டர்போசார்ஜிங்கின் வரலாறு: டர்போக்கள் ஆட்டோமொபைல் உலகை எப்படி மாற்றின

சாதாரணமாகத் தோற்றமளிக்கும் ஒரு காரில் சிறிய “turbo” சின்னத்தை ஏதோ ஒரு சமயத்தில் நீங்கள் கவனித்திருக்கலாம். உற்பத்தியாளர்கள் இந்தச் சின்னங்களை அடக்கமாகவே வைப்பது வழக்கம் — அளவில் சிறியதாக, கண்ணில் படாத இடங்களில் மறைத்து. அதைப் பற்றி அறியாதவருக்கு அதைக் கடந்து செல்வது எளிது. ஆனால் தெரிந்தவர்களுக்கு அது நின்று கவனிக்கத் தகுந்த ஒரு அடையாளம். அப்படியானால் இந்த மொத்த ஆரவாரமும் எதற்காக? டர்போசார்ஜிங்கின் முழுக் கதை இதோ — அது எங்கிருந்து வந்தது, எப்படி வேலை செய்கிறது, ஏன் முக்கியம் என்பது பற்றி.

ஒரே என்ஜினில் இருந்து அதிக சக்தியை பொறியாளர்கள் ஏன் தேவைப்பட்டார்கள்

ஆட்டோமொபைல் பொறியியலின் ஆரம்ப நாட்களிலிருந்தே, வடிவமைப்பாளர்கள் ஒரே கேள்வியில் மூழ்கியிருந்தனர்: ஒரு என்ஜினிலிருந்து அதிக சக்தியை எப்படிப் பெறுவது? இயற்பியல் விதிகள் தெளிவான பதிலைத் தருகின்றன — ஒவ்வொரு வேலைச் சுழற்சியிலும் எரியும் எரிபொருளின் அளவுக்கு என்ஜின் சக்தி நேரடியாக விகிதாசாரமாக இருக்கும். அதிக எரிபொருள் எரிந்தால் அதிக சக்தி. கோட்பாட்டளவில் போதுமான அளவு எளிது. ஆனால் நடைமுறையில் அது மிகவும் சிக்கலானது.

முக்கியக் கட்டுப்பாடு ஆக்ஸிஜன். எரிபொருள் தனியாக எரியாது — அது எரிபொருள்-காற்று கலவையின் ஒரு பகுதியாக எரிகிறது. அந்தக் கலவை கண்ணால் மதிப்பிடப்படாமல், துல்லியமாகச் சமநிலைப்படுத்தப்பட வேண்டும். பெட்ரோல் என்ஜினுக்கு, சிறந்த விகிதம் தோராயமாக:

• இயக்க முறை, எரிபொருள் கலவை மற்றும் பிற மாறிகளைப் பொறுத்து, 1 பகுதி எரிபொருளுக்கு 14–15 பகுதி காற்று

இதன் பொருள், நீங்கள் அதிக எரிபொருளை எரிக்க விரும்பினால், கணிசமாக அதிக காற்றையும் வழங்க வேண்டும். வழக்கமான இயற்கை சுவாச (naturally aspirated) என்ஜின்கள் சிலிண்டருக்கும் வளிமண்டலத்துக்கும் இடையேயான அழுத்த வேறுபாடு வழியாகக் காற்றை உள்ளிழுக்கின்றன. இதன் விளைவு ஒரு கடினமான வரம்பு: சிலிண்டர் கொள்ளளவு எவ்வளவு பெரிதோ, ஒவ்வொரு சுழற்சியிலும் அவ்வளவு அதிக ஆக்ஸிஜன் நுழைகிறது. 20ஆம் நூற்றாண்டின் மத்தியில் அமெரிக்க உற்பத்தியாளர்கள் இதை ஒரு உச்சத்துக்குக் கொண்டு சென்று, மிகப்பெரிய இடப்பெயர்ச்சி கொண்ட, பெரும் எரிபொருள் பசியுடைய என்ஜின்களை உற்பத்தி செய்தனர். ஆனால் அதே சிலிண்டர் கொள்ளளவுக்குள் அதிக காற்றைத் தள்ள ஒரு புத்திசாலித்தனமான வழி இருந்ததா?

