مقاله توربو شارژ

دانلود مقاله توربو شارژ

پرخورانی (توربو شارژر):

دستگاه توربو شارژر (دستگاه پرخورانی توربینی) توربینی است که با گاز اگزوز به حرکت در می اید و پروانه ی یک کمپرسور گریز از مرکز را به حرکت در می اورد.کمپرسور غالبا بین صافی هوا و منیفولد ورودی موتور قرار می گیرد در حالی که توربین ان بین منیفولد خروجی و خفه کن اگزوز قرار می گیرد.دستگاه توربو شارژر هوای ورودی موتور را فشرده می کند و هوای بیشتری وارد سیلندر می نماید.این عمل موجب می گردد که موتور مقدار بیشتری سوخت را بطور موثر بسوزاندو در نتیجه قدرت زیادتری تولید نماید.

تمام گازهای اگزوز از بدنه ی توربین عبور می کند.انبساط این گازها روی پروانه توربین اثر می گذارد و باعث چرخیدن ان می شود.پس از انکه گازها از توربین عبور کرد از راه دستگاه اگزوز به هوای محیط راه می یابد.در بعضی از موارد دستگاه توربو شارژر انقدر صدای اگزوز را خفه می کند که نیاز به خفه کن اگزوز را از بین می برد.

دستگاه توربو شارژر به عنوان یک شعله گیر نیز عمل می کتد.برای مثال باید گفت که وزارت کشاورزی امریکا دستگاه توربو شارژر را به عنوان یک شعله گیر مناسب و مؤثر برای کارهای جنگلبانی می شناسد.

–

طرز کار:

کمپرسور و توربین در داخل بدنه مخصوص به خود قرار دارند و توسط یک شافت مستقیما به هم متصل شده اند.بدنه ها از الیژهای سبک ساخته شده اند و برای حداکثر تبادل حرارتی طراحی شده اند.تنها تلفاتی که از توربین به کمپرسور وجود دارداصطکاک مختصری است که بین شافت و یاتاقنهای ان موجود می باشد.هوا از راه صافی دستگاه ورود هوا وارد کمپرسور می شود و توسط پروانه کمپرسور فشرده می گردد و سپس به داخل منیفولد ورودی تخلیه می گردد.هوای اضافی وارد شده توسط کمپرسور امکان احتراق سوخت بیشتر و تولید قدرت بیشتر را فراهم می سازد.

سرعت موتور زیاد می شود زمان باز بودن سوپاپ ورودی کاهش می یابد و برای پرشدن سیلندر از هوا زمان کمتری صرف می گردد.در یک موتور که با سرعت ۲۵۰۰ (دور در دقیقه) کار می کند زمان باز بودن سوپاپهای ورودی کمتر از ۰٫۰۱۷ ثانیه می باشد.فشار هوای به سیلندر در موتوری که به صورت معمولی تنفس می کند از فشار جو کمتر می باشد.دستگاه توربو شارژر در تمام سرعتها هوا را با فشار بیشتر از فشار جو وارد سیلندرها می نماید.

جریان گاز هر سیلندر بلافاصله پس از باز شدن سوپاپ خروجی برقرار می گردد.این عمل باعث پیدایش نوساناتی در فشار گاز موسوم به انرژی ضربه در ناحیه ورودی توربین می شود.با بدنه معمولی توربین تنها مقدار کمی از انرژی ضربه مورد استفاده قرار می گیرد.برای استفاده بهتر از این ضربانها در یکی از طرحها یک تقسیم داخلی در محفظه توربین و منیفولد خروجی وجود دارد که گازهای اگزوز را به پروانه توربین هدایت می کند.برای هریک از دو نیمه اگزوز سیلندر موتور یک مجرای مجزا وجود دارد.

در بعضی از موتورهای چهار یا شش سیلندر مجهز به توربو شارژر یک مجرای مجزا برای دو یا سه سیلندر جلو و یک مجرای مجزا برای دو یا سه سیلندر عقب وجود دارد .با استفاده از دستگاه اگزوز کاملا مجزا همراه با بدنه توربین مضاعف نتیجه کار بدست امدن گازهایی با سرعت زیاد و بسیار مؤثر خواهد بود.با این عمل سرعت توربین زیادتر می شود و فشار منیفولد ورودی به دست امده هم از فشاری که با دستگاه بدون انشعاب می توان به دست اورد بیشتر خواهد بود.

