توربوشارژر چيست و چگونه كار مي كند

تهیه و تنظیم: محمد غزنویان پور

کارشناس مکانیک و برق اداره ی نظارت بر اجرای استاندارد و کنترل کیفیت

 اداره ی کل استاندارد و تحقیقات صنعتی استان بوشهر

مقدمه

مي دانيم كه طراحي يك موتور جديد مستلزم صرف وقت وهزينه زياد و دانش فني بالا بوده پس در وهله اول سعي بر اين خواهد بود كه با ايجاد تغييرات جزئي و يا اضافه كردن تجهيزات روي موتور پايه نياز هاي خود را برآورده كنيم و بهترين چاره براي حل مشكلات فوق همان پر خوراني مي باشد. توربو شارژر جريان هواي ورودي به محفظه احتراق را تقويت نموده و باعث افزايش فشار آن به نسبت دو برابر فشار جو مي گردد . اين امر سبب افزايش قدرت خروجي و گشتاور موتور از 25 تا 40 درصد بسته به طراحي توربو شارژر و موتور مي شود .

پرخورانی

افزايش فشار و چگالي هواي ورودي به موتور كه باعث افزايش مقدار هواي ورودي به آن مي شود را پرخوراني موتور مي گويند كه ممكن است به وسيله ي توربو شارژر، سوپر شارژر و يا تركيب آنها ( مثلا مجموعه فشار – موج ) صورت گيرد .

از پر خوراني موتور بيشتر در موتور هاي ديزلي، موتور هاي دو زمانه و موتور هاي بنزيني مسابقه اي استفاده مي شود.

توربوشارژر و اجزای آن

توربو شارژر شامل دو بخش اصلي توربين و كمپرسور كه با استفاده از توان اتلافي خود موتور، چگالي هواي ورودي را افزايش مي دهد .

در توربو شارژر ينگ گاز هاي پر فشار خروجي از اگزوز را به سمت توربين هدايت میكنند و با چرخاندن پره توربين توان لازم جهت دوران كمپرسوري كه به توربين كوپل شده است را فراهم مي آورد .كمپرسور پس از افزايش فشار و چگالي هوا آنرا از طريق منيفولد (سوپاپ) هوا به درون سيلندرها مي رساند.

اجزای توربوشارژر

یک توربو شارژر معمولا دارای قسمت های زیر می باشد:

1.پوسته کمپرسور

2.رینگ قفلی

3.مجموعه دوار (روتور)

4.صافی روغن

5.اورینگ

6.پره کمپرسور

7.پوسته توربین

توربوشارژر در موتورهای دیزل

در موتور هاي ديزلي دو عامل باعث استفاده از توربو شارژر مي شود :

1- ماهيت احتراقي موتور هاي ديزلي كه ذاتا فقير سوز (Lean Burning ) مي باشند و مقدار هواي اضافي در داخل سيلندر مي تواند باعث اختلاط بهتر سوخت و هوا شود و براي اين منظور مي توان چگالي هواي ورودي را با استفاده از كمپرسور افزايش داد .

2- در موتور هاي ديزلي برعكس موتور هاي بنزيني گاز هاي خروجي از اگزوز داراي فشار زيادي مي باشند كه مناسب براي كاربرد توربين است.

انواع توربو شارژر

همه توربوشارژرها به يک طريق عمل مي کنند ،اما چگونگي ورود گازهاي خروجي به داخل توربين متفاوت مي باشد . سه نوع توربو شارژر وجود دارد که عبارتند از :

1. نوع حلزوني ساده

2. نوع حلزوني با افزايش سرعت

3. نوع ضرباني

نوع حلزوني ساده

اين نوع داراي يک معبر تنها مي باشد که گاز هاي خروجي موتور را به چرخ توربين منتقل مي کند . حلزون يک معبر مارپيچ در درون پوسته محفظه توربين مي باشد که مقطع آن ثابت نبوده و کاهش مي يابد.

اين تغيير به دليل ثابت نگه داشتن سرعت گازهاي خروجي هنگام عبور از طول حلزون مي باشد. چرخ کپمرسور به همراه توربين روي يک شفت نصب شده است. هواي فشرده شده با سرعت زياد و فشار از ديفيوزر عبور نموده ، سرعت آن کاهش و فشار آن افزايش می یابد و سپس وارد محفظه احتراق می شود.

