معرفی سیستم های توربوشارژ (قسمت دوم)

معرفی سیستم های توربوشارژ (قسمت دوم)

اگر بخش اول این مقاله را نخوانده اید، اینجا کلیک کنید.

 

قسمت دوم

در ادامه مبحث بیش خوران بیشتر می خواهیم به دیگر اجزای این سیستم بپردازیم. در ابتدا یک بار دیگر شناخت خودمان را از اجزای سیستم توربو بازبینی می کنیم، سپس روی هر یک از قسمتهای سیستم، نکات کاربردی را مورد بررسی قرار دهیم.

با یک مثال ساده شروع می کنیم، فرض می کنیم خودرویی داریم مجهز به سیستم بیش خوران، خودرو فوق در یک جاده مسطح و با سرعت ثابت و دنده چهار (70 کیلومتر بر ساعت) مشغول به حرکت است. (در این حالت دور موتور ما حدودا 2000 دور بر دقیقه است).

همزمان فرض دیگری را هم داشته باشیم، خودرویی با همین شروط و مشخصات داریم که فاقد سیستم توربو است. فارق از متغیرهای جزعی که قابلیت صرفه نظر کردن است، هر دو خودرو شرایط محیطی و عملکردی یکسانی دارند.

اگر میل لنگ هر دو خودرو در هر ثانیه 34 دور چرخش داشته باشد. (حدود 2000 دور بر دقیقه) میل سوپاپهایی داریم که 17 دور در ثانیه می چرخد و با توجه به مکانیزم عملکردی سوپاپها می دانیم که سوپاپها به سادگی 17 بار در ثانیه باز و بست می شوند. در شرایط فوق موتور خودرو حجم هوای کامل خود را از طریق تنفس طبیعی تامین میکند. اگر راننده در این شرایط قصد افزایش سرعت خودرو را داشته باشد، بطور قطع پدال گاز را فشرده می کند که به تبع آن بار موتور اضافه می شود. چنانچه در موتور با تنفس طبیعی دور موتور به حدود 4500 دور بر دقیقه برسد، میل لنگ خودرو مذکور 75 دور بر دقیقه خواهد داشت و سوپاپهای ما 38 بار در ثانیه باز و بسته خواهد شد. این سرعت باز و بسته شدن سوپاپ های هوا برای پر کردن محفظه موتور با تنفس طبیعی کافی نیست که نتیجتا باعث می شود که راندمان حجمی ما کاهش چشمگیری پیدا کند که به تبع کاهش راندمان حجمی راندمان موتور ما نیز کاهش خواهد یافت. این در حالیست که راندمان موتور مجهز به سیستم توربو شارژر همچنان بالا و نزدیک به صد درصد است. سیستم توربوشارژ در حقیقت هوای مورد نیز در دورهای بالا را برای موتور ما تامین میکند. اما همانطور که قبلا به تفضیل اشاره شد سیستم توربو از لحظه استارت در حال عملکرد است. اما به لحاظ کارایی گازهای حاصل از احتراق در دورهای پایین انرژی کمی دارند و در نتیجه با وجود گردش پره های کمپرسور توان مناسبی جهت افزایش فشار هوا وجود ندارد. در شرایط فوق مکش هوای ورودی یا تنفس موتور عمدتا بصورت طبیعی اتفاق می افتد. این مکش ناشی از ایجاد خلا نسبی در موتور است که مستقیما به عوامل تایمینگ و طراحی موتور بستگی دارد. افزایش ایرودینامیک راهگاه های