در ارتفاعات زیاد یک موتور که به طور معمولی تنفس می کند بازاء هر ۱۰۰۰ فوت ارتفاع ۳% از قدرت خود را در اثر کاهش ۳% از جرم مخصوص بازاء هر ۱۰۰۰ فوت از دست می دهد.

در یک موتور مجهز به توربو شارژ هم با افزایش ارتفاع افت فشار دو سر توربین افزایش می یابد.فشار ورودی توربین ثابت می ماند ولی با افزایش ارتفاع فشار خروجی کاهشش می یابد.وقتی اختلاف فشار افزایش یابد سرعت توربین نیز زیاد می شود.پروانه کمپرسور هم سریعتر می چرخد و فشار هوای ورودی موتور را حتی با کم شدن جرم ویژه هوا مانند فشاری که در سطح دریا تولید می کند نگه می دارد.

البته برای مقدار واقعی جبران کنندگی دستگاه توربو شارژ بر حسب ارتفاع نیز محدودیتهایی وجود دارد.این محدودیتها اصولا نتیجه متغیر بودن مقدار فشار کمکی و تناسب دستگاه توربو شارژ با موتور می باشد.برای منظور کردن اختلاف در جبران کردن ارتفاع یک جبران کننده ارتفاع به دستگاه افزوده شده است.در موقع افزایش سرعت با شتاب زیاد یا تغییر ناگهانی بار موتور سرعت توربو شارژ که به صورت فشار منیفولد تجلی می کند از قدرت یا سوخت مورد نیاز که با باز کردن دریچه گاز تعیین می گردد عقب می ماند.این عقب ماندگی در دستگاه سوخت وجود ندارد بنابراین در لحظات اولیه یک مخلوط غنی همراه با دود غلیظ به وجود می اید تا این که دستگاه توربو شارژ به ان برسد.

در موتورهای دیزل دو نوع جبران کننده ارتفاع به کار می رود.یکی از انها نوع هوای فشرده می باشد که ار نظر شکل ظاهری شبیه به توربو شارژ می باشد.این نوع یک هوای فشرده با فشاری نزدیک به فشار هم سطح دریا به داخل منیفولد ورودی می فرستد.در این طرح سوخت اضافی برای احتراق وجود ندارد و در نتیجه افزایش قدرتی هم وجود نخواهد داشت.ولی هوای اضافی فراهم شده توسط جبران کننده ارتفاع معمولا بازده احتراق را افزایش می دهد که ان هم صرفه اقتصادی سوخت را افزایش و مقدار دود را کاهش می دهد.

نوع دوم یک دستگاه تاخیر است.عمل دستگاه تاخیر این است که در عکس العمل دستگاه سوخت یک تاخیر مساوی با تاخیر توربو شارژ ایجاد می نماید تا به این ترتیب مشکلات مربوط به مخلوط کنترل بشود و دود کردن از بین برود.دستگاه تاخیر در موتورهای دیزل و بعضی از موتورهای بنزینی به کار میرود.

سوخت از ناحیه خروجی پمپ وارد دستگاه تاخیر سوخت می شود و از داخل ناحیه سوپاپ یکطرفه استارت عبور می کند.در طرحهای دیگر این سوپاپ باید در لوله تغذیه قرار بگیرد.سوپاپ یکطرفه استارت از عبور دادن فرعی سوخت توسط دستگاه تاخیر در موقع روشن کردن موتور جلوگیری می کند.در سرعتهای بالاتر از سرعت استارت زدن فشار سوخت سوپاپ یکطرفه را باز می کند و به سوخت اجازه می دهد که به دهانه سوپاپ شافت دستگاه تاخیر جریان یابد.شافت و مجرای ان یک سوپاپ جریان فرعی تشکیل میدهد.این شافت و مجرای ان یک مانع در راه جریان سوخت مشابه پمپ تزریق نوع فشار – زمان به وجود می اورد.

