نسبت A/R توربو چیست؟

نسبت A/R (Aspect Ratio یا Area/Radius) یکی از پارامترهای کلیدی در طراحی و عملکرد توربوشارژرها است. این نسبت برای هر دو بخش توربین و کمپرسور در توربوشارژر تعریف می‌شود و به صورت نسبت سطح مقطع موثر (A) به شعاع از مرکز محور تا آن سطح مقطع (R) بیان می‌شود. درک این نسبت برای تنظیم عملکرد توربو و دستیابی به ویژگی‌های بهینه‌ی مورد نظر برای انواع موتورها ضروری است.  افزایش نسبت A/R در یک توربوشارژر معمولاً به معنی افزایش نسبت سطح مقطع ورودی به شعاع است، که در نتیجه باعث افزایش توان در دورهای بالای موتور می‌شود. این تغییر در ساختار توربوشارژر یا با تعویض اجزا یا استفاده از روش‌های تنظیمی صورت می‌گیرد. در ادامه، راه‌هایی که می‌توان به کمک آنها نسبت A/R توربوشارژر را افزایش داد، بررسی می‌شود پس با شینیگامی همراه باشید.

تأثیر نسبت A/R در عملکرد توربو

این نسبت به‌طور مستقیم بر سرعت جریان و فشار گاز عبوری از توربوشارژر تأثیر می‌گذارد و نتایج زیر را به همراه دارد:

نسبت A/R پایین

سطح مقطع و شعاع کوچک‎‌تر، باعث کاهش حجم جریان عبوری می‌شود؛ اما سرعت جریان را افزایش می‌دهد. در نتیجه:

• زمان واکنش (Turbo Lag) کمتر: توربو در دورهای پایین موتور سریع‌تر وارد عمل می‌شود و فشار بوست را در RPM پایین‌تری فراهم می‌کند.
• توان کم در دورهای بالا: در دورهای بالای موتور، ظرفیت توربین یا کمپرسور محدود شده و توان خروجی کمتری ایجاد می‌شود.
• کاربرد: این نوع نسبت A/R برای کاربردهایی که نیاز به پاسخگویی سریع توربو در دورهای پایین دارند، مانند خودروهای شهری یا رانندگی در ترافیک، مناسب است.

نسبت A/R بالا

سطح مقطع و شعاع بزرگ‌تر به معنای جریان بیشتر و سرعت پایین‌تر در آن سطح است. نتیجه:

• افزایش توان در دورهای بالا: توربو در دورهای بالاتر به طور موثرتر عمل کرده و فشار بیشتری فراهم می‌شود، که به تولید توان بالاتر کمک می‌کند.
• توربو لگ (Turbo Lag) بیشتر: در RPM پایین‌تر، تأخیر در ورود توربو به کار را داریم؛ زیرا توربو برای تولید بوست به سرعت بیشتری نیاز دارد.
• کاربرد: این نوع نسبت A/R برای کاربردهای مسابقه‌ای و عملکردهای بالا، که نیاز به قدرت و سرعت بیشتر در دورهای بالا دارند، مناسب است.

تاثیر بر راندمان موتور

نسبت A/R تاثیر زیادی بر راندمان حجمی و راندمان حرارتی موتور دارد. توربوشارژر با A/R مناسب می‌تواند به بهبود راندمان موتور کمک کند و مصرف سوخت و آلایندگی را نیز بهبود ببخشد. با تغییر نسبت A/R، میزان هوای ورودی به موتور در هر چرخه بهینه می‌شود که بر قدرت موتور و راندمان آن تاثیر دارد. نسبت A/R می‌تواند به کنترل دمای گازهای خروجی کمک کند و از کاهش راندمان در اثر حرارت زیاد نیز جلوگیری کند.

انتخاب نسبت A/R مناسب

انتخاب نسبت A/R به نوع موتور، نیازهای عملکردی و نوع رانندگی بستگی دارد. برای دستیابی به تعادل بهینه بین زمان واکنش سریع و توان بالا در دورهای زیاد، اغلب توربوشارژرهای پیشرفته دارای نسبت A/R قابل تنظیم هستند که به وسیله‌ شیرهای مکانیکی یا الکترونیکی تنظیم می‌شوند؛ همچنین، در کاربردهای صنعتی و مسابقه‌ای، مهندسان با تست‌های مختلف نسبت A/R را بهینه می‌کنند تا هم از کارایی بالاتر و هم از دوام موتور اطمینان حاصل کنند.

