توربوشارژر موضوع این نوشته از وبلاگ مهندس یار است. امروزه با تغییرات گسترده ای که در طراحی انواع تجهیزات مکانیکی رخ می دهد، تقریبا غیر ممکن به یک طراحی بهینه برسیم. طراحی ها همواره در جهت بازدهی بیشتر، مصرف سوخت کمتر و متناسب با شرایط محیط زیستی طراحی می شوند.
موتورهای احتراق داخلی یکی از طراحی های بسیار جذاب انسان ها است که می تواند با مصرف مقداری سوخت وسیله نقلیه را با سرعت دلخواه به حرکت درآورد. این موتورها قادر به ارائه قدرت و سرعت بیشتر هستند در حالی مصرف سوخت آن ها تغییر نمی کند.
تجهیزات توربوشارژر یکی از تجهیزات مکانیکی کاربردی برای افزایش قدرت و سرعت موتورهای خودرو است. توربوشارژر ها مقدار قابل توجهی هوا را با فشار بالا به داخل موتور تزریق می کند که می تواند کمک زیادی به افزایش سرعت و توان خودرو داشته باشد. در این مقاله در مورد نحوه عملکرد توربوشارژر و مزایا و معایب آن صحبت می شود.
توربوشارژر چیست؟
موتورهای احتراق داخلی وابستگی زیادی به دبی ورودی هوا و سوخت دارند. در واقع میزان سرعت و قدرت هر احتراق در سیلندر موتور توسط میزان تزریق سوخت و هوا به داخل موتور دارد. همانطور که می دانید قسمتی از انرژی احتراق داخل سیلندر توسط اگزوز به فضای بیرون انتقال داده می شود. این گازها می توانند گزینه مناسبی برای بازگرمایش هوای ورودی به سیلندر موتور باشد. به این ترتیب هوای مورد نظر با دمای بالاتری وارد محفظه احتراق شده و شرایط برای احتراق مناسب تر می شود.
در همین رابطه بینید: فیلم آموزش قطعات خودرو
عملکرد توربوشارژر نیز به همین صورت است. توربوشارژر مقدار بیشتری هوا را به داخل محفظه احتراق ارسال می کند که این هوا توسط حرارت خروجی گرم شده و موجب افزایش سرعت خودرو می شود. هر چه تعداد سیلندرهای موتور بیشتر باشد، موتور دارای سرعت و قدرت بالاتری است.
همچنین افزایش سطح مقطع سیلندر می تواند به افزایش توان خروجی از موتور نیز کمک کند. موتور ماشین های اسپورت و مسابقه ای معمولا بین 8 تا 12 سیلندر دارند در حالی خودروهای عادی بین 4 تا 6 سیلندر دارند.
توربوشارژر یک تجهیز بسیار کاربردی و ارزان قیمت می باشد که توانایی افزایش توان خودرو را به شکل قابل توجهی داراست.
توربوشارژر چگونه عمل می کند؟
نحوه عملکرد توربوشارژر ها همانند موتورهای جت است. در موتورهای جت از یک کمپرسور و یک توربین برای استخراج توان استفاده می شود. هوا از طریق دهانه ورودی وارد کمپرسور شده، کمپرسور هوا را متراکم کرده و به محفظه احتراق می فرستد و پس از افزایش دمای هوا کار مورد نظر از طریق توربین در انتهای چرخه دریافت می شود. سیستم توربوشارژر نیز به همین صورت عمل می کند. هوای اضافی داخل محفظه احتراق موتور موجب افزایش توان موتور می شود که این امر باعث افزایش سرعت خودرو می شود.
کمپرسور و توربین توربوشارژر توسط یه شفت اصلی به یکدیگر متصل شده اند و چرخش هر کدام از آن ها موجب چرخش تجهیز دیگر می شود. توربین توربوشارژر به هوای داغ خروجی از اگزوز متصل است و از طریق حرارت موجود در آن به چرخش در می آید.
