توربوشارژر یک توربوماشین یا تجهیز دوار شامل یک توربین و یک کمپرسور است که توسط یک شفت به هم متصل شده‌اند. این سیستم از انرژی گازهای خروجی موتور (اگزوز) استفاده می‌کند تا توربین را بچرخاند. گردش توربین باعث چرخش کمپرسور می‌شود و کمپرسور، هوای بیشتری را به داخل موتور می‌فرستد.

اجزای اصلی

• توربین: انرژی گازهای اگزوز را جذب می‌کند.
• شفت: توربین را به کمپرسور وصل می‌کند.
• کمپرسور: هوای محیط را فشرده کرده و وارد موتور می‌کند.
• بدنه یا هوزینگ‌ها: محفظه‌های آلومینیومی یا فولادی اطراف توربین و کمپرسور.

مزایای استفاده از توربوشارژر

• افزایش توان خروجی موتور بدون افزایش حجم موتور
• بهبود راندمان حرارتی و کاهش مصرف سوخت
• کاهش آلایندگی با احتراق کامل‌تر سوخت
• استفاده بهتر از انرژی اتلافی گازهای اگزوز

کاربردهای توربوشارژر

توربوشارژر در طیف گسترده‌ای از وسایل نقلیه و تجهیزات صنعتی استفاده می‌شود:

۱- خودروها

• خودروهای سواری بنزینی و دیزلی: برای بهبود شتاب، کاهش مصرف سوخت و کوچک‌سازی موتور
• خودروهای اسپرت و مسابقه‌ای: افزایش قدرت خروجی و عملکرد در دور بالا
• خودروهای تجاری (کامیون، اتوبوس): بهبود گشتاور در دور پایین و کاهش مصرف سوخت

۲- صنعتی و ماشین‌آلات سنگین

• موتورهای دیزلی در لودر، بولدوزر، تراکتور و جرثقیل
• افزایش توان و راندمان در تجهیزات معدنی و کشاورزی

۳- هوافضا

• در برخی موتورهای هواپیماهای کوچک برای جبران افت فشار در ارتفاع بالا

۴- کشتی‌ها

• در موتورهای دیزلی بزرگ کشتی‌ها برای افزایش راندمان سوخت

توربوشارژر (Turbocharger) شرکت Accelleron

۵- ژنراتورها و نیروگاه‌ها

• در موتورهای گازسوز/دیزلی ژنراتورهای برق برای بهبود توان خروجی در توان‌های بالا

طراحی توربوشارژر

۱- تحلیل نیاز موتور

• تعیین فشار بوست موردنیاز (Boost Pressure)
• محاسبه جریان جرمی هوای مورد نیاز موتور (Mass Flow Rate)
• بررسی نسبت فشار ورودی/خروجی کمپرسور و توربین

۲- انتخاب هندسه کمپرسور و توربین

• استفاده از نرم‌افزارهای CFD و طراحی آیرودینامیکی (مانند ANSYS CFX، NUMECA، یا GT-SUITE)
• انتخاب پره‌ها با زاویه مناسب برای بیشینه راندمان
• تعیین قطر چرخ کمپرسور و توربین و محفظه (Housing)

توربوشارژر (Turbocharger) شرکت Accelleron

۳- تحلیل حرارتی و مکانیکی

• بررسی رفتار حرارتی بدنه توربوشارژر
• تحلیل تنش و خستگی شفت، بلبرینگ‌ها و پره‌ها
• طراحی سیستم روغن‌کاری (و در برخی موارد آب‌خنک)

۴- مدل‌سازی و ساخت نمونه اولیه

• تولید مدل سه‌بعدی در نرم‌افزار CAD (مانند SolidWorks یا CATIA)
• ساخت نمونه با CNC یا ریخته‌گری دقیق برای تست‌های اولیه

۵- تست عملکرد توربوشارژر

توربوشارژر پس از طراحی، باید در شرایط واقعی یا شبیه‌سازی‌شده آزمایش شود. تست‌های عملکرد معمولاً در یک بستر تست یا تست بنچ (Test Bench) انجام می‌شوند.

تست بنچ توربوشارژر (Turbocharger) شرکت Accelleron

مهم‌ترین مراحل تست

۱- نصب توربوشارژر روی تست بنچ

• اتصال به سیستم تأمین هوا (یا گاز گرم) برای شبیه‌سازی اگزوز موتور
• نصب سنسورهای فشار، دما، دور شفت، جریان هوا، ارتعاش و صدا

۲- تست عملکردی (Performance Test)

• تولید نمودار فشار نسبت به جریان جرمی هوا برای کمپرسور
• بررسی راندمان کمپرسور و توربین در نقاط مختلف کاری
• تعیین نقاط سرج (Surge) و چوک (Choke)

۳- تست دور بالا و بالانس دینامیکی

• رساندن شفت به دور طراحی‌شده (تا ۲۰۰,۰۰۰ دور در دقیقه)
• بررسی ارتعاشات (طبق استاندارد ISO 20816-8)
• اصلاح نابالانسی با بالانس دقیق شفت

۴- تست دوام و چرخه حرارتی

• اعمال صدها یا هزاران چرخه گرم/سرد
• بررسی ترک‌ها یا تغییر شکل پره‌ها و هوزینگ

۵- تست نشتی و آب‌بندی

• اطمینان از عدم نشتی روغن، گاز یا هوا در اتصالات و بلبرینگ‌ها

۶- تست صدا و ارتعاشات (NVH)

• اندازه‌گیری نویز تولیدی در شرایط مختلف کاری
• مقایسه با حدود مجاز استاندارد یا درخواست مشتری

جمع‌بندی

توربوشارژر ابزاری برای افزایش کارایی و قدرت موتور بدون تغییر در ابعاد فیزیکی آن است. امروزه به‌واسطه فشارهای زیست‌محیطی و نیاز به بهینه‌سازی مصرف سوخت، کاربرد آن در انواع خودروها و تجهیزات صنعتی به‌سرعت در حال گسترش است.

طراحی و تست توربوشارژر فرایندی پیچیده و چندمرحله‌ای است که نیاز به دانش مکانیک سیالات، دینامیک گازها، مواد و دینامیک ماشین دارد.