مقاله در مورد طراحی و محاسبات توربوشارژ جهت یک خودروی CNG سوز

همانطور که قبلا اشاره شد هدف این تحقیق, بررسی میزان تولید آلاینده ها و مصرف سوخت حاصل از اتوبوس گازسوز با توجه به تاثیر توربوشارژ نصب شده, جهت تعیین بهترین توربوشار از میان توربوشارژهای انتخابی است. در این راستا، داده های حاصل از تست آزمایشگاهی از قبیل توان موتور, گشتاور موتور, مصرف سوخت و چهار محصول خروجی تست باید بررسی شده شده و بهترین توربوشارژ از میان چهار توربوشارژ تست شده انتخاب گردیده و در نهایت با توجه به درصد هوای اضافی در حالت مطلوب با مقادیر تئوری- حاصل از اصول پایه احتراق و ترمودینامیک محاسبه شده نیز ، مقایسه گردند .

توربوشارژ

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 بزر گی است و توربوشارژرها را مهم
می کند.استفاده از توربوشارژرها یکی از مؤثرترین راه های افزایش بازده در موتورهای توربین گازی می باشد. به منظور درک صحیح از نحوه عملکرد توربوشارژرها می بایستی ابتدا طرز کار موتور اتومبیل های مدرن را بررسی کنیم. این موتورها با نام مرسوم چهار زمانه شناخته شده و در هر چرخه کاری ، پیستون چهار مرحله را طی
می کند. زمانی که پیستون پائین می آید ، در یک لحظه هوا از طریق دریچه ای به داخل سیلندر وارد می شوند و وقتی که پیستون برمی گردد ، دریچه ها (سوپاپ) بسته شده و هوای درون محفظه احتراق با بالا آمدن پیستون متراکم می گردد. زمانی که پیستون به بالای سیلندر می رسد ، با جرقه ی شمع، مخلوط هوا و سوخت مشتعل می شود.

در صورتی که دبی ورودی به داخل سیلندر افزایش یابد و هوای فشرده تری وارد آن شود ، احتراق و انفجار
قوی تر و نیرومندتر خواهد بود. برای این منظور توربوشارژرها وارد سیکل کاری می شوند .

اصول کار توربو

اصول کار توربو بر اساس تغذیه بیشتر هوا به موتور است. برای مثال یک موتور فورد CVH1.6که در دو مدل معمولی و توربوشارژ تولید می شود. موتور معمولی 105 اسب نیرو دارد ولی موتور توربو فقط به واسطه نصب توربو 135 اسب نیرو دارد . در این مورد با اضافه شدن توربو 30 اسب افزایش نیرو داریم. علت اینکه افزایش نیروی بیشتری نداریم این است که سطح فشرده سازی مورد استفاده کم است.در یک موتور که به طور معمولی با فشار جو تغذیه می گردد فشار جو هوا را به میزان 14.7 پوند بر اینچ مکعب (1bar ) به درون موتور می راند. به طور خلاصه اگر یک موتور در فشار 1 اتمسفر 100 اسب نیرو داشته باشد با دو برار شدن فشار(1بار فشرده سازی در توربو) نیروی آن دو برار می شود. زیرا با این کار دو برابر هوا در سیلندر خواهیم داشت و می توانیم دو برابر سوخت بسوزانیم .البته کارها به این سادگی هم نیست. با افزایش فشرده سازی بیشتر افزایش قدرت مورد توقع اتفاق نمی افتد زیرا در فشار بالاتر نیاز به سوخت غنی تر است و باید میزان تراکم موتور را کاهش داد و موارد دیگر...

تاریخچه
توربو شارژ در سال 1905 میلادی توسط مهندس مکانیک سوئیسی آلفرد بوچی اختراع شد .توربوشارژ عبارتست از نوعی کمپرسور توربینی و یک کمپرسور گریز از مرکز که توسط یک شفت که با اتصال فلانچی به آن متصل شده را می چرخاند ، توربین گازی توسط پیچ به مانیفولد دود متصل می شود و گازهای خروجی از موتور باعث چرخش توربین گاز شده و به سبب آن کمپرسور که توسط یک شفت به توربین گازی متصل است شروع به چرخش نموده و هوای محیط را مکش کرده و سپس آن را متراکم و به طرف موتومی فرستد . هوای ورودی بیشتر به موتور ،به معنی سوخت بیشتر به داخل موتور ، و هوا و سوخت بیشتربه معنی افزایش انرژی و قدرت خروجی موتور می باشد .

