توربوشارژر نوع دریچه Wastegate و مشکل کمبود بوست (Underboost)
توربوشارژرها یکی از مهمترین فناوریهای افزایش راندمان و توان موتورهای احتراقی مدرن هستند. در این مقاله به بررسی جزییات توربوشارژرهای نوع دریچه Wastegate، نحوه عملکرد آنها، و مخصوصاً مشکل کمبود بوست یا Underboost پرداخته میشود. همچنین علل، نشانهها، و راهحلهای رفع این مشکل به صورت فنی و جامع ارائه خواهد شد.
معرفی توربوشارژر و مفهوم بوست (Boost)
توربوشارژر یک وسیله مکانیکی است که با استفاده از گازهای خروجی موتور، چرخ توربین را میچرخاند تا هوا را با فشار بیشتر به داخل سیلندرها وارد کند. این افزایش فشار هوای ورودی، به افزایش قدرت و گشتاور موتور کمک میکند. فشار اضافه هوای ورودی که توسط توربوشارژر تولید میشود، اصطلاحاً "بوست" یا Boost Pressure نامیده میشود.
بوست نشاندهنده مقداری است که فشار ورودی هوا نسبت به فشار اتمسفری طبیعی افزایش یافته است، و واحد اندازهگیری آن معمولاً بار (bar) یا پوند بر اینچ مربع (psi) است.
دریچه Wastegate در توربوشارژر چیست؟
عملکرد و اهمیت Wastegate
یکی از کلیدیترین اجزای توربوشارژر، دریچه Wastegate است که وظیفه کنترل فشار بوست را بهعهده دارد. Wastegate یک شیر مکانیکی یا الکترونیکی است که بخشی از جریان گازهای خروجی توربین را به دور آن هدایت میکند تا سرعت چرخش توربین و در نهایت فشار بوست از حد مجاز فراتر نرود.
اگر این دریچه وجود نداشت، فشار توربوشارژر به طور نامحدود افزایش مییافت که میتواند به موتور و توربوشارژر آسیب جدی بزند.
انواع Wastegate
- Wastegate داخلی (Internal Wastegate): که در خود مجموعه توربوشارژر تعبیه شده است و رایجترین نوع محسوب میشود.
- Wastegate خارجی (External Wastegate): که به صورت مجزا نصب میشود و برای تنظیمات دقیقتر و کاربردهای پرقدرتتر استفاده میشود.
علل کمبود بوست (Underboost) در سیستم توربوشارژر با Wastegate
کمبود بوست زمانی رخ میدهد که فشار تولید شده توسط توربوشارژر کمتر از میزان طراحی شده یا انتظار راننده باشد. این موضوع میتواند علل متعددی داشته باشد که عمدتاً مرتبط با عملکرد دریچه Wastegate هستند.
1. نشتی در مسیر هوای ورودی یا خروجی Wastegate
اگر در مسیر ورودی یا مسیر برگشت گازهای Wastegate، نشتی یا ترکخوردگی وجود داشته باشد، دریچه نمیتواند به درستی فشار را کنترل کند. این عامل باعث کاهش فشار بوست میشود.
2. خرابی یا گیر کردن مکانیزم Wastegate
اگر بازوی مکانیکی یا اکچویتور Wastegate گیر کند، دریچه به صورت کامل بسته نمیشود یا همیشه نیمه باز باقی میماند. در این حالت بخشی از گازهای خروجی از توربین دور زده و فشار توربین و بوست کاهش پیدا میکند.
3. نقص در اکچویتور و سیستم کنترل فشار
اکچویتور Wastegate که معمولاً با فشار بوست کنترل میشود، ممکن است دچار نقص فنی، آسیب فنری یا خرابی حسگر فشار شود. این نقص منجر به عملکرد نادرست Wastegate و کاهش بوست خواهد شد.
4. تنظیم نادرست فشار بوست یا تاب فشاری اکچویتور
اگر فنر داخلی اکچویتور یا تنظیمات فشار بوست به درستی انجام نشده باشد (مثلاً فنر بیش از حد ضعیف باشد)، دریچه زودتر از حداکثر فشار باز میشود و بوست کافی تولید نمیشود.
5. گرفتگی یا انسداد در بزرگراه گازهای خروجی توربین یا مسیر Wastegate
گرفتگی در مسیرهای خروجی گازها یا مسیر عبور Wastegate میتواند باعث افزایش فشار بیش از حد در توربین شود که به صورت حفاظتی، Wastegate باز شده و فشار توربین کاهش مییابد که در نتیجه بوست به حد انتظار نمیرسد.
6. مشکلات در سیستم تعبیه شده ECU و کنترل الکترونیکی Wastegate (در توربوشارژرهای مجهز)
در سیستمهای مدرن، Wastegate با ECU موتور هماهنگ شدهاند. مشکلات نرمافزاری یا سنسورهای فشار نادرست باعث میشود که فرمان باز شدن دریچه به درستی اجرا نشود و در نتیجه بوست کاهش یابد.