سوختی که از سوپاپ فرعی عبور می کند به ناحیه مکشی پمپ تزریق بر می گردد.فشار منیفولد سوخت فرعی متناسب با شدت جریان سوخت فرعی می باشد.هنگامی که بازوی کنترل روی دستگاه تاخیر به پیچ تنظیم تکیه کند شافت و غلاف سوخت را از مجرای فرعی عبور میدهد.مقدار سوخت فرعی با این پیچ که در کف بدنه دستگاه تاخیر قرار دارد تنظیم می گردد.اهرم کنترل که توسط شافت راه انداز به پیستون داخل بدنه دستگاه تاخیر متصل شده است شافت را می چرخاند و دهانه سوپاپ را می بندد.این اهرم با فشار منیفولد در برابر پیستون و دیافراگم حرکت می کند.هر وقت که فشار منیفولد بالاتر از فشار هوای راه انداز موجود باشد دستگاه تاخیر به طور موثر از دستگاه سوخت خارج می گردد.وقتی فشار از فشار تنظیم اولیه کمتر بشود دستگاه تاخیر وارد دستگاه سوخت می گردد.

در موتورهای بنزینی جدید خودرو و استانداردهای مؤکد کنترل الودگی تاخیر توربو شارژ توسط کنترل جرقه اصلاح شده و یا دستگاه تنظیم خلاء غنی کردن مخلوط منظور می گردد.دستگاه کنترل جرقه زمان بندی جرقه را بر حسب نیاز تغییر میدهد و دستگاه تنظیم خلاء جریان خلاء در کاربراتور را توسط یک مجرای غنی کننده مخلوط برای قدرت زیاد تنظیم می نماید.

بعضی از موتورها مخصوصا موتور خودروهای سواری که در انها فشار کمکی باید در سطح پایین نگه داشته شود دارای واحد دروازه ضایعات می باشد.نظر به اینکه توربو شارژر پیوسته به کار خود ادامه میدهد کنترل نکردن کار ان باعث فشار کمکی فراتر از ظرفیت موتور خواهد شد.برای محدود نگه داشتن فشار کمکی باید از روش مناسبی استفاده بشود.روش اساسی قرار دادن یک دروازه ضایعات در دستگاه می باشد.دروازه ضایعات که غالبا در مجموعه زانویی خروجی قرار داده می شود موقعی فعال می گردد که فشار کمکی به یک سطح از پیش تعیین شده برسد (غالبا ۳ تا ۷ پوند بر اینچ مربع بر حسب کاربرد)دروازه ضایعات باز می شود و جریان اگزوز را از اطراف توربین عبور می دهد.

–

روغن کاری:

نظر به اینکه در حالت عادی سرعت توربین به ۱۴۰۰۰۰ (دور در دقیقه) میرسد روغن کاری کافی ان اهمیت بسیار دارد.دستگاه های توربو شارژر با روغن موتور روغن کاری می شود.بر حسب کاربرد دستگاه روغن کاری ممکن است تحت فشار یا با نیروی ثقل انجام بگیرد.در مواردی که از بار زیاد استفاده می شود یا هنگامی که خاموش کردن دستگاه پس از کار کردن با حداکثر قدرت متداول می باشد از روغن کاری تحت فشار همراه با یک پمپ مجزا استفاده می شود.در مواردی که از پمپ مجزا استفاده می شود پمپ روغن در زمان کاهش سرعت دستگاه در موقع خاموش کردن ان نیز کار می کند.نظر به این که تمام قطعات گردان با قشر نازکی از روغن محافظت می شود تماس فلز به فلز بوجود نمی اید.در نتیجه سایش قابل ملاحظه ای بوجود نمی اید.اگر جریان روغن تمیز نگه داشته شود عمر یاتاقانها بی پایان خواهد بود.اگر دستگاه یاتاقان غلافی شناور داشته باشد یک قشر نازک روغن بین یاتاقان و بدنه و هم چنین بین یاتاقان و شافت فراهم می شود.وقتی دستگاه توربو شارژ در حال کار کردن باشد یاتاقان هم با شافت خواهد چرخید. در دستگاه توربو شارژ تمام لقی ها به طور دقیق کنترل می شود و تمام قطعات به دقت ماشین کاری می شود.هر گونه چرک در روغن به شدت عمر کار کردن قطعات را کوتاه می کند.تعویض روغن و صافی باید به موقع انجام بگیرد.بعضی از کارخانجات سازنده توصیه می کنند که روغن موتور مجهز به توربو شارژ زود به زود تعویض گردد.در هر صورت در موتورهای مجهز به توربو شارژ فیلترهای روغن باید همزمان با تعویض روغن موتور تعویض گردد.همیشه از روغن با ویسکوزیته توصیه شده برای موتور مورد نظر استفاده کنید.برای کسب اطلاعات از فواصل تعویض روغن یا ویسکوزیته ان به کتابچه راهنمای موتور یا خودرو مراجعه نمایید.