ورودی هوا و همچنین افزایش توربولانس از اصول طراحی راهگاه های ورودی هواست. اگر رابطه بین افت فشار و به تبع آن سرعت هوای ورودی را با اصطکاک درون لوله های ورودی هوا را پارامتری تاثیرگذار در راندمان حجمی بدانیم چاره ای جز کاهش طول مسیر و کم کردن گلوگاه ها و سطوح با اصطکاک بالا نداریم. یکی از موانع ورودی هوا به موتور های دارای سیستم توربوشارژ  در دور آرام، عبور جریان هوا از داخل کمپرسور است. صرف عبور جریان هوا از کمپرسور در دورهای پایین مکش را با اختلال روبرو می کند. و این مهم به دلیل فضای فیزیکی محدود داخل کمپرسور و همچنین برخورد فیزیکی جریان هوا با بلید یا پره های توربین اتفاق می افتد. در این قبیل موتورها طراحی سیستم به گونه ای است که در دورهای پایین هوای ورودی ضمن عبور از داخل کمپرسور از مسیر انحرافی تعبیه شده جهت دمپ هوای پر فشار نیز عبور می کند و به سمت دریچه گاز می رود. این مکانیزم عملکرد باعث افزایش راندمان در دورهای پایین می شود . سوییچ بین این دو مسیر به فرمان واحد کنترل الکترونیک موتور (ECU) و توسط یک شیر برقی انجام می شود. نام تجاری این شیر Solenoid POP-OFF Valve یا Solenoid Dump Valve است. کاربرد دیگری نیز برای این شیر در نظر گرفته شده است که از اهمیت فوق العاده ای برخوردار است. تا مادامی که کمپرسور هوای مورد نیاز موتور را در حالت بیش خوران تامین می کند، این شیر مسیر کنار گذر کمپرسور را می بندد. بلافاصله پس از آنکه راننده پدال گاز را رها کند دریچه گاز بسته می شود. هوای فشرده شده پس از برخورد با دریچه گاز بسته شده موتور به سمت کمپرسور پس زده می شود. بنابر این اختلاف فشار خروجی ورودی کمپرسور به مقدار زیادی افزایش می یابد. در این شرایط به فرمان واحد کنترل الکترونیکی موتور دامپ ولو عمل کرده است و باعث ارتباط مستقیم بین ورودی و خروجی کمپرسور می شود و این مکانیزم عملکردی باعث می شود ورودی کمپرسور از هوای فشرده شده پشت دریچه گاز به عنوان خوراک اصلی خود استفاده کند. فرمان دیگری که واحد کنترل الکترونیک موتور صادر میکند به کم کردن بار روی توربین منتهی می شود. به این مفهوم که با کم کردن جریان ورودی گازهای حاصل از احتراق به داخل توربین سرعت و در نتیجه بار سیستم توربو را کاهش می دهد. این عمل توسط دریچه کنارگذر دود Wastegate (مجموعه ای از شیرهای سنولوئیدی و پنوماتیکی به همراه مجموعه ای از لینکهای مکانیکی که توسط مکانیزم خاص به یکدیگر متصل شده اند توام با یکدیگیر) انجام می شود. خرابی هر یک از اعضای مجموعه دریچه کنارگذر دود باعث عملکرد نامناسب سیستم توربو خواهد شد که در نهایت موتور ما صرفا تنفس طبیعی خواهد داشت.

