021-91070083
info@tondshar.com
1401/08/05
مقالاتخودروهای دیزلی توربوشارژ بیش از چهار دهه است که در بازار هستند. از سوی دیگر، خودروهای بنزینی تنها حدود پانزده سال پیش شروع به توربوشارژ شدن کردند. پس چرا این تفاوت وجود دارد؟
مشابه ولی متفاوت
اصل موتور و توربوشارژر اساساً یکسان است. تمام موتورهای دیزلی و بنزینی مدرن از اصل 4 زمانه استفاده می‌کنند (به تعبیر عامیانه: مکیدن، فشار دادن، ضربه زدن، فوت کردن). توربوشارژرها برای هر دو نوع موتور نیز تا حد زیادی مشابه هستند. سمت توربین برای استخراج انرژی از گازهای خروجی و از سمت کمپرسور برای تامین هوای تحت فشار موتور استفاده می‌شود. با این حال، تفاوت اصلی بین موتورهای دیزلی و بنزینی در فرآیند احتراق نهفته است.
احتراق گازوئیل
گازوئیل نسبت به بنزین کمتر قابل اشتعال است. در واقع، اگر یک کبریت را در یک گودال گازوئیل بیندازید، خاموش می‌شود. این کار را با یک گودال بنزین انجام دهید و آتش می گیرید!
دلیلش این است که تبخیر بنزین به آن اجازه می‌دهد تا با اکسیژن موجود در هوا مخلوط شود و یک ترکیب قابل احتراق ایجاد کند. برای ایجاد یک مخلوط دیزل قابل احتراق، به محیطی با فشار و دمای بالا نیاز دارید، بنابراین نسبت تراکم برای یک دیزل در مقایسه با یک موتور بنزینی بالا است.
در موتورهای دیزلی به دلیل فشار و دمای بالا در محفظه احتراق، احتراق خود به خود اتفاق می‌افتد. با توجه به این نسبت تراکم بالا و در نتیجه فشارها در حین احتراق، میله‌های اتصال، میل لنگ و پیستون‌ها باید قوی باشند (که در واقع به معنای سنگین‌تر است). این دلیلی است که یک موتور دیزلی با دور موتور بالا کار نمی‌کند ولی موتور بنزینی کار می‌کند، زیرا مواد به سادگی نمی‌توانند با این نیروها مقابله کنند.
احتراق بنزین
همانطور که قبلاً ذکر شد، نسبت تراکم در موتورهای بنزینی کمتر است زیرا بنزین برای احتراق به محیط فشار و دمای بالا نیاز ندارد. از آنجایی که بنزین در واقع در مرحله تراکم تزریق می‌شود، تراکمی بسیار نامطلوب است که می‌تواند مخلوط را مشتعل کند، زیرا اگر احتراق تراکمی در زمان‌بندی اشتباه اتفاق بیفتد (که ضربه زدن نیز نامیده می‌شود) می‌تواند باعث خرابی موتور شود. احتراق در یک موتور بنزینی توسط شمع کنترل/شروع می‌شود و برای عملکرد بهینه نیاز به یک مخلوط بسیار دقیق هوا و سوخت دارد.
داغ و داغ‌تر
در حین احتراق، دمای داخل موتور دیزلی بیشتر از موتور بنزینی است. این به دلیل نقطه شروع بالاتر تراکم و احتراق "آهسته" است. به دلیل دور موتور کم، حرکت پیستون کند است. بنابراین حجمی که احتراق در آن صورت می‌گیرد کم است. این بدان معنی است که افزایش فشار ناشی از احتراق باعث افزایش سریع دما می‌شود.
نسبت تراکم بزرگتر یک موتور دیزلی نیز به معنای نسبت انبساط زیاد است. دقیقاً این باعث می‌شود دمای نهایی که توربوشارژر می‌گیرد کمتر از یک موتور بنزینی باشد. به طور کلی گاز خروجی دیزل حدود 800 تا 850 درجه سانتیگراد و بنزین در حدود 950 تا 1050 درجه سانتیگراد خواهد بود. تفاوت قابل توجهی که می‌توان در موردش حرف زد.
