سوپر شارژر و توربو شارژر (2)

تهيه كنندگان : عبدالامير كربلايي و زينب نعمت الهي
منبع : راسخون

شناخت بیشتر توربو شارژر:

یک توربو شارژر از دو قسمت اصلی تشکیل شده است: توربین و کمپرسور که توسط یک شفت به یکدیگر متصل اند توربو شارژر در حقیقت توربینی است که به وسیله گازهای اگزوز به حرکت در آمده و یک کمپسور گریزاز مرکز را که توسط یک شفت به آن اتصال یافته می چرخاند کمپرسور نیز هوا را از مرکز تیغه هایش به داخل کشیده و توسط پره های خود در حین چرخش به بیرون پرتاب می کند
توربو شارژر در واقع همان سوپر شارز کردن یعنی تغذیه موتور با هوای از بیش کمپرس شده . نیروی این کمپرس اساسا می تواند از دو راه تامیت شود از طریق چرخ دنده که در ایت حالت سوپر شارژ مکانیکی نامیده می شود و دیگری استفاده از انرژی ذخیره شده در گاز های اگزوز حاصل از احتراق در موتور است که در این حالت به توربوشارژر معروف است.

مزایای توربو شارژر ها:

با صرفه نظر از افزایش توان خودرو کمک توربو شارژر به موتور در ارتفاعات است با توجه به اینکه در ارتفاعات غلظت هوا کم است به موتور کمک می کند تا دچار کاهش قدرت نشود در ارتفاعات برای هر مکش پیستون جرم کمتری از هوا را به داخل سیلندر می کشد حتی با پرشدن سیلندر از سوخت به علت کمبود اکسیژن احتراق کامل صورت نمی گیرد بنا براین توربو شارژر این کمبود را جبران کرده و موتوربا شرایط عادی کار می کند

معایب توربو شارژر:

یکی از عمده ترین مشکلات توربو شارژر ها کندی یا تنبلی توربو می باشد . مثلا هنگامی مه راننده پا را روی پدال گاز فشار می دهد توربو بلافاصله عمل نکرده و تا زمانی که توربو به دور مناسب برسد چند ثانیه ای زمان لازم بوده سپس خودرو به طور کند شده و به شرایط عادی بر میگردد برای رفع این معضل از کاهش اینرسی قطعات توربو استفاده می کنند و از پره های سرامیکی
در توربین که سبک تر از پره های استیل است استفاده می کنند
هدف از کار توربو شارژر فرستادن بیشتر مولکول هوا به سیلندر است نه بیشتر کردن فشار هوای ورودی به موتور افزایش فشار هوا در توربو شارژر ها تا حدودی ناشی از افزایش دمای هوای کمپرس شده قبل از ورود به موتور اصل بنابرایت استفاده از اینتر کولر برای پایین آوردن دمای هوا و متراکم کردن آن بسیار موثر خواهد بود اینتر کولر در حقیقت یک وسیله جانبی است شبیه به رادیاتور که بعد از کمپرس قرار داشته و هوا پس از عبور از کمپرسور از داخل گذرگاه های آبندی شده که هوای خنک جریان دارد عبور می کند و با انتقال حرارت خنک می شود و در فشار معین تعداد مولکول هایش افزایش می یابد
مطمئنا یک خودرو در صورت دارا بودن توربوشارژر می تواند قدرت و سرعت خود را به رخ همگان بکشاند.