عوامل و نشانههای رایج کمبود بوست (Underboost)
نشانههای عملکردی
- شتاب و قدرت کمتر از حالت معمول
- شتابگیری کند موتور به خصوص در دورهای بالا
- مصرف سوخت بالاتر نسبت به حالت عادی
- صدای غیر طبیعی توربو مانند سوت زدن ضعیف یا خشخش کردن
- عدم رسیدن فشار بوست به مقدار استاندارد به خصوص در هنگام تست فشار با گیج بوست
- خطای سیستم توربوشارژر در ECU یا روشن شدن چراغ Check Engine
نمونه عملی: افزایش rpm بدون افزایش بوست
مثلاً راننده در شرایط تست فشار بوست متوجه میشود که با افزایش دور موتور تا 3000-4000 rpm، فشار بوست تنها به 0.3 بار میرسد، در حالی که باید به 0.7 بار برسد. این مورد نشاندهنده باز شدن بیموقع Wastegate است که مانع از افزایش فشار هوا میشود.
روشهای تشخیص و بررسی مشکل Wastegate و کمبود بوست
1. تست فشار بوست با گیج فشار
اتصال گیج بوست به ورودی هوای موتور و اندازهگیری فشار در حین کارکرد موتور، سادهترین روش تست میباشد. فشار باید در محدوده طراحی شده توربو باشد.
2. بررسی وضعیت مکانیکی Wastegate
باز کردن پوشش توربوشارژر و بازبینی وضعیت فنر، بازوی اتصال و دریچه برای یافتن گیر کردگی یا شکستگی.
3. تست اکچویتور با فشار خارجی
با استفاده از پمپ فشار دستی یا کپسول باد، اکچویتور را تحریک کنید و ببینید که شیر Wastegate به درستی باز و بسته میشود یا خیر.
4. بررسی وجود نشتی در مسیرها با استفاده از اسپری آب یا آبصابونی
عبور گاز از مسیرهای نشت یکی از دلایل کاهش بوست است. اسپری کردن آب صابونی در نقاط اتصال کمک به شناسایی محل نشتی میکند.
5. تحلیل دادههای ECU و سنسورها
اتصال دستگاه دیاگ به ECU و خواندن خطاها و مقایسه دادههای فشار بوست با سنسورها میتواند به تشخیص بهتر مشکل کمک کند.
روشهای رفع مشکل کمبود بوست (Underboost) در Wastegate
تعویض یا تعمیر اکچویتور Wastegate
در صورت شناسایی خراب بودن فنر داخلی یا خرابی مکانیزم اکچویتور، تعویض آن به رفع مشکل کمک میکند. در انواع الکترونیکی، ممکن است نیاز به برنامهریزی مجدد یا تعویض قطعه باشد.
برطرف کردن نشتیهای موجود در مسیرها
تعویض اورینگها و واشرها، ترمیم ترکها یا تعویض لولههای معیوب موجب بازیابی فشار بوست خواهد شد.
تنظیم دقیق فشار فنر اکچویتور یا تنظیمات ECU
تنظیمات فشار داخلی فنر یا تغییر تنظیمات نرمافزاری در ECU میتواند باعث بهینهسازی عملکرد Wastegate شود.
تعویض یا سرویس دریچه Wastegate
اگر دریچه Wastegate دچار خوردگی، اشکال مکانیکی یا گرفتگی شده است، تعمیر یا تعویض آن لازم است تا عملکرد صحیح توربو حفظ شود.
تمیزکاری کامل مسیرهای گاز خروجی توربین و Wastegate
جمع شدن کربن و رسوبات، باعث گرفتگی مسیرها میشود. تمیزکاری دورهای مانع کاهش راندمان و کمبود بوست میگردد.
نتیجهگیری
توربوشارژرهای مجهز به دریچه Wastegate از اجزای حیاتی سیستمهای افزایش فشار موتورهای احتراقی هستند. کمبود بوست یا Underboost یکی از مشکلات رایج در این سیستمها است که عمدتاً به دلیل خرابی مکانیزم Wastegate یا نقص در کنترل فشار بروز میکند. با شناخت دقیق عملکرد Wastegate، علل کاهش بوست، و استفاده از روشهای تشخیص و تعمیر مناسب، میتوان از آسیب موتور جلوگیری کرده و عملکرد توربوشارژر را بهینه نمود.
در نهایت، نگهداری دورهای، بازبینی منظم سیستم توربوشارژر و استفاده از تجهیزات تخصصی برای تست و عیبیابی به بهبود عمر و کارایی توربوشارژر کمک شایانی خواهد کرد.