तपाईंले कुनै बेला एउटा साधारण देखिने कारमा सानो “turbo” ब्याज देख्नुभएको हुनसक्छ। निर्माताहरूले यी प्रतीकहरू सामान्यतया विनम्र रूपमा राख्ने गर्छन् — आकारमा सानो, ध्यान नतान्ने ठाउँमा लुकाइएको। नजान्नेका लागि यसलाई नदेखी हिँडिदिन सजिलो छ। तर जान्नेहरूका लागि यो रोकेर हेर्न लायक संकेत हो। त्यसो भए यतिको चर्चा किन? यहाँ टर्बोचार्जिङको पूरा कथा छ — यो कहाँबाट आयो, कसरी काम गर्छ, र किन महत्त्वपूर्ण छ।
इन्जिनियरहरूलाई एउटै इन्जिनबाट किन बढी शक्ति चाहियो
अटोमोटिभ इन्जिनियरिङका सबैभन्दा प्रारम्भिक दिनहरूदेखि नै डिजाइनरहरू एउटै प्रश्नमा मग्न रहेका छन्: इन्जिनबाट कसरी बढी शक्ति निकाल्ने? भौतिकशास्त्रका नियमहरूले स्पष्ट उत्तर दिन्छन् — इन्जिनको शक्ति प्रत्येक कार्य-चक्रमा जलाइने इन्धनको मात्रासँग प्रत्यक्ष रूपमा समानुपातिक हुन्छ। बढी इन्धन जल्यो भने बढी शक्ति। सिद्धान्तमा सजिलो। तर व्यवहारमा यो धेरै जटिल छ।
मुख्य बाधा अक्सिजन हो। इन्धन आफैं जल्दैन — यो इन्धन-हावा मिश्रणको भागको रूपमा जल्छ। र त्यो मिश्रण आँखाले अनुमान नगरी ठ्याक्कै सन्तुलित हुनुपर्छ। पेट्रोल इन्जिनका लागि आदर्श अनुपात लगभग यस्तो हुन्छ:
- सञ्चालन मोड, इन्धनको संरचना र अन्य परिवर्तनशीलहरूमा निर्भर गर्दै १ भाग इन्धन बराबर १४–१५ भाग हावा
यसको अर्थ हो, यदि तपाईं बढी इन्धन जलाउन चाहनुहुन्छ भने तपाईंले उल्लेखनीय रूपमा बढी हावा पनि आपूर्ति गर्नुपर्छ। परम्परागत प्राकृतिक रूपमा हावा तान्ने (न्याचुरली एस्पिरेटेड) इन्जिनहरूले सिलिन्डर र वायुमण्डलबीचको चाप भिन्नताबाट हावा तान्छन्। नतिजा एउटा कडा सीमा हुन्छ: सिलिन्डरको आयतन जति ठूलो, प्रति चक्र त्यति बढी अक्सिजन भित्र पस्छ। बीसौं शताब्दीको मध्यका अमेरिकी निर्माताहरूले यसलाई चरम सीमासम्म लगे, धेरै इन्धन खपत गर्ने विशाल आयतनका इन्जिनहरू उत्पादन गरे। तर एउटै सिलिन्डर आयतनमा बढी हावा छिराउने कुनै चलाख तरिका थियो कि?