محدوديت هاي توربوشارژر

الف- فشار
فشار حداکثر درون سيلندر نبايد از يک مقدار مجاز بيشتر شود. هنگامي که مخلوط هوا و سوخت در سيلندر يک خودروي بنزيني متراکم مي شود، دماي آن نيز همراه با فشار افزايش خواهد يافت. فشار بيش از اندازه به ديواره هاي سيلندر، سرسيلندر و حتي پيستون و ميل لنگ موجب کاهش عمر مفيد آنها مي شود.
اما افزايش دما اثري به مراتب بدتر دارد. اگر دما از حد مشخصي بالاتر رود، مخلوط هوا و سوخت مي توانند پيش از زدن جرقه دچار احتراق شوند. بدين ترتيب نه تنها چرخه منظم موتور دچار اخلال مي شود، که ضربه ناشي از احتراق مي تواند آسيب هاي جدي به موتور وارد آورد. از اين رو برخي با کاهش دادن نسبت تراکم سيلندر، حداکثر فشار و دما را در محدوده مجاز نگه مي دارند. البته برخي ديگر سوختي با اکتان بالاتر را براي موتور پيشهاد مي دهند.
ب- زمان تأخير:
يکي از مهم ترين مشکلات توربوشارژر اين است که نمي توانند افزايش قدرت را به طور ناگهاني اعمال کنند. هنگامي که به پدال گاز فشار مي آوريد، حدودا يک ثانيه طول مي کشد تا توربين به سرعت لازم دست پيدا کند و افزايش قدرت اعمال شود. بنابراين افزايش قدرت با کمي تأخير حاصل مي شود. يکي از روش هاي کاستن اين زمان تأخير، پايين آوردن اينرسي قطعات است که معمولاً از طريق سبک کردن قطعات بدست مي آيد؛ بدين ترتيب توربين و پمپ سريع تر شتاب مي گيرند و قدرت سريع تر اعمال مي شود.
ج- اندازه توربوشارژر:
اندازه توربوشارژر هم مزايا و معايبي به همراه دارد. هر چه توربوشارژر کوچکتر باشد، زمان تأخير کمتري دارد و سريع تر قدرت را اعمال مي کند، ولي در سرعت هاي بسيار بالا که بايد حجم زيادي هوا را وارد سيلندر کند، کم توان و گاه خطرناک ظاهر مي شود. در مقابل، توربوشارژر بزرگ مي تواند به خوبي از عهده پمپ کردن حجم زياد هوا برآيد، ولي زمان تأخير آن بيشتر خواهد بود.
خوشبختانه راه حل هاي جالبي براي مقابله با اين مشکلات پيشنهاد شده است که به برخي از آنها اشاره مي کنيم.
- دريچه اگزوز (wastegate)
بسياري از خودروهاي توربوشارژردار از يک يا چند دريچه کمکي در مجراي اگزوز سود مي برند که آنها را قادر مي سازد از توربوشارژرهاي کوچک استفاده کنند. هنگامي که سرعت خودرو بسيار بالا مي رود و بالتبع حجم گاز اگزوز افزايش مي يابد، اين خطر وجود دارد که توربين با سرعت بسيار بالاتري بگردد. از اين دريچه ها باز مي شوند و بخشي از اگزوز بدون آنکه از توربين عبور کند، از موتور خارج مي شود. اين چنين سرعت دوران توربين در سرعت هاي بالا هم در حد مجاز باقي مي ماند.
- ياتاقانهاي ساچمه اي
در اين ياتاقانها، از ساچمه هاي بسيار پيشرفته اي استفاده شده که از مواد بسيار پيشرفته و با فناوري فرا دقيق ساخته شده اند.
اين ياتاقانها موجب مي شوند ميل محور با اصطکاک کمتري نسبت به ياتاقانهاي روغني که در اغلب نمونه ها استفاده مي شود، بگردد؛ ضمن آنکه موجب مي شود بتوان از ميل محورهاي کوچکتر و سبکتري هم بتوان استفاده کرد. اين چنين ميل محور سريع تر شتاب مي گيرد و زمان تأخير کاهش مي يابد.
- پره هاي سراميکي توربين:
سراميک، دسته اي از مواد هستند که استحکام خوبي دارند و به مراتب از فلز هم ابعاد خود سبک ترند. استفاده از اين پره ها به جاي پره هاي فلزي دو مزيت دارد، نخست آنکه با سبک تر کردن توربين ، زمان تأخير را کاهش مي دهد و دوم، چون بر همکنش با مواد خوزنده درون اگزوز ندارد، شکل خود را براي مدت ها حفظ مي کند و مانند پره فلزي خورده نمي شود.
- خنک کننده داخلي (intercooler)
هنگامي که توربوشارژر هوا را فشرده مي کند، خواه نا خواه دماي هوا نيز افزايش مي يابد. اين افزايش دما جداي از تأثير مخرب بر حداکثر فشار درون سيلندر، موجب مي شود مولکولهاي هوا کمتر از آن مقداري باشند که در طراحي خودرو در نظر گرفته شده است. لذا از يک خنک کننده استفاده مي شود تا بدون افت محسوس فشار هوا، دماي آن به مقدار قابل توجهي کاهش يابد. بدين ترتيب مي توان با اطمينان خاطر و بدون نگران بودن از پيش شعله، فشار مخلوط هوا و سوخت را به حداکثر رساند.