در نقطه مقابل کمپرسور هوای محیط بیرونی را گرفته و متراکم می کند. تراکم هوا موجب افزایش دمای هوا می شود که این امر موجب کاهش عملکرد موتور می شود به همین دلیل از یک مبدل حرارتی برای سرد کردن هوا قبل از ورود به محفظه احتراق استفاده می شود.
مراحل عملکرد توربوشارژر
مراحل عملکرد توربوشارژر به طور خلاصه به این شکل می باشد که ابتدا هوا از محیط بیرونی وارد کمپرسور شده و متراکم می شود. پره های کمپرسور باعث گیر کردن هوا بین یکدیگر شده و فشار ان را افزایش می دهد. هوای متراکم شده که دارای فشار و دمای بالایی است از کمپرسور خارج شده و وارد مبدل حرارتی می شود تا دمای آن کاهش پیدا کند. هوای متراکم سرد شده وارد سیلندر شده تا به احتراق سریعتر موتور کمک کند. موتور سوخت بیشتری مصرف می کند و در نتیجه توان بیشتری را به میل لنگ منتقل می کند.
گازهای تلف شده از طریق اگزوز به فضای بیرونی ارسال می شوند. گازهای داغ خروجی از اگزوز موجب چرخش پره های توربین شده که خود توان زیادی را تولید می کند. با توجه به اینکه توربین و کمپرسور بر روی یک شفت سوار هستند چرخش هر کدام از آن ها موجب چرخش دیگری می شود. گازهای خروجی نهایی از اگزوز با دمای کمتر و انرژی کمتری از اگزوز خارج می شود.
باید توجه کرد که توان اضافی به وجود آمده تنها از هوای وارد شده به سیلندرها نیست بلکه این هوا موجب مصرف سوخت بیشتر و با نرخ بالاتر می شود که در کنار یکدیگر موجب افزایش توان خروجی موتور می شود.
همچنین ببینید: دانلود رایگان آموزش solidworks 2020
مزایا و معایب توربوشارژر
توربوشارژرهای قابلیت استفاده در موتورهای مختلف را دارا هستند. موتورهای دیزل و بنزینی در اندازه های مختلف را می توان مجهز به توربوشارژر کرد. یکی از مزیت های بسیار مناسب توربوشارژر امکان دریافت توان مترادف با موتور با اندازه بزرگتر است. در واقع توربوشارژر باعث افزایش توان موتور می شود به طوری که این توان در سایز بالاتر در این موتور دیده می شود. در کنار مورد مصرف سوخت موتور با توربوشارژر نسبت به موتور با سایز بزرگتر کمتر است.
موتورهای مجهز به توربوشارژر با تولید توان یکسان نسبت به موتورهای با سایز بزرگتر، 10 % مصرف سوخت کمتری دارند. این موضوع هم باعث صرفه جویی اقتصادی شده و هم آلاینده های هوا را کاهش می دهد.
از جمله معیب توربوشارژر ها می توان به پیچیدگی ساختار موتور آن ها اشاره کرد که هزینه های تعمیر و نگهداری آن ها را بسیار افزایش می دهد. موتور های مجهز به توربوشارژر دارای یک توربین و کمپرسور مجزا هستند که می تواند تغییرات گسترده ای در نحوه عملکرد موتور خودرو ایجاد کند.
همچنین این موتور ها دارای یک تاخیر در حرکت می باشند که به توربولگ معروف است. این موضوع می تواند تغییرات زیادی را در نحوه راندن این خودروها ایجاد کند.
آلفرد بوشی سوییسی برای اولین بار از یک توربوشارژر در خودرو استفاده کرد. این توربوشارژر قبل از جنگ جهانی اول و در سال 1905 طی یک گزارشی ارائه شد. بوشی توانست طراحی خود را به مرور زمان تا قبل از مرگش بهینه کند. بوشی تنها فرد کمک کننده به اختراع توربوشارژر نبوده است بلکه مهندس اسکاتلندی به نام دوگالد کلارک نیز آزمایشاتی در این زمینه انجام داده است که کمک زیادی به بهینه سازی این طراحی کرده است.
هیچ دیدگاهی نوشته نشده است.