نوع حلزوني با افزايش سرعت

اين نوع توربو شارژر داراي يک حلزون و يک افزاينده سرعت ( پره هاي ثابت ) يا دو حلزون و دو مجرا مي باشد .

گازهاي خروجي وارد منيفولد (سوپاپ) دود و از آنجا وارد حلزون ها شده، اما بجاي آنکه مستقيماً وارد چرخ توربين شوند، از پره هاي ثابت روي پوسته توربين عبور نموده و با زاويه مناسب و سرعت بسيار زياد و با انرژي بالاتر با پره هاي توربين برخورد مي نمايند.

نوع ضربانی

استفاده از اين نوع توربو شارژر، يک منيفولد (سوپاپ) دود نوع "ضرباني " را طلب مي کند زيرا از ضربات دود هاي خروجي که از سيلندرهاي موتور خارج مي شود استفاده مي کند. اين امر سبب افزايش سرعت توربو شارژر مي شود .

شکل منيفولد (سوپاپ) به گونه اي طراحی شده تا از جريان گازهاي آزاد نيز به خوبي گاز هاي توده اي استفاده کند. درحين شتاب گيري اين امر اجازه مي دهد انرژي گازها خروجي سريعاً به توربين رسيده و شتاب موتور بهبود يابد.

توربوشارژر با خنک کن میانی

پس از آنکه هوا داخل توربو شارژر متراکم شد ، درجه حرارت آن بالا مي رود. خنک کردن هوا پس از خروج از توربوشارژر وقبل از ورود در کولر (اينتر کولر) انجام مي پذيرد. يک مبدل حرارتي بين توربو شارژر و منيفولد هواي ورودي قرار گرفته است که حرارت هوا را جذب و در نتيجه جرم حجمي آن را بالا مي برد . بنابرين هوا با جرم حجمي بالاتر به محفظه احتراق مي رسد.

مزیت های توربوشارژر

1. افزايش قدرت

اين افزايش در حدود 40 تا 50 درصد قدرت موتور بدون توربو شارژ مي باشد .اين افزايش قدرت ناشي از ارسال هواي اضافه به داخل سيلند رها و تقويت احتراق سوخت مي باشد .

2. مصرف اقتصادي سوخت

سرعت موتور با افزايش مصرف سوخت بيشتر مي شود . توربو شارژر سبب رعايت نسبت دقيق تر سوخت – هوا و احتراق بهتر و بهينه شدن مصرف سوخت مي گردد.

3. کاهش دود

چون توربو شارژر هوا(و اکسيژن ) براي احتراق کامل سوخت تأمين مي کند ، دود سياه موتور بطور قابل ملاحظه اي کاهش مي يابد .

4. جبران افت توان موتور در ارتفاعات

توربوشارژر در تغيير ارتفاع ،توانايي جبران افت موتور رادارد . دراثر تغییر ارتفاع چگالي هوا کاهش يافته و توربين مي تواند آزادانه تر چرخيده و کمپرسور را سريعتر بچرخاند و در نتيجه کمپرسور ، فشار بيشتري مهيا مي سازد و هواي بيشتري براي موتور تأمين شده و نسبت سوخت – هوا حفظ مي شود .

5. کاهش صداي موتور

هواي با چگالي بيشتر و با فشار و حرارت بيشتر در موتور سبب احتراق بهتر و افزايش نرمي کارکرد موتور و در نهايت کاهش صداي موتور مي شود.

محدوديت هاي توربوشارژر

1. 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.

2. زمان تاخير

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.

کي از روش هاي کاستن اين زمان تأخير، پايين آوردن اينرسي قطعات است که معمولاً از طريق سبک کردن قطعات بدست مي آيد.

گرد آورنده؛

كارشناس اداره نظارت بر اجراي استاندارد و كنترل كيفيت بوشهر مهندس غزنويان پور

منابع؛

http://www.njavan.ir

http://www.rasekhoon.net

http://www.daneshju.ir

http://www.hupaa.com