टर्बोचार्जर कैसे काम करते हैं

जब लोग रेस कारों या उच्च प्रदर्शन वाली स्पोर्ट्स कारों के बारे में बात करते हैं , तो आमतौर पर टर्बोचार्जर्स का विषय सामने आता है। टर्बोचार्जर बड़े डीजल इंजनों पर भी दिखाई देते हैं। एक टर्बो अपने वजन में उल्लेखनीय वृद्धि किए बिना इंजन की अश्वशक्ति को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ा सकता है, जो कि बहुत बड़ा लाभ है जो टर्बो को इतना लोकप्रिय बनाता है!

इस लेख में, हम सीखेंगे कि कैसे एक टर्बोचार्जर अत्यधिक परिचालन स्थितियों से बचे रहते हुए इंजन के पावर आउटपुट को बढ़ाता है। हम यह भी सीखेंगे कि कैसे वेस्टगेट, सिरेमिक टर्बाइन ब्लेड और बॉल बेयरिंग टर्बोचार्जर्स को अपना काम और भी बेहतर तरीके से करने में मदद करते हैं। टर्बोचार्जर एक प्रकार का जबरन प्रेरण प्रणाली है । वे इंजन में बहने वाली हवा को संपीड़ित करते हैं (देखें कार इंजन कैसे काम करते हैंएक सामान्य इंजन में वायु प्रवाह के विवरण के लिए)। हवा को संपीड़ित करने का लाभ यह है कि यह इंजन को एक सिलेंडर में अधिक हवा निचोड़ने देता है, और अधिक हवा का मतलब है कि अधिक ईंधन जोड़ा जा सकता है। इसलिए, आपको प्रत्येक सिलेंडर में प्रत्येक विस्फोट से अधिक शक्ति मिलती है। एक टर्बोचार्ज्ड इंजन बिना चार्जिंग के समान इंजन की तुलना में अधिक शक्ति का उत्पादन करता है। यह इंजन के लिए पावर-टू-वेट अनुपात में उल्लेखनीय रूप से सुधार कर सकता है ( विवरण के लिए हॉर्सपावर कैसे काम करता है देखें)।

इस बढ़ावा को प्राप्त करने के लिए, टर्बोचार्जर टरबाइन को स्पिन करने के लिए इंजन से निकास प्रवाह का उपयोग करता है , जो बदले में एक वायु पंप को घुमाता है । टर्बोचार्जर में टर्बाइन 150,000 रोटेशन प्रति मिनट (आरपीएम) तक की गति से घूमता है - जो कि अधिकांश कार इंजनों की तुलना में लगभग 30 गुना तेज है। और चूंकि यह निकास से जुड़ा हुआ है, इसलिए टरबाइन में तापमान भी बहुत अधिक है।

यदि आप टर्बोचार्जर जोड़ते हैं तो आप अपने इंजन से कितनी अधिक शक्ति की अपेक्षा कर सकते हैं, यह जानने के लिए पढ़ते रहें।

1. टर्बोचार्जर और इंजन
2. टर्बोचार्जर डिजाइन
3. टर्बोचार्जर पार्ट्स
4. दो टर्बोचार्जर और अधिक टर्बो पार्ट्स का उपयोग करना

एक इंजन से अधिक शक्ति प्राप्त करने के सुनिश्चित तरीकों में से एक हवा और ईंधन की मात्रा में वृद्धि करना है जो इसे जला सकता है। ऐसा करने का एक तरीका सिलेंडर जोड़ना या मौजूदा सिलेंडर को बड़ा करना है। कभी-कभी ये परिवर्तन संभव नहीं हो सकते हैं - एक टर्बो बिजली जोड़ने का एक सरल, अधिक कॉम्पैक्ट तरीका हो सकता है, खासकर एक aftermarket एक्सेसरी के लिए।