توربو شارژرها چگونه کار می کنند؟

وقتی مردم درباره ی اتومبیل های مسابقه یا اتومبیل های ورزشی با سرعت بالا صحبت می کنند،موضوع توربوشارژرها ظاهر می شود ،توربوشارژرها در موتورهای دیزل بزرگ هم وجود دارند،یک توربوشارژر به طور عمده قدرت موتور را بدون افزایش وزن آن زیاد می کند که مزیت بزرگی است و توربوشارژرها را مهم می کند

در این مقاله یاد می گیریم که چطور توربوشارژر قدرت خروجی موتور را افزایش می دهد،همچنین یاد می گیریم پره های سرامیکی و یاطاقان های ساچمه ای چطور به توربوشارژر کمک می کنند تا وظیفه اش را بهتر انجام دهد
توربوشارژرها یک نوع سیستم مکش هوا هستند که جریان هوای ورودی به موتور را فشرده می کنند،مزیت این سیستم این است که به موتور اجازه می دهد هوای بیشتری به سیلندر وارد کند و هوای بیشتر به معنی سوخت بیشتر است،بنابر این انرژی بیشتری از هر انفجار به دست می آید،یک موتور با توربو شارژر در کل قذرت بیشتری از یک موتور مشابه بدون تورربوشارژر دارد،یعنی توربوشارژر نسبت قدرت به وزن موتور را افزایش می دهد
برای رسیدن به این تقویت فشار،توربوشارژر از جریان خروجی اگزوز برای چرخاندن یک توربین استفاده می کند که خود یک پمپ هوا را می چرخاند،توربین در توربوشارژر با سرعتی بالغ بر ١٥٠٫٠٠٠ دور در دقیقه می چرخد که ٣٠ برابر سریع تر از دور موتور است،چون تئربین به اگزوز چسبیده دما در آن خیلی بالاست

اصول

راه قطعی برای بدست آوردن قدرت بیشتر از موتور افزایش مقدار هوا و سوختی است که می سوزد،یک راه برای انجام این کار اضافه کردن یا بزرگتر کردن سیلندرهاست،بعضی مواقع این تغییرات شدنی نیست،یک توربوشارژر ساده تر است

توربوشارژرها با فشرده کردن هوا به موتور اجازه می دهند سوخت و هوای بیشتری بسوزاند،فشار نسبی ایجاد شده توسط توربوشارژر بین ٦تا ٨ پوند بر اینچ مربع است،از آن جایی که فشار جو در سطح دریا ٧/١٤ پوند بر اینچ مربع است می توانید بفهمید که حدود ٥٠٪ هوای بیشتری وارد موتور می شود،بنابراین می توان انتظار داشت ٥٠٪ قدرت بیشتری بدست آید،اما توربوشارژر کاملا ایده آل نیست و بین ٣٠ تا ٤٠ درصد بهبود در قدرت موتور مشاهده می شود
یکی از دلایل عدم کارایی این است که انرژی چرخاندن توربین از اگزوز گرفته می شود و وجود یک توربین در اگزوز مقاومت در برابر خروج دود را افزایش می دهد،و این یعنی در مرحله ی خروج دود،موتور باید دود را با فشار بیشتری خارج کند در نتیجه کمی از قدرت سیلندری که در مرحله ی انفجار قرار دارد کاسته می شود

