یک توربوشارژ از یک چرخ کمپرسور و یک چرخ توربین گازهای خروجی تشکیل شده که با یک شفت فلزی جامد به هم متصل‌اند و برای افزایش فشار هوای ورودی به موتور احتراق داخلی به کار می‌رود. توربین گازهای خروجی، انرژی را از دود اگزوز استخراج کرده و آن را برای به حرکت درآوردن کمپرسور و غلبه بر اصطکاک استفاده می‌کند.
در اغلب کاربردهای خودرویی، هم چرخ کمپرسور و هم چرخ توربین از نوع جریان شعاعی هستند. البته در برخی کاربردها، مثل موتورهای دیزلی با سرعت متوسط یا پایین، می‌توان به جای توربین شعاعی از توربین جریان محوری استفاده کرد. شکل ۱ جریان گازها در یک توربوشارژر معمولی با چرخ‌های شعاعی را نشان می‌دهد.
اجزای توربو شارژ
محفظه مرکزی
شفت مشترک توربین و کمپرسور توسط یک سیستم یاتاقان در محفظه مرکزی یا محفظه یاتاقان که بین کمپرسور و توربین قرار دارد، نگهداری می‌شود.
مجموعه شفت و چرخ‌ها (SWA): به شفت همراه با چرخ کمپرسور و توربین گفته می‌شود، یعنی کل بخش دوّار.
مجموعه دوّار محفظه مرکزی (CHRA): همان SWA است که در محفظه مرکزی نصب شده اما هنوز پوسته کمپرسور و توربین اطرافش قرار نگرفته است.
محفظه مرکزی معمولاً از چدن خاکستری ریخته‌گری می‌شود، هرچند در برخی کاربردها می‌توان از آلومینیوم نیز استفاده کرد. در این بخش، سیل‌ها وظیفه دارند از عبور روغن به سمت کمپرسور و توربین جلوگیری کنند. در توربوشارژرهایی که در دمای بالای گاز خروجی کار می‌کنند (مانند موتورهای احتراق جرقه‌ای)، کانال‌های خنک‌کننده درون محفظه مرکزی تعبیه می‌شود.
یاتاقان‌های توربوشارژر
سیستم یاتاقان توربوشارژر شاید ساده به نظر برسد، اما عملکرد بسیار حساسی دارد، از جمله:
- کنترل حرکت شعاعی و محوری شفت و چرخ‌ها
- کاهش تلفات اصطکاک
این سیستم به‌دلیل اثر مستقیم بر میزان اصطکاک توربوشارژر و در نتیجه راندمان مصرف سوخت موتور، توجه زیادی را به خود جلب کرده است.
در بیشتر توربوشارژرها (به‌جز نمونه‌های بزرگ موتورهای کم‌سرعت)، یاتاقان‌های شفت بین دو چرخ و به‌صورت معلق قرار دارند. این طراحی روتور انعطاف‌پذیر باعث می‌شود توربوشارژر بالاتر از اولین و حتی دومین سرعت بحرانی خود کار کند و در نتیجه مستعد پدیده‌های دینامیک روتور مانند Whirl و ارتعاش هم‌زمان باشد.
سیل‌ها (Seals)
سیل‌ها در دو انتهای محفظه یاتاقان نصب می‌شوند و طراحی آن‌ها چالش‌برانگیز است، زیرا باید:
- تلفات اصطکاک را کم نگه دارند
- با حرکت نسبتاً زیاد شفت هماهنگ باشند
- تغییرات فشار نامطلوب را تحمل کنند
وظیفه اصلی این سیل‌ها جلوگیری از ورود هوای ورودی و گازهای خروجی به محفظه مرکزی است. فشار در سامانه ورودی و خروجی معمولاً بیشتر از فشار محفظه مرکزی (که حدود فشار کارتر موتور است) است؛ بنابراین سیل‌ها باید عمدتاً زمانی عمل کنند که فشار محفظه مرکزی کمتر از فشار ورودی و خروجی باشد.
این سیل‌ها برای جلوگیری از نشت روغن به اگزوز یا سیستم هوای ورودی طراحی نشده‌اند، بلکه معمولاً روغن‌گیرها و پره‌های چرخان وظیفه اصلی جلوگیری از برخورد روغن به سیل‌ها را دارند.
سیل‌های توربوشارژر با لبه‌های نرم رایج در تجهیزات دوار دما و سرعت پایین تفاوت دارند. یکی از انواع رایج، سیل حلقه پیستونی است؛ یک حلقه فلزی مشابه حلقه‌های پیستون که هنگام چرخش شفت، خود سیل ثابت می‌ماند. نوع دیگر، سیل مارپیچی است.
به‌طور کلی، سیل‌های شفت توربوشارژر مانع نشت روغن نمی‌شوند اگر اختلاف فشار برعکس شود و فشار محفظه مرکزی بیشتر از فشار هوای ورودی یا گاز خروجی گردد.
منبع: dieselnet
