چه عواملی بر طول عمر توربو تأثیر می گذارند؟

تقریباً اکثر خودروهای جدید با پیشرانه های توربو تولید می شوند اما نگرانی های خریداران درباره ی قابلیت اطمینان این پیشرانه باقی مانده است. در این نوشتار نگاهی خواهیم داشت به عواملی که باعث کاهش طول عمر توربو می شوند…

زمانی که از کریس کامبوریس مدیر شرکت توربو دایرکت درباره ی دلیل از کار افتادن توربوشارژرها سؤال کردیم او گفت: “توربوها بسیار مطمئن هستند.” بنا به گفته ی او، در ۲۰ سالی که درگیر صنعت توربو است و تحلیل های زیادی انجام داده، تنها چند مورد منجر به مراجعه به گارانتی شده است. اکثر مشکلات توربوها به فاکتورهای بیرونی مربوط می شوند. توربو قطعه ای حساس بوده و اگر از آن مراقبت نشود همانند دیگر بخش های دیگر می تواند از کار بیفتد.

• پیش زمینه

استفاده از توربوشارژر در پیشرانه به منظور کاهش حجم آن بدون از دست رفتن قدرت صورت می گیرد و درعین حال مزیت کاهش مصرف سوخت و آلاینده های مضر هم به دست می آید.

قدرت پیشرانه تحت تأثیر میزان هوایی است که در فرایند احتراق به دست می آید. هرگونه تزریق سوخت اضافی در صورتی که هوای بیشتری وجود نداشته باشد به معنی اتلاف آن خواهد بود و این موضوع به ویژه درباره ی پیشرانه های بنزینی با نسبت سوخت/بنزین ثابت مصداق بیشتری دارد. توربو را می توان همانند یک پمپ هوا در نظر گرفت که برای تراکم هوای ورودی از انرژی تلف شده ی اگزوز استفاده می کند. توربو این هوا را به داخل محفظه های احتراق می فرستد و آنجا باعث می شود سوخت به میزان بیشتری بسوزد.

• توربوشارژر چگونه کار می کند؟

در ابتدا باید گفت سوپاپ اگزوز باز شده و انرژی احتراق باقی مانده (گرما و فشار) به درگاه های اگزوز آزاد می شوند.

گاز اگزوز خارج شده به لطف توربین توربوشارژر می رود و با گردش شفت توربوی متصل به کمپرسور توربو باعث بهره گیری از انرژی می شود.

کمپرسور به نوبه ی هوای تازه را از سیستم ورودی هوا دریافت کرده و فشار را در منیفولد جذب به بالای فشار اتمسفریک می رساند. پس از آن اینترکولر وارد بازی شده و با خنک کردن هوای تازه باعث افزایش راندمان می شود. این هوای خنک تراکم بیشتری داشته و وارد منیفولد جذب می شود.

پیشرانه هوای یاد شده را بالاتر از فشار اتمسفریک دریافت می کند و بنابراین اکسیژن بیشتری وارد محفظه های احتراق می شود. میزان اکسیژنی که وارد این بخش می شود بیشتر از میزان اکسیژن دریافتی پیشرانه های تنفس طبیعی با حجمی مشابه می باشد.

• قطعات توربو

یک توربو از قطعات زیادی که با متریال ویژه ساخته شده اند تشکیل می شود. قطعات یاد شده به این خاطر از مواد مخصوصی ساخته می شوند گه بتوانند در برابر دمایی که تا ۱۰۰۰ درجه سانتی گراد هم می رسد دوام داشته باشند. همچنین قطعات چرخشی می توانند به دور ۲۰۰ هزار در هر دقیقه هم برسند که همین امر استحکام بالایی را طلب می کند. به همین خاطر تمامی قطعات چرخشی به صورت جداگانه بالانس می شوند.

در نهایت هم هاب چرخشی مرکزی بالانس می شود تا درجه ی مناسب آن پیدا شود. بالانس این قطعه با دستگاهی مشابه دستگاه بالانس چرخ صورت می گیرد. تنظیم نهایی نیز با حذف متریال جزئی روی شفت صورت می گیرد. قطعاتی که در ادامه شمرده می شوند از نظر قابلیت اطمینان یک توربو اهمیت زیادی دارند.

غلاف: شکل غلاف کمپرسور و توربین با ابعاد سطحی و شعاع آن تعریف می شود و پوسته ی بیرونی توربو را شکل می دهد.

چرخ ها: چرخه ای کمپرسور و توربین از تیغه های شعاعی طراحی شده برای فشرده سازی هوای ورودی و استخراج انرژی از گاز اگزوز تشکیل یافته اند. این بحث طراحی، شکل و سایز است که جریان هوا، نسبت فشار و راندمان را در طرف کمپرسور و توانایی قدرت و راندمان را در سمت توربین تعیین می کند. این دو چرخ نیازمند هماهنگی عالی باهم و با پیشرانه برای عملکرد بی نقص هستند.

شفت: شفت باعث ارتباط چرخ کمپرسور به چرخ توربین شده و از طریق یاتاقان های مخصوص کار می کند.

یاتاقان ها: یاتاقان هایی که با روغن موتور روان می شوند معمول ترین نوع بکار رفته در توربوی خودروها می باشند هرچند توربوهای سطح بالا دارای یاتاقان های دیگری هستند که از نوع توپی می باشند.

آب بندی توربو: آب بندی عبارتی ناقص برای توصیف این قطعه است زیرا در حقیقت به رینگ پیستون نزدیک تر است. این رینگ فلزی باعث عدم نفوذ روغن به کمپرسور و یا توربین و بازگرداندن آن به غلاف مرکزی می شود.

