یک شرکت تخصصی بدنه و قطعات خودرو به نام شرکت ((می فلاور)) ابداع کرده است که می تواند حجم وضریب کمپرس خود را در حین کارکرد تغییر دهد . این طرح کهe3 نام گرفته است هنوز در مراحل آغازین قرار دارد اما یک نمونه تک سیلندر آن مورد آزمایش قرار گرفته تا مشخص شود که آیا این طرح می تواند باعث کاهش مصرف سوخت و آلودگی هوا شود تا در صورت مثبت بودن نتایج به تولید نمونه های واقعی اقدام شود .
قابلیت تنظیم حجم و ضریب کمپرس موتور بدان معنی است که موتور می تواند خود را در هر لحظه با نیاز راننده و همچنین شرایط کارکرد خودرو (سرعت کم ؟ بار زیاد و غیره ) تطبیق دهد . کارشناسان شرکن می فلاور اظهار می دارند در شرایط عادی در 95 در صد موارد موتور فقط با بخشی از کل نیروی خود کار می کند و تنها در شرایط خاصی نیاز به تمام نیروی آن وجود دارد .
در موتور های رایج معمولی ، پیستون از طریق شاتون به میل لنگ متصل است و هنگامی که اتاقک احتراق بالای پیستون توسط سوخت و هوا منجر می شود انرژی آزاد شده ناشی از این انفجار پیستون را در کورس خود به سمت پایین می راند و باعث چرخش میل لنگ می شود . یاتاقانی که شاتون را به میل لنگ متصل می کند در زبان انگلیسی با نام «لنتهای بزرگ» (big - end) شناخته می شود . در موتور e3 رابط دیگری هم بین شاتون و میل لنگ وجود دارد و در واقع دو یاتاقان وظیفه تماس شاتون و میل لنگ را انجام می دهند . با تنظیم زاویه این اتصال در هنگام کارکرد موتور ، پیستون می تواند به میل لنگ نزدیک تر شده و یا از آن دورتر شود و با این عمل کورس پیستون ، به طور موثر تغییر می یابد . با این عمل کورس پیستون به طور موثر تغییر می یابد . با اعمال این تنظیم در حرکت رو به پایین پیستون ، حجم سفید سیلندر تغییر می کند ، بنابراین حجم کل موتور نیز کم یا زیاد می شود . در صورت اعمال این تنظیم بر روی حرکت رو به بالای پیستون می توان ضریب کمپرس موتور را نیز تغییر داد . این تنظیم ها با استفاده از ساز و کاری که هنوز جزئیات آن افشا نشده است و از طریق تغییر وضعیت بلوک هایی که بازوهای اهرم را نگه می دارند انجام می گیرد .
ویژگی منحصر بهفرد این طرح آن است که یاتاقان big – end در این موتور ، دیگر از حرکت دایره ای در موتورهای معمولی پیروی نمی کند بلکه مسیر حرکت آن به صورت بیضی است . شرکت می فلاور ادعا می کند مزیت این طرح آن است که سرعت حرکت پیستون در نقطه مرگ بالا (نقطه انفجار) کاهش یافته و در واقع زمان بیشتری را برای احتراق سوخت فراهم می نماید . چنین سیستم اتصالی باعث افزایش اثر اهرمی شاتون بر میل لنگ شده و در نهایت به افزایش گشتاور موتور منجر می شود . همچنین گفته می شود در نتیجه افزایش زمان احتراق سوخت ، انفجار کاملتر بوده و مصرف سوخت به میزان 40 در صد کاهش می یابد ، ضمن این که باعث کاهش 50 در صدی برخی از گازهای خروجی اگزونیز می گردد .
توربو شارژ و نقش آن در تقویت موتور
یکی از مطمئن ترین راهها برای افزایش توان و اسب بخار موتورها افزایش مقدار هوا و سوختی است که در سیلندر آنها می سوزد . برای این منظور افزودن تعداد سیلندر یا بزرگتر کردن هر یک از سیلندرها یکی از روشهاست . اما در بعضی از مواقع این کار امکانپذیر نیست . یک راه دیگر برای افزایش قدرت که ساده تر و با صرفه تر نیز هست استفاده از توربوو شارژر (Turbo charger) در موتور است . توربو شارژر ها می توانند قدرت و اسب بخار موتور را بدون آن که حجم و وزن آن زیاد شود تقویت کنند و این برترین خصوصیتی است که آنها را تا این حد ارزشمند و مهم کرده است .