टर्बोचार्जर एक इंजन को मौजूदा सिलेंडरों में अधिक पैक करके अधिक ईंधन और हवा जलाने की अनुमति देता है । टर्बोचार्जर द्वारा प्रदान किया जाने वाला विशिष्ट बूस्ट 6 से 8 पाउंड प्रति वर्ग इंच (साई) है। चूंकि सामान्य वायुमंडलीय दबाव समुद्र तल पर 14.7 साई है, आप देख सकते हैं कि आपको इंजन में लगभग 50 प्रतिशत अधिक हवा मिल रही है। इसलिए, आपको 50 प्रतिशत अधिक बिजली मिलने की उम्मीद होगी। यह पूरी तरह से कुशल नहीं है, इसलिए आपको इसके बजाय 30 से 40 प्रतिशत का सुधार मिल सकता है।

अक्षमता का एक कारण इस तथ्य से आता है कि टरबाइन को घुमाने की शक्ति मुक्त नहीं है। निकास प्रवाह में टरबाइन होने से निकास में प्रतिबंध बढ़ जाता है। इसका मतलब है कि एग्जॉस्ट स्ट्रोक पर, इंजन को उच्च बैक-प्रेशर के खिलाफ पुश करना पड़ता है। यह एक ही समय में फायरिंग करने वाले सिलेंडरों से थोड़ी सी शक्ति घटाता है।

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टर्बोचार्जर को इंजन के एग्जॉस्ट मैनिफोल्ड पर बोल्ट किया गया है । सिलेंडर से निकलने वाला निकास टरबाइन को घुमाता है , जो गैस टरबाइन इंजन की तरह काम करता है । टर्बाइन एक शाफ्ट द्वारा कंप्रेसर से जुड़ा होता है , जो एयर फिल्टर और इनटेक मैनिफोल्ड के बीच स्थित होता है। कंप्रेसर पिस्टन में जाने वाली हवा पर दबाव डालता है।

सिलेंडर से निकलने वाला निकास टरबाइन ब्लेड से होकर गुजरता है , जिससे टरबाइन घूमने लगती है । ब्लेड से जितना अधिक निकास होता है, उतनी ही तेजी से वे घूमते हैं।

शाफ्ट के दूसरे छोर पर जो टरबाइन से जुड़ा होता है, कंप्रेसर हवा को सिलेंडरों में पंप करता है। कंप्रेसर एक प्रकार का केन्द्रापसारक पंप है - यह अपने ब्लेड के केंद्र में हवा खींचता है और इसे बाहर की ओर घुमाता है क्योंकि यह घूमता है।

१५०,००० आरपीएम तक की गति को संभालने के लिए, टरबाइन शाफ्ट को बहुत सावधानी से सहारा देना पड़ता है। अधिकांश बेयरिंग इस तरह की गति से फट जाते हैं, इसलिए अधिकांश टर्बोचार्जर एक द्रव असर का उपयोग करते हैं । इस प्रकार का असर शाफ्ट के चारों ओर लगातार पंप किए जाने वाले तेल की एक पतली परत पर शाफ्ट का समर्थन करता है। यह दो उद्देश्यों को पूरा करता है: यह शाफ्ट और कुछ अन्य टर्बोचार्जर भागों को ठंडा करता है, और यह शाफ्ट को बिना अधिक घर्षण के घूमने की अनुमति देता है।

एक इंजन के लिए टर्बोचार्जर डिजाइन करने में कई ट्रेडऑफ शामिल हैं। अगले भाग में, हम इनमें से कुछ समझौतों को देखेंगे और देखेंगे कि वे प्रदर्शन को कैसे प्रभावित करते हैं।

बहुत ज्यादा बूस्ट?

टर्बोचार्जर द्वारा दबाव में हवा को सिलेंडर में पंप किया जा रहा है, और फिर पिस्टन द्वारा और अधिक संकुचित किया जा रहा है (देखें कि कार इंजन एक प्रदर्शन के लिए कैसे काम करते हैं), दस्तक का अधिक खतरा है । दस्तक इसलिए होती है क्योंकि जैसे ही आप हवा को संपीड़ित करते हैं, हवा का तापमान बढ़ जाता है। स्पार्क प्लग में आग लगने से पहले ईंधन को प्रज्वलित करने के लिए तापमान काफी बढ़ सकता है । टर्बोचार्जर वाली कारों को दस्तक से बचने के लिए अक्सर उच्च ऑक्टेन ईंधन पर चलने की आवश्यकता होती है । यदि बूस्ट प्रेशर वास्तव में अधिक है, तो दस्तक से बचने के लिए इंजन के कम्प्रेशन अनुपात को कम करना पड़ सकता है।