सुपरचार्जरको आविष्कार: गोटलिब डाइमलरको सफलता
उत्तर एउटा परिचित नामबाट आयो — गोटलिब विल्हेल्म डाइमलर, DaimlerChrysler को विरासत पछाडिको त्यही जर्मन इन्जिनियर। सन् १८८५ मा डाइमलरले यान्त्रिक रूपमा चालित सुपरचार्जर प्रयोग गरेर इन्जिनका सिलिन्डरहरूमा बढी हावा छिराउने विधि विकास गरे — मूलतः इन्जिनको क्र्याङ्कशाफ्टबाट सीधै चालित कम्प्रेसर (पंखा), जसले सम्पीडित हावा सिलिन्डरमा धकेल्थ्यो।
यसले काम गर्यो। तर यसको एउटा महत्त्वपूर्ण कमजोरी थियो: कम्प्रेसरले आफैंलाई चलाउन इन्जिनबाट सीधै ऊर्जा चोर्थ्यो। इन्जिनियरहरूलाई थाहा थियो कि अझ राम्रो तरिका हुनुपर्छ।
अल्फ्रेड ब्युही र टर्बोचार्जरको जन्म (१९०५)
अब आउँछन् अल्फ्रेड जे. ब्युही, Sulzer Brothers मा काम गर्ने स्विस इन्जिनियर र आविष्कारक, जहाँ उनले डिजेल इन्जिन विकासको नेतृत्व गर्थे। ब्युही दुई मोर्चामा निराश थिए:
- त्यस युगका डिजेल इन्जिनहरू ठूला, गह्रौं र कमजोर शक्तिका थिए
- यान्त्रिक सुपरचार्जरहरूले इन्जिनलाई आफैं चलाउन आवश्यक ऊर्जा लुट्थे
सन् १९०५ मा ब्युहीले एउटा क्रान्तिकारी समाधान पेटेन्ट गरे: इन्जिनको क्र्याङ्कशाफ्टबाट होइन, बरु आफ्नै निकास ग्यासबाट चालित चार्जिङ उपकरण। यो संसारको पहिलो टर्बोचार्जर थियो।
टर्बोचार्जरले कसरी काम गर्छ
टर्बोचार्जिङपछाडिको अवधारणा सुन्दर रूपमा सरल छ। यहाँ आधारभूत सिद्धान्त चरणबद्ध रूपमा छ:
- तातो निकास ग्यास इन्जिनबाट बाहिर निस्कन्छ र टर्बाइन हाउजिङमा बग्छ
- यी ग्यासहरूले हावाले घट्ट घुमाएझैं, तर अत्यन्त उच्च गतिमा, ब्लेड भएको पाङ्ग्रा — टर्बाइन रोटर घुमाउँछन्
- टर्बाइन रोटर कम्प्रेसर पाङ्ग्राकै एउटै शाफ्टमा जडान गरिएको हुन्छ
- टर्बाइन घुम्दा यसले कम्प्रेसरलाई चलाउँछ, जसले सम्पीडित हावा सिलिन्डरमा धकेल्छ
- सिलिन्डरमा बढी हावा भएको अर्थ बढी इन्धन जलाउन सकिन्छ — परिणामस्वरूप बढी शक्ति उत्पादन
“टर्बोचार्जर” शब्द आफैं ल्याटिन मूल turbo (भुमरी) र compressio (सम्पीडन) बाट आएको हो — भित्र के भइरहेको छ भन्ने कुराको उपयुक्त वर्णन।
इन्टरकूलरको भूमिका
पजलमा अझै एउटा टुक्रा बाँकी छ। हावा कम्प्रेसरबाट गुज्रँदा र तातो टर्बोचार्जर पुर्जाहरूले तताउँदा यो फैलिन्छ — अर्थात् एउटै आयतनमा कम अक्सिजन अटाउँछ। यसलाई सन्तुलनमा ल्याउन टर्बोचार्ज गरिएका इन्जिनहरूले इन्टरकूलर प्रयोग गर्छन्: कम्प्रेसर र इन्जिन सिलिन्डरबीचको हावाको बाटोमा राखिएको रेडिएटर।
इन्टरकूलरको काम सरल तर महत्त्वपूर्ण छ:
- यसले सम्पीडित हावा सिलिन्डरमा पस्नुअघि चिसो बनाउँछ
- चिसो हावा बढी घना हुन्छ, अर्थात् एउटै ठाउँमा बढी अक्सिजन अणु अटाउँछन्