در ارتفاعات

توربوشارژرها در ارتفاعات که چگالی هوا کم است به موتور کمک می کنند،موتورهای معمولی در ارتفاعات با کاهش قدرت مواجه می شوند چون موتور جرم کمتری از هوا را دریافت می کند،یک موتور با توربوشارژر ممکن است با کاهش قدرت روبرو شود اما این کاهش قدرت خیلی کمتر است چون هوای رقیق تر راحت تر پمپ می شود
خودروهای قدیمی با کاربراتور به صورت خودکار مقدار سوخت را افزایش می دهند تا مناسب افزایش هوای ورودی شود،خودروهای مدرن با انژکتور نیز این کار را انجام می دهند،سیستم انژکتور بر مبنای سنسورهای اکسیژن در اگزوز کار می کنند تا نعیین کنند که نسبت سوخت و هوا درست است یا نه بنابراین در این سیستم نیز اگر توربوشارژر اضافه شود مقدار سوخت ورودی خود به خود افزایش می یابد
اگر یک توربوشارژر با فشار بالا به یک خودروی انژکتوری اضافه شود ممکن است کنترل کننده ی انژکتور اجازه ی ورود سوخت زیاد را ندهد ویا پمپ بنزین و تزریق کننده ها توانلیی رساندن این مقدار سوخت را نداشته باشند،در این حالت باید تغییرات دیگری اجرا شود تا بتوان از توربوشارژر استفاده کرد

چگونه کار می کند؟

گازهای خروجی از بین پره های توربین عبور می کنند و آن را می چرخانند،هر چه گازهای بیشتری خارج شود توربین سریع تر می چرخد

در طرف دیگر محوری که به توربین متصل است کمپرسور هوا را به سیلندر ها پمپ می کند،کمپرسور یک پمپ از نوع گریز از مرکز است که هوا را از مرکز پره ها می کشد و به بیرون پمپ می کند

برای رسیدن به سرعت ١٥٠٫٠٠٠ دور در دقیقه محور توربین باید به دقت پشتیبانی شود،اکثر یاطاقان در این سرعت خراب می شوند بنابراین بیشتر توربوشارژرها از یاطاقان های مایع استفاده می کنند،این نوع یاطاقان محور را روی لایه ی نازکی از روغن که به طور پیوسته به دور محور پمپ می شود نگه می دارد،این نوع یاطاقان دو مزیت دارد،یک اینکه محور و سایر قسمت های توربوشارژر را خنک نگه می دارد،دوم اینکه محور بدون اصطکاک چندانی می چرخد