சூப்பர்சார்ஜரின் கண்டுபிடிப்பு: காட்லீப் டெய்ம்லரின் முன்னேற்றம்

பதில் ஒரு பரிச்சயமான பெயரிலிருந்து வந்தது — காட்லீப் வில்ஹெல்ம் டெய்ம்லர், DaimlerChrysler மரபுக்குப் பின்னால் இருந்த அதே ஜெர்மானியப் பொறியாளர். 1885ஆம் ஆண்டிலேயே, என்ஜின் சிலிண்டர்களுக்குள் அதிக காற்றைத் தள்ள டெய்ம்லர் ஒரு முறையை உருவாக்கினார் — அதற்கு இயந்திரத்தால் இயக்கப்படும் சூப்பர்சார்ஜர் பயன்படுத்தப்பட்டது — அதாவது என்ஜினின் கிராங்க்ஷாஃப்ட்டால் நேரடியாக இயக்கப்படும் ஒரு கம்ப்ரசர் (விசிறி), அது அழுத்தப்பட்ட காற்றை சிலிண்டர்களுக்குள் தள்ளியது.

அது வேலை செய்தது. ஆனால் அதற்கு ஒரு குறிப்பிடத்தக்க குறை இருந்தது: கம்ப்ரசர் தன்னையே இயக்க என்ஜினிலிருந்து நேரடியாக ஆற்றலைத் திருடியது. ஒரு சிறந்த வழி இருக்க வேண்டும் என்று பொறியாளர்கள் அறிந்திருந்தனர்.

ஆல்ஃபிரட் பூச்சியும் டர்போசார்ஜரின் பிறப்பும் (1905)

இங்கே வருகிறார் ஆல்ஃபிரட் ஜே. பூச்சி, Sulzer Brothers நிறுவனத்தில் டீசல் என்ஜின் மேம்பாட்டை வழிநடத்திய ஒரு சுவிஸ் பொறியாளரும் கண்டுபிடிப்பாளரும். பூச்சி இரண்டு விஷயங்களில் வெறுப்படைந்திருந்தார்:

• அந்தக் காலகட்டத்தின் டீசல் என்ஜின்கள் பெரியதாக, கனமாக, குறைந்த சக்தி கொண்டதாக இருந்தன
• இயந்திர சூப்பர்சார்ஜர்கள் என்ஜினுக்குத் தன்னை இயக்கத் தேவையான ஆற்றலைத் திருடின

1905ஆம் ஆண்டில், பூச்சி ஒரு புரட்சிகர தீர்வுக்கு காப்புரிமை பெற்றார்: என்ஜினின் கிராங்க்ஷாஃப்ட்டால் அல்ல, மாறாக அதன் சொந்த வெளியேற்ற வாயுக்களால் இயக்கப்படும் ஒரு சார்ஜிங் சாதனம். இது உலகின் முதல் டர்போசார்ஜர் ஆகும்.

டர்போசார்ஜர் எப்படி வேலை செய்கிறது

டர்போசார்ஜிங்கின் பின்னணியில் உள்ள கருத்து நேர்த்தியாக எளிமையானது. அடிப்படைக் கொள்கை, படிப்படியாக இதோ:

1. சூடான வெளியேற்ற வாயுக்கள் என்ஜினிலிருந்து வெளியேறி டர்பைன் வீட்டுக்குள் பாய்கின்றன
2. இந்த வாயுக்கள் ஒரு இதழ்களையுடைய சக்கரத்தை — டர்பைன் ரோட்டரை — காற்று காற்றாலையைச் சுழற்றுவதைப் போல, ஆனால் மிகவும் அதிக வேகத்தில் சுழற்றுகின்றன
3. டர்பைன் ரோட்டர் ஒரு கம்ப்ரசர் சக்கரத்தின் அதே அச்சில் பொருத்தப்பட்டுள்ளது
4. டர்பைன் சுழலும்போது, அது கம்ப்ரசரை இயக்குகிறது, அது அழுத்தப்பட்ட காற்றை சிலிண்டர்களுக்குள் தள்ளுகிறது
5. சிலிண்டர்களில் அதிக காற்று என்றால் அதிக எரிபொருளை எரிக்க முடியும் — இதன் விளைவாக அதிக சக்தி வெளியீடு கிடைக்கிறது

“டர்போசார்ஜர்” என்ற சொல்லே லத்தீன் வேர்களான turbo (சுழல்காற்று) மற்றும் compressio (அழுத்தம்) ஆகியவற்றிலிருந்து வருகிறது — உள்ளே நடப்பதற்கு ஏற்ற விளக்கம்.

