توربو شارژ

تاريخچه :
توربو شارژ در سال ۱۹۰۵ ميلادي توسط مهندس مکانيک سوئيسي آلفرد بوچي اختراع شد . توربوشارژ عبارتست از نوعي کمپرسور توربيني و يک کمپرسور گريز از مرکز که توسط يک شفت که با اتصال فلانچي به آن متصل شده را مي چرخاند، توربين گازي توسط پيچ به مانيفولد دود متصل مي شود و گازهاي خروجي از موتور باعث چرخش توربين گاز شده و به سبب آن كمپرسور كه

توسط يك شفت به توربين گازي متصل است شروع به چرخش نموده و هواي محيط را مكش كرده و سپس آن را متراكم و به طرف موتور مي فرستد. هواي ورودي بيشتر به موتور، به معني سوخت بيشتر به داخل موتور،و هوا و سوخت بيشتر به معني افزايش انرژي و قدرت خروجي موتور مي باشد .

يکي از مطمئن ترين راهها براي افزايش توان موتور ها، افزايش مقدار هوا و سوختي است که در سيلندرآنها مي سوزد براي اين منظور افزودن تعداد سيلندرها يا بزرگ کردن هر يک از سيلندرها يکي از روش هاست اما در بعضي مواقع امکان اين کار وجود ندارد. يک راه براي افزايش قدرت موتور که ساده تر و با صرفه تر مي باشد استفاده از توربو شارژ در موتوراست که بدون نياز به تغيير در حجم و وزن موتورتوان آن را افزايش مي دهد. براي افزايش توان موتور از توربوشارژها درخودروهاي پر سرعت مسابقه اي و سوپر اسپرت هاو حتي خودروهاي خانوادگي و در موتورهاي ديزلي بزرگ نيز استفاده مي شوند.

يک توربو شارژر ازدو قسمت اصلي تشکيل شده است” توربين و کمپرسور. در موتور هايي که توربوشارژ نصب گرديده، پس از اينکه مخلوط سوخت و هوا در داخل سيلندر متراکم شد توسط جرقه شمع محترق شده، و اين احتراق باعث آزاد شدن انرژي حاصل از سوختن مخلوط گاز مي گردد،حال اين گاز (دود منيفولد) پس از گذراندن اين سيکل، بايد سيلندر را ترک کند که اين گاز خروجي فشاري حداقل معادل ۳۰ اتمسفر را دارد يعني ۳۰ برابر فشار داخل سيلندر .

اين گاز حاوي مقدار قابل توجهي از که مي توان از اين انرژي بصورت مفيد استفاده کرد ولي درموتور هايي که تنفس بصورت عادي [ بدون توربوشارژ ] است گاز خروجي و انرژي موجود توسط اگزوز به بيرون رانده مي شود که اين عمل برابر است با اتلاف مقدار زيادي از انرژِي کنترل نشده !

توربوشارژ داراي يک محور(شفت)مرکزي است که يک سر اين محور به يک توربين متصل است که براثر برخورد گاز هاي خروجي با پره هاي اين توربين ، محور شروع به چرخيدن مي کند، سر ديگر اين محور به يک کمپرسور متصل است که بر اثر چرخيدن هواي بيرون را با قدرت بيشتر ي مکيده و در داخل سيلندر متراکم مي کند. به طور معمول توربوشارژها فشار هوا را به اندازه ۶تا۸ psi فشرده تر مي کنند، از آنجا که فشار معمولي اتمسفر ۱۴٫۵تا۱۴٫۷ psi در سطح درياست با اين روش در حدود ۵۰ درصد بيشتر هوا وارد سيلندرهاي موتور خواهد شد و بازدهي واقعي نيز بين ۳۰% تا ۴۰ % افزايش خواهد يافت .

يکي از مزاياي توربو شارژها، کمکي است که در ارتفاعات و مناطق مرتفع به موتور مي کنند، موتورهاي معمولي در ارتفاعات دچار کاهش شديد قدرت مي شوند زيرا براي هر مکش پيستون جرم کمتري از هوا را به داخل سيلندر مي کشد و حتي در صورت افزايش مقدار سوخت پاشيده

شده به داخل سيلندر نيز به علت فقدان اکسيژن کافي ، احتراق کامل صورت نمي گيرد، بنابراين مساله رقيق بودن هوا موجب کم شدن قدرت موتور، در اين نقاط مي شود که توربو شارژها با کمپرس کردن و افزايش جرم هواي ورودي به موتور، اين نقص را جبران مي کنند.
نقش پره ها در کمپرسور Housing Compressor:
توربين کمپرسور داراي پره هايي مخصوص مي باشد که عامل مکش هوا و متراکم کردن آن است.

