توربو توین اسکرول (Twin-Scroll Turbocharger) ؛ چرخه گمشده توربو شارژ ها

توربو توین اسکرول (Twin-Scroll Turbocharger) با هدف بهبود عملکرد و کاهش لگ توربو توسعه یافته و در آن سعی شده تا بسیاری از مشکلات حل شود.

بهبود کارایی موتور و کاهش مصرف سوخت همواره از مهم ترین اهداف خودروسازان بوده است. یکی از تکنولوژی هایی که در این راستا مورد استفاده قرار گرفته، سیستم توربوشارژر است. توربوشارژرها توانسته اند با استفاده از گازهای خروجی موتور ، قدرت بیشتری را برای پیشرانه ها فراهم کنند. اما این فناوری همواره با چالش هایی مانند تأخیر در عملکرد یا همان «لَگ توربو» مواجه بوده است. در این میان ، توربو توین اسکرول به عنوان یکی از انواع توربو شارژرها معرفی شده که توانسته مشکلات توربو شارژرهای سنتی را تا حد زیادی رفع کند.

توربو توین اسکرول چیست؟

برای درک بهتر توربو توین اسکرول و نحوه عملکرد آن، ابتدا باید نگاهی دقیق تر به مفهوم کلی توربو شارژرها بیندازیم. توربو شارژرها تجهیزاتی هستند که وظیفه دارند از انرژی گازهای خروجی موتور (که در غیر این صورت به هدر می رود) از منیفولد دود موتور بگیرند و برای افزایش توان موتور همه گاز حاصل از احتراق را برای مصرف موتور استفاده کنند. این سیستم با چرخاندن یک توربین ، توسط گازهای خارج شده از موتور، انرژی مکانیکی تولید کرده و کمپرسوری را به حرکت درمی آورد. کمپرسور وظیفه دارد هوای بیشتری را با فشار بالا به داخل محفظه احتراق موتور ارسال کند. این فرآیند باعث می شود سوخت بیشتر بسوزد و در نتیجه توان و راندمان خروجی موتور افزایش یابد.

اما توربوشارژر های معمولی همواره با مشکلی به نام «لَگ توربو» مواجه بودند. این تأخیر زمانی اتفاق می افتد که دور موتور پایین است و حجم گازهای خروجی کافی برای چرخاندن توربین وجود ندارد. به همین دلیل ، موتور قبل از اینکه به دورهای بالاتر برسد ، نمی تواند از حداکثر توان خود بهره مند شود. برای رفع این مشکل، تکنولوژی توربو توین اسکرول معرفی شد.

توربو توین اسکرول (Twin-Scroll Turbocharger) با هدف بهبود عملکرد و کاهش لگ توربو توسعه یافته است. برخلاف توربوشارژرهای سنتی که تنها از یک کانال برای هدایت گازهای خروجی به سمت توربین استفاده می کنند، این نوع توربوشارژر دارای دو کانال جداگانه است. در موتورهای چهارسیلندر ، هر دو سیلندر به طور مستقل گازهای خروجی تولید می کنند و اگر این گازها به صورت همزمان وارد یک کانال شوند ، تداخل جریان آن ها باعث کاهش کارایی توربین می شود. توربو توین اسکرول با جدا کردن مسیر این گازها، از چنین تداخل هایی جلوگیری کرده و جریان گازها را یکنواخت تر می کند.

این طراحی خاص باعث می شود توربین سریع تر به دور ایده آل (بوست توربو) برسد و تأخیر در عملکرد توربو به حداقل کاهش یابد. به عبارتی ، در دورهای پایین موتور نیز فشار هوای ورودی به موتور افزایش پیدا کرده و پاسخ دهی موتور به دستورات راننده سریع تر می شود. یکی دیگر از ویژگی های کلیدی توربو توین اسکرول، افزایش راندمان حرارتی است. در این سیستم ، گازهای خروجی با دمای بالاتر به طور مستقیم تر به توربین هدایت می شوند و از کاهش دما و افت انرژی جلوگیری می شود. همین موضوع باعث می شود توربو توین اسکرول علاوه بر کاهش لگ توربو، مصرف سوخت را نیز بهینه کند.