در صورت خرابی دامپ ولو و عمل کرد نامناسب آن دو فرضیه محتمل است. اول اینکه دریچه کنار گذر هوا همیشه بسته بماند و یا اینکه همیشه بصورت دائم باز بماند که هر یک از این خرابیها علائم و نشانه های خاص خود را دارند. در صورتی که عملکرد دریچه کنار گذر به گونه ای مختل شود که منجر به بسته ماندن دائم این دریچه شود، تبعات زیر دور از انتظار نیست:

اول اینکه دمپ جریان هوای فشرده شده سیستم در پس گاز امکانپذیر نیست. بنابراین ضربه موجی شکل هوای پشت دریچه گاز یا فشار لحظه ای ایجاد شده در پس گاز به داخل کمپرسور منتقل می شود. این فشار می تواند پره های کمپرسور را دچار اعوجاج یا دفورمگی کند. پس از دفورمگی پره ها یا بلیدهای کمپرسور، روتور از حالت بالانس خود خارج شده و صدای غیر نرمال از سیستم توربو شنیده خواهد شد. همچنین در شرایط بحرانی تر امکان برخورد بلیدها با هوزینگ کمپرسور نیز دور از انتظار نیست.

دومین احتمالی که در شرایط خرابی دامپ ولو عموما مشاهده می شود بد کار کردن خودرو در شرایط دور آرام است به این معنا که هوای مورد نیاز موتور به خوبی تامین نمی شود. بنابر این موتور ما عمدتا در دور آرام دچار نوسان دور می شود. همچنین در زمان سرد بودن خودرو و در لحظات ابتدایی استارت احتمال خاموش شدن خودرو نیز دور از انتظار نیست.

حالت دوم در خرابی شیر کنارگذر زمانی اتفاق می افتد که شیر ما در حالت دائما باز قرار گرفته باشد. در این شرایط سیستم توربو با افت توان روبرو می شود و گاهی صدای صوت غیر نرمال نیز از سیستم توربو شنیده می شود.

پیشنهادی که در شرایط اورژانسی برای مالکان این قبیل خودروها داریم این است که به مجرد شنیده شدن صدای غیر نرمال از سیستم توربو خودرو خود را خاموش نگه دارید و با نمایندگی های مجاز تماس بگیرید. در صورتی که دسترسی برای شما مقدور نباشد و چاره ای جز حرکت کردن با خودرو را نداشته باشید، به این نکته حتما توجه کنید که ایمنترین دور موتور برای حرکت کردن شما در شرایط فوق قرار گرفتن در دور موتورپایینتر از 2000 دور بر دقیقه است و حتما سعی کنید برای کاهش خسارات احتمالی بیشتر در اولین فرصت خود را به مکانیک ماهر برسانید تا از کمک و راهنماییهای ایشان استفاده لازم را ببرید.

راهگاه های هوا در سیستم توربو به دو بخش ورودی به کمپرسور و خروجی از آن تقسیم بندی می شود. هوای خروجی از سیستم توربو فشار و دمای بالا دارد (فشار حدودی دو بار). هوای با دمای بالا برای ورود به موتور خودرو نیاز به خنک کاری دارد. وظیفه اینترکولر خنک کاری هوای فشرده شده تا محدوده دمای محیط است. با خنک کردن هوا چگالی آن افزایش پیدا می کند. ممکن است در ناحیه اتصال راهگاه های سیستم توربو نشتی هوا ایجاد شود. در اثر بروز نشتی هوا، بوست توربو افت پیدا می کند.

هوا قبل از ورود به کمپرسور از فیلتر عبور می کند. استفاده از فیلترهای مرغوب و تعویض به موقع فیلتر هوا اهمیت ویژه ای دارد چرا که وجود هر گونه ذرات معلق در هوا باعث آسیب دیدن بلیدهای کمپرسور می شود. در صورت تعویض دیرهنگام فیلتر هوا احتمال پارگی فیلتر و همچنین عبور ذرات آلاینده به داخل کمپرسور وجود دارد. مالکان این قبیل خودروها در بازدیدهای دوره ای راهگاه های ورودی سیستم توربو را از لحاظ نشتی کنترل کنند. همچنین مالکان در بازدیدهای دوره ای خود در صورت مشاهده علائم نشتی روغن و یا آب در راهگاه های عبوری هوا بلافاصله به تعمیرگاه مراجعه کنند تا از هزینه های بعدی جلوگیری شود.

رنگ گازهای حاصل از احتراق خارج شده از اگزوز خودرو خود را مدنظر داشته باشید و در صورت مشاهده تغییرات رنگ حتما با مکانیک خود مشورت کنید. رنگ آبی از اهمیت ویژه ای برخوردار است.

علاوه بر این، بروز هر گونه نشتی بین کمپرسور توربو و فیلتر هوا باعث ورود ذرات خارجی و آسیب رسیدن به پره های کمپرسور می شود. بنابراین طی فواصل زمانی منظم شیلنگ ها، لوله ها و اتصالات آنها را بررسی کنید.

تعویض به موقع فیلتر روغن نیز از آلوده شدن روغن جلوگیری می کند و باعث افزایش عمر ژورنالهای شفت توربو می شود. تعویض فیلتر سوخت را نیز فراموش نکنید زیرا گرفتگی آن باعث می شود نسبت سوخت و هوا از حالت تنظیم خارج شود. توصیه می شود فیلتر سوخت هر 16 هزار کیلومتر تعویض شود.

 

گالری تصاویر

•