- यसले अझ उच्च बूस्ट चाप — र अझ बढी शक्ति वृद्धिलाई सम्भव बनाउँछ
- यसले इन्जिन नक (समयभन्दा अगाडिको विस्फोट) रोक्न पनि मद्दत गर्छ, विशेष गरी उच्च-प्रदर्शन प्रयोगमा
प्राकृतिक एस्पिरेसनभन्दा टर्बोचार्जिङका मुख्य फाइदाहरू
टर्बोचार्जिङबाट हुने दक्षता वृद्धि उल्लेखनीय छ। सञ्चालन गर्न इन्जिनको शक्ति खपत गर्ने यान्त्रिक सुपरचार्जरभन्दा फरक, टर्बोचार्जरले अन्यथा खेर जाने निकास ग्यासबाट ऊर्जा निकाल्छ। महत्त्वपूर्ण कुरा, टर्बाइनले ती ग्यासहरूलाई उल्लेखनीय रूपमा सुस्त बनाउँदैन; बरु तिनलाई चिसो बनाउँछ, प्रक्रियामा ऊर्जा पुनःप्राप्त गर्दै। मुख्य फाइदाहरूमा समावेश छन्:
- टर्बोचार्जरको आत्म-सञ्चालनमा इन्जिन ऊर्जाको केवल ~१.५% मात्र खपत हुन्छ
- सानो आयतनको इन्जिनबाट बढी शक्ति उत्पादन
- हलुका, बढी सुगठित इन्जिनका कारण घर्षणको हानि घट्ने
- समान शक्तिको प्राकृतिक एस्पिरेटेड इन्जिनको तुलनामा राम्रो इन्धन दक्षता
- सफा निकास, विशेष गरी आधुनिक डिजेल इन्जिनका लागि सान्दर्भिक
यो उत्तम समाधानजस्तो सुनिन्छ — तर टर्बोचार्जिङसँग गम्भीर इन्जिनियरिङ चुनौतीहरू थिए, जसले यसको व्यापक अपनाइलाई दशकौंसम्म ढिलो बनायो।
चुनौतीहरू: चरम ताप, गति र टर्बो ल्याग
टर्बोचार्जरहरू कठोर अवस्थामा सञ्चालन हुन्छन्:
- टर्बाइन रोटरहरू प्रति मिनेट २००,००० RPM सम्म घुम्न सक्छन्
- निकास ग्यासको तापक्रम १,०००°C (१,८३२°F) सम्म पुग्न सक्छ
- पुर्जाहरूले निरन्तर तापीय र यान्त्रिक तनावमा संरचनात्मक अखण्डता र ठ्याक्कै सहनशीलता कायम राख्नुपर्छ
यसैकारण टर्बोचार्जिङ दोस्रो विश्वयुद्धको समयमा मात्र व्यापक भयो — र सुरुमा केवल विमानन क्षेत्रमा, जहाँ इन्जिनियरिङ लगानी न्यायोचित थियो। सन् १९५० को दशकमा Caterpillar ले यो प्रविधि आफ्ना ट्र्याक्टरहरूमा सफलतापूर्वक अनुकूलन गर्यो, जबकि Cummins ले पहिलो टर्बोडिजेल ट्रक इन्जिनहरू विकास गर्यो। टर्बोचार्ज गरिएका यात्रु कारहरू १९६२ सम्म आएनन्, जब Oldsmobile Jetfire र Chevrolet Corvair Monza लगभग एकैसाथ जारी भए।
टिकाउपनाबाहेक, कारहरूका लागि अर्को विशिष्ट चुनौती थियो: टर्बो ल्याग। कम इन्जिन गतिमा निकास ग्यासको मात्रा सीमित हुन्छ, त्यसैले टर्बाइन सुस्त घुम्छ र कम्प्रेसरले बल्लतल्ल चाप बनाउँछ। इन्जिन ३,००० RPM भन्दा तल सुस्त महसुस हुनसक्छ, अनि अचानक ४,०००–५,००० RPM माथि शक्तिले उर्लन्छ। टर्बाइन जति ठूलो, ल्याग त्यति प्रस्ट हुन्छ। साना टर्बाइनहरूले ल्याग घटाउँछन् तर चरम शक्ति त्याग्छन्।
आधुनिक समाधानहरू: इन्जिनियरहरूले कसरी टर्बो ल्याग जिते
दशकौंसम्म इन्जिनियरहरूले शक्ति वृद्धि कायम राख्दै टर्बो ल्याग न्यूनीकरण गर्न धेरै चलाख दृष्टिकोणहरू विकास गरे:
- क्रमिक ट्विन-टर्बो: एउटा सानो, कम-जडत्वको टर्बोचार्जरले कम RPM सम्हाल्छ, जबकि एउटा ठूलो एकाइ उच्च RPM मा सक्रिय हुन्छ। प्रख्यात Porsche 959 मा प्रयोग गरिएको, र आज BMW र Land Rover टर्बोडिजेलमा पाइन्छ। Volkswagen पेट्रोल इन्जिनहरूले अझ छिटो लो-एन्ड प्रतिक्रियाका लागि सानो टर्बोको सट्टा बेल्ट-चालित सुपरचार्जर प्रयोग गर्छन्।
- ट्विन-स्क्रोल टर्बोचार्जर: दुई छुट्टाछुट्टै निकास इनलेट (भोल्युट) भएको एउटै टर्बो, प्रत्येक फरक सिलिन्डर समूहद्वारा आपूर्ति गरिएको। यसले टर्बाइनलाई कम र उच्च दुवै RPM मा कुशलतापूर्वक घुमाइराख्छ, दोस्रो टर्बो एकाइ नथपी ल्याग घटाउँछ। स्ट्रेट-सिक्स र चार-सिलिन्डर इन्जिनहरूमा सामान्य।
- समानान्तर ट्विन-टर्बो: छुट्टाछुट्टै सिलिन्डर ब्याङ्कहरूलाई सेवा गर्ने दुई उस्तै टर्बोचार्जर। V-संरचनाका इन्जिनहरूमा मानक, जहाँ प्रत्येक ब्याङ्कले आफ्नै एकाइ पाउँछ। BMW को M डिभिजनले यसलाई X5 M र X6 M मा क्रस-ब्याङ्क निकास म्यानिफोल्डका साथ अझ अगाडि बढायो, जसले ट्विन-स्क्रोल कम्प्रेसरलाई विपरीत सिलिन्डर ब्याङ्कहरूबाट विपरीत फायरिङ चरणमा ग्यास तान्न अनुमति दियो।
- परिवर्तनशील ज्यामिति टर्बोचार्जर (VGT): टर्बाइन हाउजिङभित्रका समायोज्य भेनहरूले इन्जिन गतिअनुसार निकास ग्यासको प्रवाह मार्ग परिवर्तन गर्छन् — प्रभावकारी रूपमा प्रत्येक RPM मा टर्बोलाई सही “आकार” दिँदै। पहिलो पटक डिजेल इन्जिनहरूमा अपनाइयो (जहाँ कम निकास तापक्रमले कार्यान्वयन सजिलो बनायो), र अन्ततः Porsche ले 911 Turbo का साथ पेट्रोल इन्जिनहरूमा ल्यायो।
आजको टर्बोचार्जिङ: प्रदर्शनदेखि दक्षतासम्म
जे विमानन इन्जिनियरिङ चुनौतीको रूपमा सुरु भएको थियो, त्यो आधुनिक अटोमोटिभ पावरट्रेनमा प्रमुख प्रविधि बनेको छ। आज टर्बोचार्जिङ केवल प्रदर्शनको बारेमा मात्र होइन — यो इन्धन अर्थतन्त्र र उत्सर्जन मापदण्डमा केन्द्रीय छ। बजारमा रहेका लगभग हरेक डिजेल इन्जिनले “टर्बो” उपसर्ग स्वतःसिद्धका रूपमा बोक्छ। र पेट्रोलको संसारमा टर्बोचार्ज गरिएका साना आयतनका इन्जिनहरूले मुख्यधारा, विलासी र प्रदर्शन सबै खण्डमा ठूला प्राकृतिक एस्पिरेटेड एकाइहरूलाई धेरै हदसम्म प्रतिस्थापन गरेका छन्।
एउटा साधारण कारको पछाडिको त्यो विनम्र सानो ब्याजले एक शताब्दीभन्दा बढी फैलिएको कथा बताउँछ — ब्युहीको १९०५ को पेटेन्टदेखि आजका ट्विन-स्क्रोल, परिवर्तनशील-ज्यामिति प्रणालीहरूसम्म। र त्यो कथा अझै सकिएको छैन।
यो एउटा अनुवाद हो। तपाईं मूल यहाँ पढ्न सक्नुहुन्छ: https://www.drive.ru/technic/4efb330200f11713001e3703.html
प्रकाशित जनवरी 27, 2022 • पढ्नको लागि 7m