تقویت فشار بیش از اندازه

ملاحظات طراحی

یکی از مشکلات اصلی توربوشارژرها این است که وقتی پدال گاز را فشار می دهید بلافاصله قدرت موتور را تقویت نمی کنند و چند ثانیه ای طول می کشد تا توربین به سرعت مورد نظر برسد.این باعث می شود وقتی گاز می دهید تاخیری را احساس کنید.در ضمن وقتی توربو شارژر حرکت کرد خیزشی در خودرو ایجاد می شود.
یک راه برای کم کردن تاخیر توربوشارژر کم کردن اینرسی دورانی اجزای چرخنده ی آن است.اساسا به کمک کم کردن وزن آن.این باعث می شود توربین و کمپرسور سریع تر سرعت بگیرند و زود تر تقویت کنند.یک راه مسلم برای کاهش اینرسی کوچکتر کردن توربوشارژر است.یک توربوشارژر کوچکتر زودتر و در دور موتورهای پایین تر عمل تقویت را انجام می دهد اما نمی تواند در دور موتورهای بالاتر که حجم زیادی از هوا به موتور می رود تقویت زیادی انجام دهد.همچنین خطر چرخش بسیار سریع در دور موتورهای بالا که گازهای خروجی زیادی از توربین می گذرد نیز وجود دارد.
یک توربوشارژر بزرگ می تواند در دور موتورهای بالا تقویت زیادی انجام دهد اما به خاطر زمان زیادی که برای شتاب گرفتن توربین و کمپرسور سنگین تر آن لازم است تاخیر زیادی دارد.خوشبختانه چندین ایده برای غلبه بر این چالش وجود دارد.
بیشتر توربوشارژر ها یک دریچه ی هدر دارند که اجازه می دهد از توربوشارژرها ی کوچکتری برای کاهش تاخیر استفاده شود،در حالی که نمی گذارد در دور موتور های خیلی بالا خیلی سریع بچرخد.دریچه هدر سوپاپی است که اجازه می دهد گازهای اگزوز از گذرگاه جنبی از کنار پره های توربین عبور کند.
دریچه هدر فشار را حس می کند و اگر فشار خیلی زیاد شود که نشانه چرخش زیاد توربین است،مقداری از گازهای اگزوز را از کنار پره های توربین خارج می کند تا سرعت چرخش کمتر شود.
بعضی توربوشارژر ها از یاتاقان های ساچمه ای بجای یاتاقان های روغنی استفاده می کنند،اما اینها یاتاقان های ساچمه ای معمولی نیستند بلکه یاتاقان های فوق دقیقی هستند که از مواد پیشرفته ای ساخته شده اند تا در سرعت و دمای توربو شارژر کار کنند.این یاتاقان ها به محور توربین اجازه می دهند با اصطکاک کمتری نسبت به یاتاقان های روغنی بچرخند،همچنین اجازه می دهند از محور کوچکتر و سبک تری استفاده شود که این باعث کاهش تاخیر می شود.
پره های سرامیکی توربین از پره های فولادی سبک تر اند که این باز هم باعث می شود توربین زودتر شتاب گرفته و زمان تاخیر کمتر شود.
بعضی موتور ها از دو توربوشارژر در دو اندازه استفاده می کنند.توربو شارژر کوچکتر زودتر می چرخد و تاخیر را کم می کند در حالی که بزرگتر در دور موتور های بالا تر تقویت فشار بیشتری ایجاد می کند.
وقتی هوا فشرده شود،گرم می شود و وقتی گرم شود منبسط می شود.بنا بر این بخشی از تقویت فشار توربوشارژر ناشی از گرم شدن هوا قبل از ورود به موتور است،برای افزایش قدرت موتور باید مولکول های بیشتری وارد سیلندر شوند نه لزوما فشار بیشتر.

یک سرد کننده میانی یا خنک کننده هوا جزئی اضافی است که بعضی مواقع شبیه رادیاتور است و هوا از داخل و خارج آن عبور می کند.هوای ورودی به موتور از گذرگاه داخل خنک کننده عبور می کند در حالی که هوای خنک تر از خارج توسط پروانه موتور به پره های خنک کننده دمیده می شود.
خنک کننده میانی قدرت موتور را افزایش می دهد زیرا هوای فشرده خارج شده از کمپرسور را پیش از ورود به موتور خنک می کند این بدان معنی است که اگر توربوشارژر در فشار ۷ psi کار کند خنک کننده میانی هوای خنک تر با این فشار را وارد موتور می کند که چگال تر بوده و مولکول های بیشتری نسبت به هوای گرم دارد.