تاثیر بر توربوشارژ
اختلاف حرارت بین دو نوع موتور نیز منجر به تفاوت در استفاده از مواد توربوشارژر می‌شود. توربوشارژر برای کاربردهای بنزینی به مواد پیشرفته‌تری برای تحمل شرایط حرارتی بالا نیاز دارد. معمولاً برای این توربوشارژرها از آلیاژهای ویژه از جمله مواد گران قیمت مانند نیکل استفاده می‌شود.
ثانیاً، انتقال حرارت از ناحیه توربین داغ به محفظه یاتاقان با استفاده از یک پوشش کامل آب و یک محافظ حرارتی داخلی بهینه شده از این دماهای بالا محافظت می‌شود. این از هر گونه آسیب به بدنه یاتاقان و خود سیستم بلبرینگ و همچنین نگه داشتن دمای زیر حد مجاز ذغال شدن روغن (نقطه‌ای که روغن شروع به کریستال شدن می‌کند و ذرات سیاه بسیار سخت تشکیل می‌دهد) جلوگیری می‌کند.
سوخت‌های دیگر
پس آیا بنزین و گازوئیل تنها گزینه برای خودروهای توربو شارژ هستند؟ در حالی که انواع خودروهای جدید مانند PHEV و MHEV به سایر مفاهیم قطارهای محرکه و بنابراین فن‌آوری‌های توربوشارژر مانند e-assist و e-compressor نیاز دارند، سوخت‌ها اساساً بنزین و دیزل (گازوئیل) باقی می‌مانند. بسیاری از OEM ها با بنزین با کیفیت پایین‌تر و همچنین بنزین با سطح اتانول بالاتر آزمایش می‌کنند تا ببینند آیا می‌توانند به همان عملکرد موتور برسند یا خیر. این امر نیازهای اضافی را برای توربوشارژر ایجاد می‌کند. در آینده، خواهیم دید که آیا هر نوع سوخت دیگری هست تا نیازهای دیگر توربوشارژر را طلب کند.
مشابه ولی متفاوت
اصل موتور و توربوشارژر اساساً یکسان است. تمام موتورهای دیزلی و بنزینی مدرن از اصل 4 زمانه استفاده می‌کنند (به تعبیر عامیانه: مکیدن، فشار دادن، ضربه زدن، فوت کردن). توربوشارژرها برای هر دو نوع موتور نیز تا حد زیادی مشابه هستند. سمت توربین برای استخراج انرژی از گازهای خروجی و از سمت کمپرسور برای تامین هوای تحت فشار موتور استفاده می‌شود. با این حال، تفاوت اصلی بین موتورهای دیزلی و بنزینی در فرآیند احتراق نهفته است.
احتراق گازوئیل
گازوئیل نسبت به بنزین کمتر قابل اشتعال است. در واقع، اگر یک کبریت را در یک گودال گازوئیل بیندازید، خاموش می‌شود. این کار را با یک گودال بنزین انجام دهید و آتش می گیرید!
دلیلش این است که تبخیر بنزین به آن اجازه می‌دهد تا با اکسیژن موجود در هوا مخلوط شود و یک ترکیب قابل احتراق ایجاد کند. برای ایجاد یک مخلوط دیزل قابل احتراق، به محیطی با فشار و دمای بالا نیاز دارید، بنابراین نسبت تراکم برای یک دیزل در مقایسه با یک موتور بنزینی بالا است.
در موتورهای دیزلی به دلیل فشار و دمای بالا در محفظه احتراق، احتراق خود به خود اتفاق می‌افتد. با توجه به این نسبت تراکم بالا و در نتیجه فشارها در حین احتراق، میله‌های اتصال، میل لنگ و پیستون‌ها باید قوی باشند (که در واقع به معنای سنگین‌تر است). این دلیلی است که یک موتور دیزلی با دور موتور بالا کار نمی‌کند ولی موتور بنزینی کار می‌کند، زیرا مواد به سادگی نمی‌توانند با این نیروها مقابله کنند.