• چگونه از توربو مراقبت کنیم؟

مهم ترین نکته اینکه همواره باید سرویس های مشخص شده در دفترچه راهنمای خودرو انجام شود و حساسیت زیادی به مشخصات روغنی که مورداستفاده قرار می گیرد وجود داشته باشد.

مالک باید سریعاً مشکلات پیشرانه از جمله نشتی ها را برطرف کند. یکی از بهترین کارها در خودروهای مجهز به پیشرانه توربو این است که پس از یک رانندگی پرفشار به پیشرانه اجازه داد یک یا دو دقیقه به صورت درجا کار کند و سپس آن را خاموش کرد. البته در توربوهای مدرنی که با پمپ آب الکتریکی کار می کنند این کار خیلی ضروری نیست.

زمانی که توربو از کار افتاد دلیل آن را پیش از تعویض توربوی خراب شده پیدا کنید. همچنین قبل از استارت زدن پیشرانه ای که دارای توربوی جدیدی است حتماً از روغن کاری آن اطمینان حاصل کنید.

• عواملی که باعث از کار افتادن توربو می شوند

بیشتر افراد توربوشارژر را همانند آلترناتور قطعه ای اضافه شده روی پیشرانه می دانند و با خود می گویند زمانی که توربو از کار افتاد پس دلیلش به خود توربو مربوط است و باید آن را با نمونه ای جدید تعویض نمود. ازآنجایی که توربو یک قطعه ی داخلی در پیشرانه است بنابراین معمولاً مشکلات خارجی باعث خرابی آن می شوند و اگر مشکل را پیدا نکنید توربوی جدید هم به سرنوشت توربوی قبلی دچار خواهد شد.

در ادامه با برخی از مشکلات خارجی که باعث از کار افتادن توربو می شوند آشنا می شویم:

• نبود روغن کاری

قاتل شماره یک توربو عدم روغن کاری است. از آنجایی که توربو می تواند سریع تر از ۲۰۰ هزار دور در دقیقه بچرخد بنابراین روغن کاری لایه مرزی در یاتاقان ها حیاتی است. اگر به هر دلیلی روغن با فشار مناسب به این بخش ها نرسد خرابی توربو حتمی است. مشکلات مربوط به روغن کاری می تواند شامل روغن با مشخصات نادرست، پمپ روغن خراب و یا لوله ی روغن گرفته شده باشد. زمانی که توربو عوض شد، استارت خشک پیشرانه دوباره می تواند باعث از کار افتادنش شود. حتی در حالت کارکرد درجای پیشرانه نیز توربو با حدود ۱۰ هزار دور در دقیقه می چرخد.

• آلودگی روغن

اینکه تنها روغن به توربو برسد کافی نیست. روغن باید تمیز هم باشد. از آنجایی که شفت توربو با سرعت بالایی می چرخد هرگونه ذره یا آلودگی در روغن به عنوان یک سنگ زن عمل کرده و روی شفت و یاتاقان ها را می پوشاند. ساییدگی ایجاد شده می تواند منجر به خرابی یاتاقان ها شود.

• شرایط کارکرد استثنایی

اگر توربو در خارج از غلاف طراحی شده کار کند خرابی به بار آمده بسیار شدید خواهد بود. از جمله ی این موارد می تواند به سرعت بیش از حد توربو اشاره کرد که منجر به انفجار توربو و چرخ های توربین می شود. متریال توربو برای کارکرد در طیف دمایی مشخصی طراحی شده اند و بالا رفتن از این مرزها می تواند مشکل ساز باشد. خاموش کردن پیشرانه ی داغ هم جزو مواردی است که روی توربو اثر می گذارد زیرا روغن از روی یاتاقان ها کشیده می شود. اگرچه توربوهای آب خنک مدرن دارای پمپ آب الکتریکی برای هماهنگی با سیستم های استارت/استاپ طراحی شده اند اما کریس کامبوریس می گوید پس از رانندگی با خودرو باید به پیشرانه اجازه داد یک یا دو دقیقه به صورت درجا کار کند تا خنک شود.

• آسیب شی خارجی

تصور کنید که یک سنگ به تیغه های پنکه ی خانگی برخورد کند. نتیجه ی آن درست مشابه ورود شی خارجی به توربو است اما آسیبی که به توربو می رسد چند برابر می شود زیرا سرعت چرخش پره ها بسیار بالاست. راندن خودرو بدون فیلتر هوا باعث می شود ذرات آلوده و گردوغبار وارد کمپرسور شوند. وجود هرگونه ذره ای در طرف توربین نیز باعث از کار افتادن توربو خواهد شد. حتی نوار درزگیر اشتباهی که توسط برخی تعمیرکاران نصب می شود می تواند سفت تر شده و در ادامه خورد شده و وارد تیغه ها شود.

• چرا از توربو روغن می چکد؟!

تصور غلطی که وجود دارد این است که رینگ های فلزی (در بحث آب بندی توربو) قطعاتی پوشیده هستند که تنها در برخی موارد نادر درست است. عدم توازن کمپرسور-توربین در اکثر موارد باعث می شود فشار گاز باعث ورود روغن به سمتی شود که فشار کمتری دارد.

دیگر مقصر اصلی مسدود شدن لوله ی بازگشت روغن به میل لنگ است که باعث می شود روغن از آب بندی رینگ فلزی عبور کند. همچنین وجود روغن زیاد در پیشرانه هم جزو دلایل نشتی توربو محسوب می شود.

• هزینه ی تعویض توربو چقدر است؟

توربوها گران قیمت هستند مخصوصاً اگر آن ها را در نمایندگی تعویض کنید. ما در ادامه قیمت توربوی چهار خودروی مختلف در نمایندگی و بازار را ذکر کرده ایم.

منبع: carmag