و اما سوپرشارژر:

سوپرشارژ کردن اتوموبیل با مجبور کردن موتور به تنفس بیشتر نیروی بیشتری ایجاد می کند درست مانند توربوشارژر ها که با نیروی اگزوز کار می کنند.
تفاوت سوپرشارژ و توربوشارژ فقط در این است که کمپرسور سوپرشارژر مستغیماً با نیروی موتور کار می کند و توربوشارژر نیروی خود را از گازهای خروجی می گیرد. تصویر, یک موتور RV6 ساخت فولکس واگن را نشان می دهد که یک سوپرشارژر بر روی آن سوار شده
در این مورد یک کمپرسور گریز از مرکز است درست مانند توربو اما به وسیله یک تسمه کمکی به حرکت در می آید.
اکثر کمپرسورهای سوپرشارژر مدل "چرخشی" راست گرد هستند.
البته موتوری که در بالا آمده است اندکی نا متعارف است زیرا در آن از یک کوپرسور توربو استفاده شده است ولی چون نیروی خود را مستقیماً از موتور می گیرد سوپرشارژر است.
سوپرشارژر در مقابل توربوشارژر دارای اشکالاتی است. سوپرشارژر نیروی مورد نیاز خود را از موتور می گیرد پس اندکی کاهش نیرو خواهیم داشت ولی توربو نیروی خود را از گازهای اگزوز می گیرد.
البته سوپرشارژ محاسنی نیز دارد. واماندگی ندارد و هوای فشرده همیشه موجود است! با توربوشارژ شما باید صبر کنید تا دور موتور بالا رود و گازهای خروجی به میزان لازم برای گردش توربو تولید شود اما سوپرشارژ در هر دور موتوری گردش کرده و کار خود را انجام می دهد.
برای موتورهای بسیار پر قدرت مثل اتوموبیل های کورسی 5000اسبی تنها گزینه سوپرشارژ است. آنها دارای 0تا300 مایل 4ثانیه ای هستند و توربو فرصت کافی برای فشارده سازی نخواهد یافت.
توربوشارژرها یک نوع سیستم مکش هوا هستند که جریان هوای ورودی به موتور را فشرده می کنند،مزیت این سیستم این است که به موتور اجازه می دهد هوای بیشتری به سیلندر وارد کند و هوای بیشتر به معنی سوخت بیشتر است،بنابر این انرژی بیشتری از هر انفجار به دست می آید،یک موتور با توربو شارژر در کل قذرت بیشتری از یک موتور مشابه بدون تورربوشارژر دارد،یعنی توربوشارژر نسبت قدرت به وزن موتور را افزایش می دهد
برای رسیدن به این تقویت فشار،توربوشارژر از جریان خروجی اگزوز برای چرخاندن یک توربین استفاده می کند که خود یک پمپ هوا را می چرخاند،توربین در توربوشارژر با سرعتی بالغ بر ١٥٠٫٠٠٠ دور در دقیقه می چرخد که ٣٠ برابر سریع تر از دور موتور است،چون تئربین به اگزوز چسبیده دما در آن خیلی بالاست

اصول

مکان توربوشارژر در خودرو

در ارتفاعات

توربوشارژر چگونه کار می کند؟

توربوشارژر به خروجی اگزوز موتور متصل شده است،گازهای خروجی از سیلندر توربین را می چرخانند که شبیه یک توربین گازی است،توربین توسط یک محور به کمپرسور که بین ف_*ل_ن*__ر هوا و لوله های ورودی هوا واقع شده متصل می شود،کمپرسور هوای ورودی به پیستون را فشرده می کند
گازهای خروجی از بین پره های توربین عبور می کنند و آن را می چرخانند،هر چه گازهای بیشتری خارج شود توربین سریع تر می چرخد درون یک توربوشارژر
در طرف دیگر محوری که به توربین متصل است کمپرسور هوا را به سیلندر ها پمپ می کند،کمپرسور یک پمپ از نوع گریز از مرکز است که هوا را از مرکز پره ها می کشد و به بیرون پمپ می کند