இன்டர்கூலரின் பங்கு

இந்தப் புதிருக்கு இன்னும் ஒரு பகுதி உண்டு. காற்று கம்ப்ரசர் வழியாகச் சென்று சூடான டர்போசார்ஜர் கூறுகளால் சூடாக்கப்படும்போது, அது விரிவடைகிறது — அதாவது அதே கொள்ளளவில் குறைவான ஆக்ஸிஜன் பொருந்துகிறது. இதை எதிர்க்க, டர்போசார்ஜ் செய்யப்பட்ட என்ஜின்கள் ஒரு இன்டர்கூலரை பயன்படுத்துகின்றன: கம்ப்ரசருக்கும் என்ஜின் சிலிண்டர்களுக்கும் இடையேயான காற்றுப் பாதையில் வைக்கப்படும் ஒரு ரேடியேட்டர்.

இன்டர்கூலரின் வேலை நேரடியானது ஆனால் முக்கியமானது:

• அழுத்தப்பட்ட காற்று சிலிண்டர்களுக்குள் நுழைவதற்கு முன் அதை அது குளிர்விக்கிறது
• குளிர்ந்த காற்று அடர்த்தியானது, அதாவது அதே இடத்தில் அதிக ஆக்ஸிஜன் மூலக்கூறுகள் பொருந்துகின்றன
• இது இன்னும் அதிக பூஸ்ட் அழுத்தத்தையும் — இன்னும் அதிக சக்தி ஆதாயங்களையும் அனுமதிக்கிறது
• குறிப்பாக அதிக செயல்திறன் பயன்பாடுகளில், என்ஜின் தட்டலையும் (முன்கூட்டிய வெடிப்பு) தடுக்க உதவுகிறது

இயற்கை சுவாசத்தை விட டர்போசார்ஜிங்கின் முக்கிய நன்மைகள்

டர்போசார்ஜிங்கிலிருந்து கிடைக்கும் செயல்திறன் ஆதாயங்கள் கணிசமானவை. இயக்க என்ஜின் சக்தியை நுகரும் இயந்திரத்தால் இயக்கப்படும் சூப்பர்சார்ஜருக்கு மாறாக — டர்போசார்ஜர் இல்லையெனில் வீணாகிப்போகும் வெளியேற்ற வாயுக்களிலிருந்து ஆற்றலைப் பிரித்தெடுக்கிறது. முக்கியமாக, டர்பைன் அந்த வாயுக்களைக் கணிசமாக மெதுவாக்காது; மாறாக அவற்றைக் குளிர்விக்கிறது, அந்தச் செயல்பாட்டில் ஆற்றலை மீட்கிறது. முக்கிய நன்மைகள்:

• டர்போசார்ஜரின் சுய-பராமரிப்புக்கு என்ஜின் ஆற்றலில் சுமார் 1.5% மட்டுமே நுகரப்படுகிறது
• சிறிய இடப்பெயர்ச்சி கொண்ட என்ஜினிலிருந்து அதிக சக்தி வெளியீடு
• இலகுவான, அதிக சிறிய என்ஜின் காரணமாக குறைந்த உராய்வு இழப்புகள்
• சமமான சக்தி கொண்ட இயற்கை சுவாச என்ஜினுடன் ஒப்பிடும்போது சிறந்த எரிபொருள் சிக்கனம்
• தூய்மையான வெளியேற்றம், குறிப்பாக நவீன டீசல் என்ஜின்களுக்குப் பொருத்தமானது

இது சரியான தீர்வாகத் தோன்றுகிறது — ஆனால் டர்போசார்ஜிங் கடுமையான பொறியியல் சவால்களுடன் வந்தது, இது அதன் பரவலான ஏற்பை பல தசாப்தங்களுக்குத் தாமதப்படுத்தியது.