टर्बोचार्जर्स के साथ मुख्य समस्याओं में से एक यह है कि जब आप गैस पर कदम रखते हैं तो वे तत्काल बिजली को बढ़ावा नहीं देते हैं। बूस्ट उत्पन्न होने से पहले टरबाइन को गति प्राप्त करने में एक सेकंड का समय लगता है। इसके परिणामस्वरूप जब आप गैस पर कदम रखते हैं तो अंतराल की भावना होती है, और जब टर्बो चलती है तो कार आगे बढ़ जाती है।

टर्बो लैग को कम करने का एक तरीका घूर्णन भागों की जड़ता को कम करना है , मुख्यतः उनके वजन को कम करके। यह टर्बाइन और कंप्रेसर को तेजी से तेज करने की अनुमति देता है, और पहले से बढ़ावा देना शुरू कर देता है। टर्बाइन और कंप्रेसर की जड़ता को कम करने का एक निश्चित तरीका टर्बोचार्जर को छोटा करना है। एक छोटा टर्बोचार्जर अधिक तेज़ी से और कम इंजन गति पर बढ़ावा प्रदान करेगा, लेकिन उच्च इंजन गति पर अधिक बढ़ावा देने में सक्षम नहीं हो सकता है जब वास्तव में बड़ी मात्रा में हवा इंजन में जा रही हो। यह उच्च इंजन गति पर बहुत तेज़ी से घूमने का भी खतरा है, जब बहुत सारे निकास टरबाइन से गुजर रहे हों।

अधिकांश ऑटोमोटिव टर्बोचार्जर में एक वेस्टगेट होता है , जो छोटे टर्बोचार्जर के उपयोग को अंतराल को कम करने की अनुमति देता है, जबकि इसे उच्च इंजन गति पर बहुत तेज़ी से घूमने से रोकता है। वेस्टगेट एक वाल्व है जो निकास को टरबाइन ब्लेड को बायपास करने की अनुमति देता है। वेस्टगेट बूस्ट प्रेशर को भांप लेता है। यदि दबाव बहुत अधिक हो जाता है, तो यह एक संकेतक हो सकता है कि टरबाइन बहुत तेज़ी से घूम रहा है, इसलिए वेस्टगेट टरबाइन ब्लेड के आसपास के कुछ निकास को बायपास करता है, जिससे ब्लेड धीमा हो जाता है।

कुछ टर्बोचार्जर टर्बाइन शाफ्ट का समर्थन करने के लिए द्रव बीयरिंग के बजाय बॉल बेयरिंग का उपयोग करते हैं। लेकिन ये आपकी नियमित बॉल बेयरिंग नहीं हैं - ये टर्बोचार्जर की गति और तापमान को संभालने के लिए उन्नत सामग्रियों से बने सुपर-सटीक बीयरिंग हैं। वे टरबाइन शाफ्ट को अधिकांश टर्बोचार्जर में प्रयुक्त द्रव बियरिंग्स की तुलना में कम घर्षण के साथ घूमने की अनुमति देते हैं। वे थोड़े छोटे, हल्के शाफ्ट का उपयोग करने की भी अनुमति देते हैं। यह टर्बोचार्जर को अधिक तेज़ी से गति देने में मदद करता है, और टर्बो लैग को और कम करता है।

सिरेमिक टर्बाइन ब्लेड अधिकांश टर्बोचार्जर में उपयोग किए जाने वाले स्टील ब्लेड की तुलना में हल्के होते हैं। फिर से, यह टरबाइन को तेजी से गति करने के लिए स्पिन करने की अनुमति देता है, जो टर्बो लैग को कम करता है।

कुछ इंजन विभिन्न आकारों के दो टर्बोचार्जर का उपयोग करते हैं। छोटा वाला बहुत तेज़ी से घूमता है, अंतराल को कम करता है, जबकि बड़ा वाला अधिक गति प्रदान करने के लिए उच्च इंजन गति पर कार्य करता है।

