تحقیق مقاله پر خورانی ( توربو شارژ)

توضیح :

دستگاه توربو شارژ (دستگاه پرخورانی توربینی ) ، توربینی است که با گاز اگزوز به حرکت در می آید و پروانه یک کمپرسور گریز از مرکز را به حرکت در می آورد . کمپرسور غالباً  بین صافی هوا و منیفولد ورودی موتور قرار می گیرد ، در حالی که توربین آن بین منیفولد خروجی و خفه کن اگزوز قرار می گیرد . دستگاه توربو شارژ 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 به طور موثر بسوزاند و در نتیجه قدرت زیادتری تولید می نماید.

تمام گاز های اگزوز از بدنه توربین عبور می کند . انبساط این گازها روی پروانه توربین تأثیر می گذارد و باعث چرخیدن آن می شود . پس از آن که گازها از توربین عبور کرد از طریق دستگاه اگزوز به هوای محیط راه می یابد . در بعضی از موارد ، دستگیه توربو شارژ آنقدر صدای گاز اگزوز را خفه دستگاه توربو شارژ به عنوان یک شعله گیر عمل می کند . برای مثال باید گفت که وزارت کشاورزی آمریکا دستگاه توربو شارژ را به عنوان  یک شعله گیر مناسب و موثر برای کارهای جنگلبانی می شناسد .

طرز کار

کمپرسور و توربین در داخل بدنه مخصوص به خود قرار دارند و توسط یک شافت مستقیما بهم متصل شده اند . بدنه ها از آلیاژهای سبک ساخته شده اند و برای حداکثر تبادل حرارت طراحی شده اند . تنها تلفات قدرتی که از توربین به کمپرسور وجود دارد اصطکاک مختصری است که بین شافت و یاتاقانهای آن 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 ماندن سوپاپ ورودی کاهش می یابد و برای پر شدن سیلندر از هوا زمان کمتری صرف می شود . در یک موتور که با سرعت 2500rpm کار می کند ، زمان باز ماندن سوپاپهای ورودی کمتر از 17% ثانیه می باشد . فشار هوای وارد شده به سیلندر در موتوری که بطور معمولی تنفس می کند از فشار جو کمتر می باشد . دستگاه توربو شارژ در تمام سرعتها هوا را با فشاری بیشتر از فشار جو وارد سیلندرها مینماید .

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 و برای هر یک از دو نیمه اگزوز سیلندر موتور یک مجرای مجزا وجود دارد .

در بعضی از موتورهای چهار سیلندر و شش سیلندر مجهز به توربو شارژ 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 کاملاً مجزا همراه با بدنه توربین مضاعف ، نتیجه کار بدست آمدن گازهایی با سرعت زیاد و بسیار موثر خواهد بود . با این عمل سرعت توربین زیادتر می شود و فشار منیفولد ورودی به دست آمده هم از فشاری که با دستگاه بدون انشعاب می توان به دست آورد بیشتر خواهد بود .

در ارتفاعات زیاد ، یک موتور که بطور معمولی تنفس می کند بازاء هر1000فوت ارتفاع 3% از قدرت خود را در اثر کاهش 3% از جرم مخصوص بازاء هر 1000 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 کاهش می یابد . وقتی اختلاف فشار افزایش  یابد سرعت توربین نیز زیاد می شود . پروانه کمپرسور هم سریعتر می چرخد و فشار 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 اصولاً 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 ، بنابر این در لحظات اولیه یک مخلوط غنی همراه با دود غلیظ به وجود می آید تا این که دستگاه توربو شارژ به آن برسد .

در موتور های دیزل دو نوع جبران کننده ارتفاع به کار می رود . یکی از آنها نوع هوای فشرده می باشد که از نظر شکل ظاهری شبیه توربو شارژ می باشد . این نوع یک هوای فشرده با فشاری نزدیک به فشار همسطح 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 معمولاً بازده احتراق را افزایش می دهد که آن 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 تأخیر توربو شارژ ایجاد نماید، تا به این ترتیب مشکلات مربوط به مخلوط کنترل بشود و دود کردن از بین برود. دستگاه تأخیر در موتورهای دیزل و بعضی از موتورهای بنزینی به کار می رود.

سوخت از ناحیه خروجی پمپ وارد دستگاه تأخیر 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 عبوردادن فرعی سوخت توسط دستگاه تأخیر در موقع روشن کردن موتور جلوگیری می نماید. در سرعت های 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 تأخیر جریان یابد. شافت و مجرای آن یک سوپاپ جریان فرعی تشکیل می دهد. این شافت و مجرای آن یک مانع در راه جریان سوخت مشابه پمپ تزریق نوع فشار- زمان به وجود می آورد.

سوختی که از سوپاپ فرعی عبور می کند به ناحیه مکشی پمپ تزریق برمی گردد.

فشار منیفولد سوخت فرعی متناسب با شدت جریان سوخت فرعی می باشد. هنگامی که بازوی کنترل روی دستگاه تأخیر به پیچ تنظیم تکیه کند، شافت و غلاف سوخت را از مجرای فرعی عبور می دهد. مقدار سوخت فرعی با این پیچ که در کف بدنه دستگاه تأخیر قراردارد تنظیم می گردد. اهرم کنترل، که توسط شافت راه انداز به پیستون داخل بدنه دستگاه تأخیر 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 تأخیر بطور موثر از دستگاه سوخت خارج می گردد. وقتی فشار از فشار تنظیم اولیه کمتر بشود، دستگاه تأخیر وارد دستگاه سوخت می شود.

در موتور های بنزینی جدید اتومبیل و استانداردهای موکد کنترل آلودگی،تاخیر توربوشارژ توسط کنترل جرقه اصلاح شده و یا دستگاه تنظیم خلاء غنی کردن مخلوط منظور می گردد. دستگاه کنترل جرقه زمان بندی جرقه را برحسب نیاز تغییر می دهد و دستگاه تنظیم خلاء جریان خلاء در کاربوراتور را توسط یک مجرای غنی کننده مخلوط برای قدرت زیاد، تنظیم می نماید.

بعضی از موتورها مخصوصاً موتور اتومبیلهای سواری، که در آنها فشار کمکی باید در سطح پایین نگهداشته شود، دارای واحد دروازه ضایعات می باشند. نظر به اینکه توربوشارژر پیوسته به کار خود ادامه می دهد، کنترل نکردن کار آن باعث افزایش فشار کمکی فراتر از ظرفیت موتور خواهد شد. برای محدود نگهداشتن فشار کمکی باید از روش مناسبی استفاده بشود. روش اساسی قراردادن یک دروازه ضایعات در دستگاه می باشد. دروازه ضایعات که غالباً در مجموعه زانویی خروجی قرار داده می شود، موقعی فعال می گردد که فشار کمکی به یک سطح از پیش تعیین شده برسد (غالباً PSI 7-3 بر حسب کاربرد). دروازه ضایعات باز می شود و جریان گاز اگزوز را از اطراف توربین عبور می دهد.