نسبت A/R توربو  را چگونه می توان افزایش داد

افزایش نسبت A/R در یک توربوشارژر معمولاً به معنی افزایش نسبت سطح مقطع ورودی به شعاع است، که در نتیجه باعث افزایش توان در دورهای بالای موتور می‌شود. این تغییر در ساختار توربوشارژر یا با تعویض اجزا یا استفاده از روش‌های تنظیمی صورت می‌گیرد. در ادامه، راه‌هایی که می‌توان به کمک آنها نسبت A/R توربوشارژر را افزایش داد شرح داده می‌شود:

• تعویض هوزینگ توربین یا کمپرسور با A/R بالاتر؛ یک راه ساده برای افزایش نسبت A/R این است که هوزینگ (پوسته) توربین یا کمپرسور را با مدل‌هایی با A/R بالاتر تعویض کنید. این کار باعث افزایش سطح مقطع ورودی و در نتیجه افزایش نسبت A/R می‌شود. این نوع تغییر، به‌ویژه در توربوشارژرهای قابل تنظیم و بازسازی‌شونده، به‌نسبت رایج و کاربردی است.
• بکارگیری توربوشارژر با هندسه متغیر (VGT)؛ توربوشارژرهای هندسه متغیر یا VGT (Variable Geometry Turbocharger) از پره‌های متغیر در داخل هوزینگ توربین استفاده می‌کنند که می‌توانند به‌طور مکانیکی یا الکترونیکی نسبت A/R را تنظیم کنند. این پره‌ها با باز و بسته شدن، سطح مقطع عبور جریان را تغییر می‌دهند و نسبت A/R را بهینه‌سازی می‌کنند؛ در نتیجه، می‌توان در دورهای پایین موتور، A/R پایین‌تری داشت و در دورهای بالا، A/R را افزایش داد.
• تعویض توربوشارژر با سایز بزرگ‌تر؛ توربوشارژرهای بزرگ‌تر به دلیل سطح مقطع بزرگ‌تر و شعاع بیشتر، به طور طبیعی نسبت A/R بالاتری دارند. اگر افزایش قابل توجهی در نسبت A/R مورد نظر باشد، می‌توان از توربوشارژری با اندازه بزرگ‌تر استفاده کرد. این کار باعث افزایش توان در دورهای بالاتر و در نتیجه بهبود عملکرد موتور در سرعت‌های بالا می‌شود؛ البته لازم به ذکر است که این کار می‌تواند باعث افزایش زمان واکنش (توربو لگ) شود.
• استفاده از روش‌های مهندسی و بازطراحی توربو؛ در موارد خاص، می‌توان با بازطراحی هوزینگ توربو یا تغییرات مهندسی بر روی پره‌ها و مسیرهای جریان داخلی، نسبت A/R را افزایش داد. این کار عموماً نیاز به دانش فنی بالا و تجهیزات پیشرفته برای بازسازی توربو دارد و بیشتر در محیط‌های مسابقه‌ای و صنعتی استفاده می‌شود.
• بکارگیری سیستم‌های توربوشارژر دوگانه (Twin Turbo یا Bi-Turbo)؛ در برخی موارد، به جای استفاده از یک توربوشارژر با A/R متغیر، از دو توربو با اندازه و نسبت A/R متفاوت استفاده خواهد شد. یک توربو با A/R پایین برای دورهای پایین و یک توربو با A/R بالا برای دورهای بالا نصب می‌شود. این روش به تنظیم بهتر نسبت A/R در دورهای مختلف موتور کمک می‌کند.
• تنظیم و ارتقاء سیستم‌های کنترلی توربو؛ در خودروهایی با سیستم‌های کنترل الکترونیکی پیشرفته، می‌توان از نرم‌افزارهای تنظیم (Tuning) برای مدیریت نسبت A/R و عملکرد توربوشارژر در دورهای مختلف استفاده کرد. این سیستم‌ها می‌توانند از طریق کنترل شیرهای بای‌پس و تنظیم بوست، به صورت غیرمستقیم بر نسبت A/R تأثیر بگذارند و عملکرد بهینه‌تری ارائه دهند.

نسبت A/R و توصیه شینیگامی

در کل، نسبت A/R توربو به عنوان یکی از پارامترهای اصلی توربوشارژرها، تأثیر قابل توجهی بر خصوصیات عملکردی و بازدهی توربو دارد. انتخاب درست این نسبت با توجه به نوع موتور و کاربرد می‌تواند تجربه رانندگی را بهبود بخشد و کمک کند تا توربوشارژر عملکرد بهینه‌ای در انواع شرایط داشته باشد.