آلایندهها استفاده میشوند. VGT با کنترل بهتر فشار اگزوز و هوای ورودی به عملکرد دقیقتر این سامانهها کمک میکند.
احتراق بهتر نیز میتواند باعث کاهش دود و ذرات معلق شود. به همین دلیل استفاده از توربو متغیر در بسیاری از موتورهای مدرن با هدف هماهنگی بهتر با استانداردهای آلایندگی انجام میشود.
معایب و حساسیتهای توربو متغیر
با وجود مزایای زیاد، توربو متغیر نسبت به توربوی ثابت پیچیدهتر است. این سیستم قطعات متحرک بیشتری دارد و به همین دلیل نگهداری و عیبیابی آن حساستر است. پرههای متغیر ممکن است در اثر دوده، رسوبات اگزوز، روغن نامناسب یا نگهداری ضعیف دچار گیرکردگی شوند.
خرابی عملگر، سنسورها یا مکانیزم داخلی توربو میتواند باعث افت قدرت، افزایش مصرف سوخت، دود غیر عادی، تاخیر در پاسخ موتور یا روشن شدن چراغ خطای موتور شود. البته همیشه مشکل از خود توربو نیست و عواملی مانند نشتی هوا، خرابی سنسور، گرفتگی فیلتر هوا یا ایراد در سیستم EGR نیز میتوانند علائمی مشابه ایجاد کنند.
نکات مهم در نگهداری
برای افزایش عمر توربو متغیر، استفاده از روغن مناسب و تعویض بهموقع روغن و فیلترها اهمیت زیادی دارد. روغن وظیفه روانکاری و خنککاری توربو را برعهده دارد و کیفیت پایین آن میتواند به محور و یاتاقانهای توربو آسیب بزند.
سلامت فیلتر هوا، بررسی نشتیهای مسیر ورودی، توجه به کیفیت سوخت و کنترل سیستمهای مرتبط با اگزوز نیز بسیار مهم است. همچنین پس از کار سنگین موتور بهتر است پیش از خاموش کردن موتور مدت کوتاهی درجا کار کند تا دمای توربو کاهش یابد و روغن فرصت خنک کاری داشته باشد.
جمع بندی
توربو متغیر یا VGT فناوریای است که با تغییر مسیر گازهای اگزوز، عملکرد توربو را در شرایط مختلف کاری بهینه میکند. این سیستم در دورهای پایین باعث پاسخ سریعتر موتور و تولید گشتاور بهتر میشود و در دورهای بالا از ایجاد فشار اضافی در اگزوز جلوگیری میکند.
در برخی کامیونهای ولوو از توربو متغیر یا فناوریهای مشابه استفاده شده است، اما وجود آن در همه مدلها قطعی نیست و به مشخصات فنی موتور بستگی دارد. بهطور کلی، توربو متغیر میتواند باعث کشش بهتر، کنترل دقیقتر بوست، مصرف سوخت مناسبتر و هماهنگی بهتر با استانداردهای آلایندگی شود. با این حال، این فناوری به نگهداری صحیح، روغن مناسب و عیبیابی دقیق نیاز دارد تا عملکرد قابلاعتماد و عمر طولانی داشته باشد.