پره های کمپرسور

تقویت فشار بیش از اندازه

با هوای فشرده ای که توسط توربوشارژر به سیلندر پمپ می شود و فشرده شدن بیشتر توشط حرکت پیستون خطر ضربه زدن موتور وجود دارد چون وقتی شما هوا را فشرده می کنید دمای آن افزایش می یابد این دما ممکن است آنقدر افزایش یابد که سوخت قبل از جرقه زدن شمع ها و در زمان نا مناسب بسوزد که این باعث کوبش موتور می شود،خودرو های دارای توربوشارژر اغلب باید از سوختی با درجه اکتان بالاتر استفاده کنند تا موتور ضربه نزند،اگر فشار واقعا بالا باشد باید نسبت تراکم موتور کاهش یابد تا کوبش نداشته باشد
یکی از مشکلات اصلی توربوشارژرها این است که وقتی پدال گاز را فشار می دهید بلافاصله قدرت موتور را تقویت نمی کنند و چند ثانیه ای طول می کشد تا توربین به سرعت مورد نظر برسد.این باعث می شود وقتی گاز می دهید تاخیری را احساس کنید.در ضمن وقتی توربو شارژر حرکت کرد خیزشی در خودرو ایجاد می شود.
یک راه برای کم کردن تاخیر توربوشارژر کم کردن اینرسی دورانی اجزای چرخنده ی آن است.اساسا به کمک کم کردن وزن آن.این باعث می شود توربین و کمپرسور سریع تر سرعت بگیرند و زود تر تقویت کنند.یک راه مسلم برای کاهش اینرسی کوچکتر کردن توربوشارژر است.یک توربوشارژر کوچکتر زودتر و در دور موتورهای پایین تر عمل تقویت را انجام می دهد اما نمی تواند در دور موتورهای بالاتر که حجم زیادی از هوا به موتور می رود تقویت زیادی انجام دهد.همچنین خطر چرخش بسیار سریع در دور موتورهای بالا که گازهای خروجی زیادی از توربین می گذرد نیز وجود دارد.
یک توربوشارژر بزرگ می تواند در دور موتورهای بالا تقویت زیادی انجام دهد اما به خاطر زمان زیادی که برای شتاب گرفتن توربین و کمپرسور سنگین تر آن لازم است تاخیر زیادی دارد.خوشبختانه چندین ایده برای غلبه بر این چالش وجود دارد.
بیشتر توربوشارژر ها یک دریچه ی هدر دارند که اجازه می دهد از توربوشارژرها ی کوچکتری برای کاهش تاخیر استفاده شود،در حالی که نمی گذارد در دور موتور های خیلی بالا خیلی سریع بچرخد.دریچه هدر سوپاپی است که اجازه می دهد گازهای اگزوز از گذرگاه جنبی از کنار پره های توربین عبور کند.
دریچه هدر فشار را حس می کند و اگر فشار خیلی زیاد شود که نشانه چرخش زیاد توربین است،مقداری از گازهای اگزوز را از کنار پره های توربین خارج می کند تا سرعت چرخش کمتر شود.
بعضی توربوشارژر ها از یاتاقان های ساچمه ای بجای یاتاقان های روغنی استفاده می کنند،اما اینها یاتاقان های ساچمه ای معمولی نیستند بلکه یاتاقان های فوق دقیقی هستند که از مواد پیشرفته ای ساخته شده اند تا در سرعت و دمای توربو شارژر کار کنند.این یاتاقان ها به محور توربین اجازه می دهند با اصطکاک کمتری نسبت به یاتاقان های روغنی بچرخند،همچنین اجازه می دهند از محور کوچکتر و سبک تری استفاده شود که این باعث کاهش تاخیر می شود.
پره های سرامیکی توربین از پره های فولادی سبک تر اند که این باز هم باعث می شود توربین زودتر شتاب گرفته و زمان تاخیر کمتر شود.
بعضی موتور ها از دو توربوشارژر در دو اندازه استفاده می کنند.توربو شارژر کوچکتر زودتر می چرخد و تاخیر را کم می کند در حالی که بزرگتر در دور موتور های بالا تر تقویت فشار بیشتری ایجاد می کند.
وقتی هوا فشرده شود،گرم می شود و وقتی گرم شود منبسط می شود.بنا بر این بخشی از تقویت فشار توربوشارژر ناشی از گرم شدن هوا قبل از ورود به موتور است،برای افزایش قدرت موتور باید مولکول های بیشتری وارد سیلندر شوند نه لزوما فشار بیشتر.
یک سرد کننده میانی یا خنک کننده هوا جزئی اضافی است که بعضی مواقع شبیه رادیاتور است و هوا از داخل و خارج آن عبور می کند.هوای ورودی به موتور از گذرگاه داخل خنک کننده عبور می کند در حالی که هوای خنک تر از خارج توسط پروانه موتور به پره های خنک کننده دمیده می شود.
خنک کننده میانی قدرت موتور را افزایش می دهد زیرا هوای فشرده خارج شده از کمپرسور را پیش از ورود به موتور خنک می کند این بدان معنی است که اگر توربوشارژر در فشار ۷ psi کار کند خنک کننده میانی هوای خنک تر با این فشار را وارد موتور می کند که چگال تر بوده و مولکول های بیشتری نسبت به هوای گرم دارد.