சவால்கள்: தீவிர வெப்பம், வேகம் மற்றும் டர்போ லேக்

டர்போசார்ஜர்கள் கடுமையான சூழல்களில் இயங்குகின்றன:

• டர்பைன் ரோட்டர்கள் நிமிடத்திற்கு 200,000 சுழற்சிகள் (RPM) வரை சுழலக்கூடும்
• வெளியேற்ற வாயு வெப்பநிலைகள் 1,000°C (1,832°F) வரை எட்டக்கூடும்
• தொடர்ச்சியான வெப்ப மற்றும் இயந்திர அழுத்தத்தின் கீழ் கூறுகள் கட்டமைப்பு ஒருமைப்பாட்டையும் துல்லியமான சகிப்புத்தன்மைகளையும் பராமரிக்க வேண்டும்

இதன் காரணமாக, டர்போசார்ஜிங் இரண்டாம் உலகப் போரின் போதுதான் பரவலாகியது — அதுவும் ஆரம்பத்தில் விமானத் துறையில் மட்டுமே, அங்கு பொறியியல் முதலீடு நியாயப்படுத்தப்பட்டது. 1950களில், Caterpillar தனது டிராக்டர்களுக்காக இந்தத் தொழில்நுட்பத்தை வெற்றிகரமாகத் தழுவிக்கொண்டது, அதேசமயம் Cummins முதல் டர்போடீசல் டிரக் என்ஜின்களை உருவாக்கியது. டர்போசார்ஜ் செய்யப்பட்ட பயணிகள் கார்கள் 1962 வரை வரவில்லை, அப்போது Oldsmobile Jetfire மற்றும் Chevrolet Corvair Monza கிட்டத்தட்ட ஒரே சமயத்தில் வெளியிடப்பட்டன.

நீடித்து உழைப்பதைத் தாண்டி, கார்களுக்கே உரிய மற்றொரு சவால் இருந்தது: டர்போ லேக். குறைந்த என்ஜின் வேகங்களில், வெளியேற்ற வாயு அளவு குறைவாக இருப்பதால், டர்பைன் மெதுவாகச் சுழல்கிறது, கம்ப்ரசர் அரிதாகவே அழுத்தத்தை உருவாக்குகிறது. என்ஜின் 3,000 RPM-க்குக் கீழே மந்தமாக உணரப்படலாம், பிறகு திடீரென 4,000–5,000 RPM-க்கு மேல் சக்தியுடன் எழும். டர்பைன் எவ்வளவு பெரிதோ, லேக் அவ்வளவு தெளிவாக இருக்கும். சிறிய டர்பைன்கள் லேக்-ஐக் குறைக்கின்றன ஆனால் உச்ச சக்தியைத் தியாகம் செய்கின்றன.

நவீன தீர்வுகள்: பொறியாளர்கள் டர்போ லேக்-ஐ எப்படி வென்றனர்

பல தசாப்தங்களாக, சக்தி ஆதாயங்களைப் பாதுகாக்கும்போதே டர்போ லேக்-ஐக் குறைக்க பொறியாளர்கள் பல திறமையான அணுகுமுறைகளை உருவாக்கினர்:

• தொடர்ச்சியான இரட்டை-டர்போ (sequential twin-turbo): ஒரு சிறிய, குறைந்த நிலைமங்கல் கொண்ட டர்போசார்ஜர் குறைந்த RPM-ஐக் கையாளுகிறது, அதேசமயம் ஒரு பெரிய அலகு அதிக RPM-இல் செயல்படத் தொடங்குகிறது. புகழ்பெற்ற Porsche 959 இல் பயன்படுத்தப்பட்டது, இன்று BMW மற்றும் Land Rover டர்போடீசல்களில் காணப்படுகிறது. Volkswagen பெட்ரோல் என்ஜின்கள் இன்னும் வேகமான குறைந்த-வேக மறுமொழிக்காக சிறிய டர்போவுக்குப் பதிலாக பெல்ட்டால் இயக்கப்படும் சூப்பர்சார்ஜரைப் பயன்படுத்துகின்றன.
• இரட்டை-ஸ்க்ரோல் டர்போசார்ஜர் (twin-scroll): இரண்டு தனித்தனி வெளியேற்ற உள்வாயில்களுடன் (வோல்யூட்கள்) கூடிய ஒற்றை டர்போ, ஒவ்வொன்றும் வெவ்வேறு சிலிண்டர் குழுவால் ஊட்டப்படுகிறது. இது குறைந்த மற்றும் அதிக RPM இரண்டிலும் டர்பைனை திறமையாகச் சுழலச் செய்து, இரண்டாவது டர்போ அலகைச் சேர்க்காமல் லேக்-ஐக் குறைக்கிறது. நேர்-ஆறு (straight-six) மற்றும் நான்கு-சிலிண்டர் என்ஜின்களில் பொதுவானது.
• இணை இரட்டை-டர்போ (parallel twin-turbo): தனித்தனி சிலிண்டர் வங்கிகளுக்குச் சேவை செய்யும் இரண்டு ஒரே மாதிரியான டர்போசார்ஜர்கள். V-வடிவ என்ஜின்களில் தரநிலையானது, அங்கு ஒவ்வொரு வங்கியும் தனது சொந்த அலகைப் பெறுகிறது. BMW-இன் M பிரிவு X5 M மற்றும் X6 M இல் குறுக்கு-வங்கி வெளியேற்ற மேனிஃபோல்டுடன் இதை இன்னும் முன்னேற்றியது, இது ஒரு இரட்டை-ஸ்க்ரோல் கம்ப்ரசர் எதிரெதிர் எரியும் கட்டங்களில் எதிரெதிர் சிலிண்டர் வங்கிகளிலிருந்து வாயுக்களை இழுக்க அனுமதிக்கிறது.
• மாறுபடும் வடிவியல் டர்போசார்ஜர் (VGT): டர்பைன் வீட்டினுள் சரிசெய்யக்கூடிய இதழ்கள் என்ஜின் வேகத்தைப் பொறுத்து வெளியேற்ற வாயுக்களின் ஓட்டப் பாதையை மாற்றுகின்றன — இது டர்போவுக்கு ஒவ்வொரு RPM-இலும் சரியான “அளவைக்” கொடுக்கிறது. முதலில் டீசல் என்ஜின்களில் ஏற்றுக்கொள்ளப்பட்டது (அங்கு குறைந்த வெளியேற்ற வெப்பநிலைகள் செயல்படுத்தலை எளிதாக்கின), இறுதியில் Porsche 911 Turbo மூலம் பெட்ரோல் என்ஜின்களுக்குக் கொண்டுவரப்பட்டது.

இன்று டர்போசார்ஜிங்: செயல்திறனிலிருந்து சிக்கனம் வரை

விமானப் பொறியியல் சவாலாகத் தொடங்கியது நவீன ஆட்டோமொபைல் சக்தித் தொகுதிகளில் ஆதிக்கம் செலுத்தும் தொழில்நுட்பமாக மாறியுள்ளது. இன்று, டர்போசார்ஜிங் என்பது வெறும் செயல்திறன் பற்றியது மட்டுமல்ல — அது எரிபொருள் சிக்கனம் மற்றும் உமிழ்வுத் தரநிலைகளுக்கு மையமானது. சந்தையில் உள்ள கிட்டத்தட்ட ஒவ்வொரு டீசல் என்ஜினும் “டர்போ” முன்னொட்டை இயல்பாகவே சுமக்கிறது. மேலும் பெட்ரோல் உலகில், டர்போசார்ஜ் செய்யப்பட்ட சிறிய-இடப்பெயர்ச்சி என்ஜின்கள் முக்கிய நீரோட்ட, ஆடம்பர மற்றும் செயல்திறன் பிரிவுகள் அனைத்திலும் பெரிய இயற்கை சுவாச அலகுகளைப் பெருமளவில் மாற்றியுள்ளன.

சாதாரணமாகத் தோற்றமளிக்கும் ஒரு காரின் பின்புறத்தில் உள்ள அந்த எளிய சிறிய சின்னம் ஒரு நூற்றாண்டுக்கும் மேலான ஒரு கதையைச் சொல்கிறது — பூச்சியின் 1905 காப்புரிமையிலிருந்து இன்றைய இரட்டை-ஸ்க்ரோல், மாறுபடும்-வடிவியல் அமைப்புகள் வரை. அந்தக் கதை இன்னும் முடியவில்லை.

இது ஒரு மொழிபெயர்ப்பு. மூலத்தை இங்கே நீங்கள் படிக்கலாம்: https://www.drive.ru/technic/4efb330200f11713001e3703.html