जब हवा को संपीड़ित किया जाता है, तो वह गर्म हो जाती है; और जब हवा गर्म होती है तो फैलती है। तो टर्बोचार्जर से कुछ दबाव वृद्धि इंजन में जाने से पहले हवा को गर्म करने का परिणाम है। इंजन की शक्ति बढ़ाने के लिए, लक्ष्य अधिक हवा के अणुओं को सिलेंडर में लाना है, जरूरी नहीं कि अधिक वायु दाब।

एक इंटरकूलर या चार्ज एयर कूलर एक अतिरिक्त घटक है जो रेडिएटर की तरह दिखता है , सिवाय इसके कि हवा इंटरकूलर के अंदर और साथ ही बाहर से गुजरती है। सेवन हवा कूलर के अंदर सीलबंद मार्गों से होकर गुजरती है, जबकि बाहर से ठंडी हवा को इंजन कूलिंग फैन द्वारा पंखों में उड़ा दिया जाता है ।

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इंटरकूलर इंजन में जाने से पहले कंप्रेसर से निकलने वाली दबाव वाली हवा को ठंडा करके इंजन की शक्ति को और बढ़ा देता है। इसका मतलब यह है कि अगर टर्बोचार्जर 7 साई के बूस्ट पर काम कर रहा है, तो इंटरकूल्ड सिस्टम 7 साई कूलर हवा में डाल देगा, जो सघन है और इसमें गर्म हवा की तुलना में अधिक वायु अणु होते हैं।

एक टर्बोचार्जर उच्च ऊंचाई पर भी मदद करता है , जहां हवा कम घनी होती है। सामान्य इंजन उच्च ऊंचाई पर कम शक्ति का अनुभव करेंगे क्योंकि पिस्टन के प्रत्येक स्ट्रोक के लिए इंजन को हवा का एक छोटा द्रव्यमान मिलेगा। एक टर्बोचार्ज्ड इंजन में भी शक्ति कम हो सकती है, लेकिन कमी कम नाटकीय होगी क्योंकि टर्बोचार्जर को पंप करने के लिए पतली हवा आसान होती है।

कार्बोरेटर वाली पुरानी कारें सिलेंडर में जाने वाले बढ़े हुए वायु प्रवाह से मेल खाने के लिए स्वचालित रूप से ईंधन दर में वृद्धि करती हैं। फ्यूल इंजेक्शन वाली आधुनिक कारें भी एक हद तक ऐसा ही करेंगी। ईंधन-इंजेक्शन प्रणाली यह निर्धारित करने के लिए निकास में ऑक्सीजन सेंसर पर निर्भर करती है कि क्या हवा-से-ईंधन अनुपात सही है, इसलिए यदि टर्बो जोड़ा जाता है तो ये सिस्टम स्वचालित रूप से ईंधन प्रवाह में वृद्धि करेंगे।

यदि फ्यूल-इंजेक्टेड कार में बहुत अधिक बूस्ट वाला टर्बोचार्जर जोड़ा जाता है, तो सिस्टम पर्याप्त ईंधन प्रदान नहीं कर सकता है - या तो कंट्रोलर में प्रोग्राम किया गया सॉफ़्टवेयर इसकी अनुमति नहीं देगा, या पंप और इंजेक्टर इसकी आपूर्ति करने में सक्षम नहीं हैं। ऐसे में टर्बोचार्जर से अधिकतम लाभ प्राप्त करने के लिए अन्य संशोधन करने होंगे।

टर्बोचार्जर और संबंधित विषयों पर अधिक जानकारी के लिए, अगले पृष्ठ पर लिंक देखें।

मूल रूप से प्रकाशित: ४ दिसंबर २०००

टर्बोचार्जर और सुपरचार्जर में क्या अंतर है?

एक टर्बोचार्जर कितनी अश्वशक्ति जोड़ता है?

क्या टर्बोचार्जर आपके इंजन के लिए खराब है?

सबसे अच्छा टर्बोचार्जर ब्रांड कौन सा है?

टर्बोचार्जर की लागत कितनी है?

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