سوپرشارژ كردن

وارد كردن هوا (ويا مخلوط هوا و سوخت) به درون سيلندر موتور، با چگالي‌اي بيشتر از چگالي هواي محيط را سوپرشارژ كردن گويند. با اين كار مي‌توان مقدار سوخت را متناسب با مقدار هوا افزايش داد كه در نتيجه توان خروجي نيز افزايش مي‌يابد. هدف اصلي از اين كار، افزايش توان خروجي موتور است نه راندمان ولي ممكن است راندمان نيز بهبود يابد.
به علت وجود هواي بيشتر، امكان احتراق سوخت افزايش مي‌يابد. (حجم يكسان ولي چگالي بيشتر). موتور سوپرشارژ شده توان خروجي بيشتر و حداكثر فشار سيلندر بالاتري دارد. اگر موتور براي سوپرشارژ شدن طراحي نشده باشد، نمي‌تواند اين حداكثر فشار بالا و تنش‌هاي وارده را تحمل كند. با كاهش نسبت تراكم، حجم آزاد افزايش و حداكثر فشار كاهش مي‌يابد. مي‌توان نسبت تراكم را طوري انتخاب كرد كه حداكثر فشار موتور سوپرشارژ شده با حداكثر فشار موتور داراي مكش عادي برابر شود اما باز هم مي‌توان خروجي موتور سوپرشارژ شده بيشتر خواهد بود.
بايد توجه كرد تمام تواني كه از دور موتور به دست مي‌آيد به محور خروجي انتقال نمي‌يابد بلكه مقداري از آن در ياتاقان‌ها، رينگ‌ها، پيستون و غيره به صورت اصطكاك تلف مي‌شود و مقداري از آن نيز صرف گرداندن ميل سوپاپ و پمپ روغن و آب مي‌شود. علاوه بر اين‌ها مقداري كار بايد صرف متراكم كردن هواي محيط شود.
توان لازم براي اين كار را مي‌توان از ميل لنگ گرفت كه طريقه‌اي متداول براي سوپرشارژ كردن به صورت مكانيكي است
علاوه بر تلفات اصطكاكي، توان لازم براي گردش كمپرسور نيز از توان ظاهري بايد كسر شود. با سوپرشارژ كردن مكانيكي به سادگي مي‌شود توان خروجي حاصل را به قدري افزايش داد كه حتي پس از جذب مقداري از آن توسط كمپرسور و تلفات اصطكاكي، خالص توان خروجي بيشتر از حالت غير سوپرشارژ شده باشد.

/خ

#علوم فنی و مهندسی #مکانیک

مقالات مرتبط

تازه های مقالات

ارسال نظر

نظرات کاربران