احتراق بنزین
همانطور که قبلاً ذکر شد، نسبت تراکم در موتورهای بنزینی کمتر است زیرا بنزین برای احتراق به محیط فشار و دمای بالا نیاز ندارد. از آنجایی که بنزین در واقع در مرحله تراکم تزریق می‌شود، تراکمی بسیار نامطلوب است که می‌تواند مخلوط را مشتعل کند، زیرا اگر احتراق تراکمی در زمان‌بندی اشتباه اتفاق بیفتد (که ضربه زدن نیز نامیده می‌شود) می‌تواند باعث خرابی موتور شود. احتراق در یک موتور بنزینی توسط شمع کنترل/شروع می‌شود و برای عملکرد بهینه نیاز به یک مخلوط بسیار دقیق هوا و سوخت دارد.
داغ و داغ‌تر
در حین احتراق، دمای داخل موتور دیزلی بیشتر از موتور بنزینی است. این به دلیل نقطه شروع بالاتر تراکم و احتراق "آهسته" است. به دلیل دور موتور کم، حرکت پیستون کند است. بنابراین حجمی که احتراق در آن صورت می‌گیرد کم است. این بدان معنی است که افزایش فشار ناشی از احتراق باعث افزایش سریع دما می‌شود.
نسبت تراکم بزرگتر یک موتور دیزلی نیز به معنای نسبت انبساط زیاد است. دقیقاً این باعث می‌شود دمای نهایی که توربوشارژر می‌گیرد کمتر از یک موتور بنزینی باشد. به طور کلی گاز خروجی دیزل حدود 800 تا 850 درجه سانتیگراد و بنزین در حدود 950 تا 1050 درجه سانتیگراد خواهد بود. تفاوت قابل توجهی که می‌توان در موردش حرف زد.
تاثیر بر توربوشارژ
اختلاف حرارت بین دو نوع موتور نیز منجر به تفاوت در استفاده از مواد توربوشارژر می‌شود. توربوشارژر برای کاربردهای بنزینی به مواد پیشرفته‌تری برای تحمل شرایط حرارتی بالا نیاز دارد. معمولاً برای این توربوشارژرها از آلیاژهای ویژه از جمله مواد گران قیمت مانند نیکل استفاده می‌شود.
ثانیاً، انتقال حرارت از ناحیه توربین داغ به محفظه یاتاقان با استفاده از یک پوشش کامل آب و یک محافظ حرارتی داخلی بهینه شده از این دماهای بالا محافظت می‌شود. این از هر گونه آسیب به بدنه یاتاقان و خود سیستم بلبرینگ و همچنین نگه داشتن دمای زیر حد مجاز ذغال شدن روغن (نقطه‌ای که روغن شروع به کریستال شدن می‌کند و ذرات سیاه بسیار سخت تشکیل می‌دهد) جلوگیری می‌کند.
سوخت‌های دیگر
پس آیا بنزین و گازوئیل تنها گزینه برای خودروهای توربو شارژ هستند؟ در حالی که انواع خودروهای جدید مانند PHEV و MHEV به سایر مفاهیم قطارهای محرکه و بنابراین فن‌آوری‌های توربوشارژر مانند e-assist و e-compressor نیاز دارند، سوخت‌ها اساساً بنزین و دیزل (گازوئیل) باقی می‌مانند. بسیاری از OEM ها با بنزین با کیفیت پایین‌تر و همچنین بنزین با سطح اتانول بالاتر آزمایش می‌کنند تا ببینند آیا می‌توانند به همان عملکرد موتور برسند یا خیر. این امر نیازهای اضافی را برای توربوشارژر ایجاد می‌کند. در آینده، خواهیم دید که آیا هر نوع سوخت دیگری هست تا نیازهای دیگر توربوشارژر را طلب کند.
اخبار مرتبط
برای ثبت نظر، ابتدا وارد حساب کاربری خود شوید.