امروزه هر جا که صحبت از خودروهای پر قدرت مسابقه ای و سوپر اسپرت می شود ، ناگزیر صحبت از توربوشارژرها نیز به میان می آید . زیرا تمامی این خودروهاحتی خودروهای خانوادگی وسدان های پر قدرت نیز از این وسیله برای افزایش توان موتور سود می برند . توربوشارژرها همچنین در اکثر موتورهای دیزل نیز نقش مهمی بازی می کنند.
یک توربوشارژراز دو قسمت اصلی تشکیل شده است : توربین و کمپرسور ، که توسط یک شفت به هم متصل هستند . این کمپرسور اساساً می تواند به طرق مختلفی به حرکت در آید . از جمله از طریق چرخ دنده که در اینحالت سوپر شارژر مکانیکی نامیده می شود.
روش دیگر به حرمت درآوردن کمپرسور ، استفاده از انرژی ذخیره شده در گازهای اگزوز حاصل از احتراق در موتور است که در این حالت سوپر شارژ مکانیکی نامیده می شود.
روش دیگر به حرکتدر آوردن کمپرسور ، استفاده از انرژی ذخیره شدهدر گازهای اگزوز حاصل از احتراق در موتور است که در این حالت به «توربو شارژ » معروف است .
توربو شارژ در حقیقت توربینی است که به وسیله گازهای اگزوز به حرکت در امده و یک کمپرسور گریز از مرکز را که توسط یک شفت به آن لینک شده است می چرخاند . کمپرسور نیز هوا را از مرکز تیغه هایش به داخل کشیده و توسط پره های خود ، در حین چرخش به بیرون پرتاب می کند .
کمپرسور معمولاً بین صافی و منیفولد هوای ورودی به موتور قرار دارد. در حالی که توربین بین منیفولد هوای خروجی موتور و انباره اگزوز قرار می گیرد . تمامی گازهای خروجی موتور (گازهای اگزوز ) از محفظه توربین می گذرد و انبساط این گازهای تحت فشار بر پره های توربین عمل می کند وموجب حرکتدورانی آنها می شود . این گازهای اگزوز را نیز خفه می کند و به این ترتیب در اکثر مورادی نیازی به استفاده از انباره اگزوز نیست .
تنها توانی که در مجموعه توربین و کمپرسور به هدر می رود مربوط به اصطکاک یاتاقانهای شفت است که بسیار ناچیز است . سرعت توربین در توربو شارژرها تا 150 هزار دور در دقیقه (RPM) بالغ می شود که حدوداً 30 بار سریع تر از دور موتور خودرو است . از انجایی که گازهای اگزوز نیز گرم هستند و به صورت تناوبی وارد می شوند دمای توربین بسیار بالا می رود . به منظور به دست آوردن سرعت 150 هاز دور در دقیقه و بالاتر از ان درموتور شارژرها ، شفت توربین باید با دقت بسیار زیادی یاتاقان بندیشود . اغلب یاتاقانهای غلتشی و بلبرینگ ها در چنین سرعتی از هم گسیخته و نابود می شوند . بنابراین اکثر توربو شارژرها از یاتاقانهای لغزشی روغنی استفاده می کنند . این نوع یاتاقانها ، شفت را در لایه نازکی از روغن که دائماً به اطراف آن پمپ می شود نگه می دارند . این عمل دو هدف را تامین می کند :
شفت و دیگر اجزای توربو شارژر را خنک نگه می دارد .
به شفت اجازه می دهد که بدون ایجاد اصطکاک قابل توجه ، با سرعت زیاد بچرخد .
به طور معمول توربوشارژرها فشار هوا را به اندازه شش تا هشت پوند بر اینچ (Psi) فشرده تر می کنند . از انجا که فشار معمولی اتمسفر (Psi) 7/14 پوند بر اینچ در سطح دریا است ، خواهیم دید که با این روش می توان 50 ر صد بیشتر هوا وارد موتور کرد. بنابراین انتظار خواهیم داشت به قدرت خودرو نیز 50 درصد افزوده شود . البته افزایش بازدهی واقعی بین 30 تا 40 در صد و بسیار قابل توجه است .
یکی از مزایای ارزشمند توربو شارژرها ، کمکی است که در ارتفاعات و مناطق مرتفع ، که غلظت هوا کم است به موتور می کنند . در ارتفاعات موتورهای معمولی دچار کاهش شدید قدرت می شوند ، زیرا برای هر مکش ، پیستون جرم کمتری از هوا را به داخل سیلندر می کشد و حتی در صضورت افزایش مقدار سوخت پاشیده شده به داخل سیلندر نیز به علت فقدان اکسیژن کافی ، احتراق کامل صورت نمی گیرد . بنابراین مساله رقیق بودن هوا موجب کم شدن قدرزت موتور در بلندیها و نقاط با فشار هوای کم می شود که توربو شارژرها با کمپرس کردن و افزایش جرم هوای ورودی به موتور این نقصیه را جبران می کنند .