یکی از مطمئن ترین راهها برای افزایش توان موتور ها ، افزایش مقدار هوا و سوختی است که در سیلندرآنها
می سوزد برای این منظور افزودن تعداد سیلندرها یا بزرگ کردن هر یک از سیلندرها یکی از روش هاست اما در بعضی مواقع امکان این کار وجود ندارد . یک راه برای افزایش قدرت موتور که ساده تر و با صرفه تر می باشد استفاده از توربو شارژ در موتوراست که بدون نیاز به تغییر در حجم و وزن موتورتوان آن را افزایش می دهد . برای افزایش توان موتور از توربوشارژها درخودروهای پر سرعت مسابقه ای و سوپر اسپرت هاو حتی خودروهای خانوادگی و در موتورهای دیزلی بزرگ نیز استفاده می شوند.در موتورهای دیزل ـ به غیر از انواع کوچک آن ـ توربوشارژ یکی از اجزای لاینفک است که موجب افزایش نسبت توان به وزن ، حجم و هزینه نهایی می‌شود. از جمله مزایای دیگر توربوشارژ کردن در موتورهای دیزل ، کاهش دودزایی و صداست. در گذشته تنها موتورهای بنزینی توربوشارژ شده ، موتورهای پیستونی هواپیما و بعد از آن خودروهای مخصوص مسابقه بودند . با استفاده از توربوشارژ ، مقدار توان تولیدی موتور هواپیما در سطح دریا تا ارتفاعات بالا حفظ می‌شود و امکان استفاده از موتور کوچکتر فراهم می‌آید . توان خودروهای مسابقه نیز با توربوشارژ کردن به طور چشمگیری افزایش می‌یابد . به عنوان مثال می‌توان از یک موتور بنزینی با حجم CC 1500 بیش از500 KW توان دریافت کرد . بعدها توربوشارژدر خودروهای سواری متداول نیز به کار گرفته شد و استفاده از آن گسترش یافت ؛ به طوری که در اواخر دهه 80 میلادی حدود 20 درصد از انواع خودروهای اروپایی از آن بهره می‌بردند و علت اصلی آن نیزافزایش هزینه سوخت (بنزین) بود. یک موتور بنزینی توربوشارژ شده نسبتاً کم حجم می‌تواند ضمن صرفه‌جویی در مصرف سوخت ، توان و گشتاور بالای یک موتور دارای مکش عادی ولی با حجم زیاد را ایجاد کند . برای آشنایی هرچه بیشتر با توربوشارژ در ادامه به مفاهیم اساسی سوپرشارژ کردن ، توربوشارژ کردن ، خنک کردن شارژ و موتور مرکب پرداخته می‌شود .

مکان توربوشارژر در خودرو

ساختار توربو شارژر :

یک توربو شارژر ازدو قسمت اصلی تشکیل شده است " توربین و کمپرسور. در موتور هایی که توربوشارژ نصب گردیده ، پس از اینکه مخلوط سوخت و هوا در داخل سیلندر متراکم شد توسط جرقه شمع محترق شده ، و این احتراق باعث آزاد شدن انرژی حاصل از سوختن مخلوط گاز می گردد،حال این گاز (دود منیفولد) پس از گذراندن این سیکل، باید سیلندر را ترک کند که این گاز خروجی فشاری حداقل معادل 30 اتمسفر را دارد یعنی 30 برابر فشار داخل سیلندر . این گاز حاوی مقدار قابل توجهی ازانرژی است که می توان از این انرژی بصورت مفید استفاده کرد ولی در موتور هایی که تنفس بصورت عادی [ بدون توربوشارژ ] است گاز خروجی و انرژی موجود توسط اگزوز به بیرون رانده می شود که این عمل برابر است با اتلاف مقدار زیادی از انرژِی کنترل نشده !

توربوشارژ دارای یک محور (شفت) مرکزی است که یک سر این محور به یک توربین متصل است که براثر برخورد گاز های خروجی با پره های این توربین ، محور شروع به چرخیدن می کند ، سر دیگر این محور به یک کمپرسور متصل است که بر اثر چرخیدن هوای بیرون را با قدرت بیشتر ی مکیده و در داخل سیلندر متراکم می کند . به طور معمول توربوشارژها فشار هوا را به اندازه 6 تا 8 psi فشرده تر می کنند ، از آنجا که فشار معمولی اتمسفر 14.5 تا 14.7 psi در سطح دریاست با این روش در حدود 50 درصد بیشتر هواسیلندرهای موتور خواهد شد و بازدهی واقعی نیز بین30% تا 40 % افزایش خواهد یافت .

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. یکی از دلایل عدم کارایی این است که انرژی چرخاندن توربین از اگزوز گرفته می شود و وجود یک توربین دراگزوز مقاومت در برابر خروج دود را افزایش می دهد،و این یعنی در مرحله ی خروج دود ، موتور باید دود را بافشار بیشتری خارج کند در نتیجه کمی از قدرت سیلندری که در مرحله ی انفجار قرار دارد کاسته می شود. یکی از مزایای توربو شارژها ، کمکی است که در ارتفاعات و مناطق مرتفع به موتور می کنند ، موتورهای معمولی در ارتفاعات دچار کاهش شدید قدرت می شوند زیرا برای هر مکش پیستون جرم کمتری از هوا را به داخل سیلندر می کشد و حتی در صورت افزایش مقدار سوخت پاشیده شده به داخل سیلندر نیز به علت فقدان اکسیژن کافی ، احتراق کامل صورت نمی گیرد ، بنابراین مساله رقیق بودن هوا موجب کم شدن قدرت موتور ، در این نقاط می شود که توربوشارژها با کمپرس کردن و افزایش جرم هوای ورودی به موتور ، این نقص را جبران می کنند .

نقش پره ها در کمپرسور : Housing Compressor

توربین کمپرسور دارای پره هایی مخصوص می باشد که عامل مکش هوا و متراکم کردن آن است .پره های توربین کمپرسور در توربوشارژ Housing Compressor با دوران کردن باعث مکش هوا به داخل توربوشارژ می شوند کمپرسور نیز هوا را از مرکز تیغه هایش به داخل کشیده و توسط پره های خود ، در حین چرخش به بیرون پرتاب می کند .

دانلود با لینک مستقیم

مقاله در مورد طراحی و محاسبات توربوشارژ جهت یک خودروی CNG سوز

اس فایل

پیوندها

دسته‌ها

ابر برجسب

جدیدترین یادداشت‌ها

بایگانی

جستجو

مقاله در مورد طراحی و محاسبات توربوشارژ جهت یک خودروی CNG سوز