پره هاي توربين کمپرسور در توربوشارژ Housing Compressor با دوران کردن باعث مکش هوا به داخل توربوشارژ مي شوند کمپرسور نيز هوا را از مرکز تيغه هايش به داخل کشيده و توسط پره هاي خود، در حين چرخش به بيرون پرتاب مي کند. کمپرسور معمولا بين صافي و منيفولد هواي

ورودي به موتور قراردارد پره هاي کمپرسور مي تواند بصورت تک ، دوبل و يا دوبل متغيير باشدو لازم به ذکر است که پره هاي کمپرسور در توربوشارژ ها که براي ايجاد قدرت در دور هاي پايين طراحي مي شوند معمولا داراي کمپرسور هايي با پره هاي نزديک به هم و بلعکس در توربوشارژ هايي که براي حصول قدرت در دور هاي بالا ط

راحي مي شوند داراي کمپرسور هايي هستند که فاصله پره هاي آنها از هم بيشتر است .

نقش پره ها در توربين Hosing Turbine :

پره هاي توربين Hosing Turbine در برخورد با گاز هاي خروجي باعث دوران محور مي گردد اين پره ها هميشه از نوع تکي مي باشند و زاويه و انحناي آنها يکسان است .

امروزه برخي از شرکت ها توربوشارژهايي ساخته اند که در آن زاويه پره ها در دور هاي مختلف بسته به دور موتور تغيير مي کند .
Housing :
Housing عبارت است از يک محفظه باشکل حلزوني که توربين و کمپرسور را درخود جاي مي دهد که هر توربوشارژ داراي دو عدد از آن ميباشد .

 

همچنين به محفظه اي که توربين را در خود جاي مي هد turbine housing يا hot side ناميده مي شود و به محفظه اي که کمپرسور را در خود جاي مي هد cold side يا housing compressor مي گويند .

در محفظه توربين ، هر چه اندازه اين محفظه کوچکتر باشدفشار گاز هاي خروجي از اگزوز بالا تر مانده و توربين سريع تر دور خواهد گرفت. توربو شارژ ها با محفظه کوچک براي اتومبيل هاي خياباني مناسب ترند. اگر محفظه توربين بزرگتر باشد مدت زمان بيشتري طول مي کشد تا توربين دور بگيرد که محفظه بعضي از مواقع تا حد سرخ شدن گرم مي شود که براي خنک کردن آن ازآب يا روغن و در بعضي از هردو استفاده مي شود .

فلانچ در توربوشارژ:
فلانچ يا واسطه، قطعه اي است که فلزي مي باشد،

درتوربوشارژها معمولا از چدن يا آلومينيوم آلياژي ساخته مي شود و در حد فاصل بين توربين و کمپرسور قرار گرفته و آنها را به هم مرتبط مي کند.

فلانچ ها را با توجه به نوع موتور و نوع توربو شارژ انتخاب مي کنند و معمولا با کد هاي بين المللي T6 و T4 ، T3 ساخته مي شوند .
خروجي توربوشارژ Down pipe :
يکي ديگر از قسمتهاي مهم توربوشارژ Down pipe يا خروجي آن مي باشد گازهاي اگزوز (دود) پس از چرخاندن توربين ، محفظه توربين را بايد ترک کند که اين کار از طريق اين دريچه صورت مي پذيرد.

Down pipe يا خروجي توربوشارژ با توجه به محفظه توربين، اشکال مختلفي دارد ولي مي توان آن را به دودسته کلي تقسيم کرد، که عبارت است از” نوع فلانچي که به توربوشارژ پيچ مي شود و نوع V-Band که توسط دو عدد واشر و يک بست مخصوص به توربوشارژ متصل مي شود. توربين بين منيفولد هواي خروجي وانباره اگزوز قرار مي گيرد، تمامي گازهاي خروجي موتور (اگزوز) از محفظه توربين مي گذرد و انبساط اين گازهاي تحت فشار، بر پره هاي توربين عمل مي کند و موجب حرکت دوراني آنها مي شود.

اين گازها پس از گذشتن از توربين وارد اتمسفر مي شوند ،توربين صداي حاصل از گازهاي اگزوز را نيز خفه مي کند و به اين ترتيب در اکثر موارد نيازي به استفاده از انباره اگزوز نيست .
شايد بتوان نوع توربوشارژها را با توجه به قطعات بکار رفته در آن به چند شکل تقسيم بندي کرد :
عملکرد محور مرکزي آن ممکن است بصورت ياتاقاني و يا بلبرينگي باشد ،