سیستم سوخت رسانی انژکتوری در خورو متکی بر سنسورهایی است که شاخصهای گوناگونی از جمله مقدار اکسیژنموجود در گاز اگزوز را در خودرو اندازه می گیرد پس در صورت اضافه شدن سیستم توربو به این خودروها ، سیستم سوخت رسان به طور اتوماتیک مقدار سوختی را که باید توسط انژکتور به سیلندر پاشیده شود افزایش می دهد . البته یک توربو شارژر با قدرت تقویت بالا به یک خودرو انژکتوری افزوده شود ،ممکن است سیستم سوخت رسان خودرو قادر به تزریق سوخت کافی به سیلندر ها نباشد . این پدیده از عدم توانایی پمپ سوخت یا انژکتورها جهت انتقال حجم بالای سوخت ناشی می شود . در این موارد باید برای به دست آوردن حداکثر قدرت بازدهی ، سیستم سوخت رسانی نیز با توربو شارژر سازگاری پیدا کند .
تقویت بیش از حد
از آنجا که هوا توسط توربو شارژر تحت فشار قرار می گیرد و سپس در سیلندر نیز توسط پیستون چندین برابر کمپرس می شود خطر ایجاد پدیده ضربه در موتور افزایش می یابد . پدیده ضربه هنگامی بالا رود که سوخت وارد شده قبل از جرقه زدن شمع هادر سیلندر بسوزد . به همین دلیل اغلب خودروهای دارای توربو شارژر نیاز به سوختهای با درجه اکتان بالا دارند . باید دقت شود در صورتی که فشار کمکی توربو شارژر نسبت به موتور خیلی بالا باشد باید تا حدی نسبت تراکم موتور کاهش یابد تا پدیده ضربه رخ ندهد .
کندی یا تنبلی توربو
یکی از مشکلات بزرگ توربوشارژرها این است که هنگامی که راننده پا را روی پدال گاز فشار می دهد ، توربو بلافاصله عمل نمی کند ، بلکه چند ثانیه طول می کشد تا توربین به سرعت کافی برسد و عمل تقویت را شروع کند که نتیجه آن یک تاخیر زمانی در هنگام فشرده شدن پدال گاز و کندی یا تنبلی توربو معروف است . یکی از راههای اصلاح کندی توربو کاهش اینرسی قطعات دوران کننده ان یا کاهش وزن آنها است . این کار موجب می شود که توربین و کمپرسور شتاب بگیرند و عمل تقویت را سریعتر شروع کنند . یکی از روشهای کاهش اینرسی توربین و کمپرسور کوچکتر ساختن آنها است . یک توربو شارژر کوچک سریعتر و در دور پایین تر موتور عمل می کند . اما از این ضعف را دارد که در دورهای بالای موتور که حجم بسیار بالایی از هوا را می طلبد تقویت زیادی ایجاد نمی کند . همچنین د رتوربو شارژر های کوچک رسیدن به سرعتهای بسیار بالا در دورهای بالای موتور که در ان حجم بالایی از گازهای اگزوز از توربین می گذرد ، می تواند خطر آفرین باشد .
برای رفع این معضلات و استفاده بهینه چه در دورهای بالا و چه در دورهای متوسط، اصطلاحات دیگری نیز انجام شدخه است . از جمله :
استفاده از دریچه فرعی
یکی از راهای استفاده از توربو شارژر های کوچک تعبیه یک دریچه فرعی در آنها است . هم اکنون اکثر توربو شارژرهای خودرو از دریچه فرعی سود می برند و به این ترتیب جلوی چرخش خیلی سریع توربین در دورهای بالای موتور گرفته می شود . دریچه فرعی در حقیقت سوپاپی است که به هنگام بالا رفتن بیش از حد فشار هوای کمپرس شده باز می شود و به گازهای اگزوز اجازه می دهد بدون برخورد با پره های توربین از آن خارج شوند .
استفاده از بلبرینگ
بعضی از توربو شارژرها به جای یاتاقانهای لغزشی روغنی در شفت خود از بلبرینگ استفاده می کنند . این بلبرینگ ها بلبرینگ های فوق دقیقی بوده که ا زموارد پیشرفته خاصی ساخته می شوند و به این ترتیب از پس از دما و سرعت بسیار زیاد شفت در توربو شارژر بر می آیند . استفاده از انها به شفت اجازه می دهد که با اصطکاک کمتری نسبت به یاتاقانهای لغزشی بچرخد و همچنین از لحاظ وزن و اندازه کوچکتر شود .