این تکنولوژی برای نخستین بار توسط کمپانی میتسوبیشی در دهه ۱۹۹۰ میلادی توسعه داده شد. میتسوبیشی، که همواره به دنبال ارائه نوآوری های جدید در صنعت خودرو بوده ، توربو توین اسکرول را به عنوان پاسخی به محدودیت های توربوشارژرهای سنتی معرفی کرد. اولین خودرویی که از این فناوری بهره برد ، مدل میتسوبیشی لنسر اوولوشن بود. پس از موفقیت این خودرو ، سایر خودروسازان نیز به استفاده از این فناوری روی آوردند.

یکی از شرکت هایی که به طور گسترده توربو توین اسکرول را در خودروهای خود به کار گرفت، کمپانی بی ام و بود. این کمپانی، از اوایل دهه ۲۰۰۰ میلادی ، این نوع توربوشارژر را در موتور های سری N خود به کار برد و توانست عملکرد خودروهای خود را به میزان چشمگیری بهبود بخشد.

یکی از مهم ترین دلایل توسعه توربو توین اسکرول، حل مشکل لگ توربو بود. با پیشرفت تکنولوژی و افزایش تمایل به کاهش حجم موتور (Downsizing) ، خودروسازان به دنبال راهی بودند تا بدون افزایش مصرف سوخت ، توان خروجی موتور را افزایش دهند. توربو توین اسکرول توانست به عنوان راه حلی ایده آل، علاوه بر افزایش توان ، پاسخ دهی موتور را نیز بهبود دهد.

توربوی توین اسکرول شامل هوزینگ دوگانه ، توربین ، کمپرسور، شیر کنترل فشار و سیستم خنک کننده می شوند. هوزینگ دوگانه (Dual-Scroll Housing) به گونه ای طراحی شده که گازهای خروجی از سیلندرها را به دو مسیر جداگانه هدایت می کند. توربین انرژی گازهای خروجی را به انرژی مکانیکی تبدیل کرده و کمپرسور با استفاده از این انرژی، هوای ورودی به موتور را فشرده می کند. شیر کنترل فشار (Wastegate) فشار اضافی گازهای خروجی را کنترل می کند تا از افزایش بیش از حد فشار در سیستم جلوگیری شود. همچنین ، سیستم خنک کننده به منظور جلوگیری از افزایش دما و خرابی توربوشارژر استفاده می شود که می تواند به صورت آب خنک یا روغن خنک باشد.

مزایا و معایب

یکی از مهم ترین مزایای توربوهای توین اسکرول همان طور که گفتیم کاهش لگ توربو است. این فناوری باعث می شود قدرت موتور در دورهای پایین نیز به صورت یکنواخت افزایش یابد. همچنین ، بهبود راندمان سوخت و کاهش آلایندگی از دیگر مزایای این سیستم است. با این حال، توربو توین اسکرول بدون عیب نیست یکی از معایب آن پیچیدگی طراحی و ساخت است که باعث افزایش هزینه تولید می شود. همچنین، در صورت خرابی، تعمیر یا تعویض آن هزینه بر است.

توربو توین اسکرول یکی از فناوری ها در حوزه توربوشارژرها محسوب می شود. این سیستم با بهره گیری از طراحی دوگانه، توانسته مشکلات توربوهای معمولی را رفع کرده و عملکرد بهتری را ارائه دهد. اگرچه هزینه تولید و تعمیر آن بالاست، اما مزایایی مانند کاهش تأخیر توربو ،  بهبود راندمان و کاهش مصرف سوخت ، این فناوری را به یکی از محبوب ترین انتخاب ها در خودروهای مدرن تبدیل کرده است.