مقاله بررسی و طراحی و تولید توربو شارژ سوپر شارژ

توضیحات محصول

دانلود مقاله بررسی و طراحی و تولید توربو شارژ سوپر شارژ با فرمت ورد ودر 60 صفحه قابل ویرایش

فهرست مطالب

پیشینه توربو شارژر 5 توربو شارژ چگونه کار می کند 7

اجزای توربو شارژر 9

توربو شارژر های چند گانه 10

مکانیزم کنترل دریچه گاز 12

خواص وکاربرد ها 12

محل قرار گیری توربو شارژر 13

تامین نیرو برای توربو شارژر 14

یک نگاه آماری 15

ساختار توربو شارژر 16

پس افت 17

نکاتی در مورد طراحی توربو شارژر 18

اندازه توربو شارژر 20

خنک کننده داخلی 21

توربو شارژر وماده نیتروس 21

انواع توربو شارژر 22

معایب محاسن وسیر تکاملی توربو شارژرها 24

سوپر شارژرها 25

تفاوت سوپر شارژ وتوربو شارژ 26

انواع سوپر شارژر 28

سوپر شارژرروتز 29

سوپر شارژر دو پیچی 30

سوپر شارژر مرکز گریز 31

مزایای سوپر شارژرها 32

معایب سوپر شارژرها 33

اصول سوپر شارژر 33

چگونگی کارکرد 34

معایب محاسن وسیر تکاملی سوپرشارژرها 34

مقایسه موتورهای توربو شارژ وسوپر شارژ 35

طراحی وتولید توربو شارژر وسوپرشارژر 37

تعیین مراحل آهنگری 38

طراحی وساخت قالبها 39

آهنگری پره متحرک توربو شارژر 39

 قسمتی از متن مقاله

پيشينه توربو شارژر
توربو شارژر، توسط مهندسي سوئيسي به نام «آلفرد بوچي» اختراع شد. حق ثبت اختراع نيز در 1905 به‌كار گرفته شد. كشتي‌هاي ديزل و لوكوموتيوهاي داراي انواع توربو شارژر، در 1920 پديدار شدند.
هواپيمايي
طي جنگ اول جهاني، يك مهندس فرانسوي به نام «آگوستي راتيو» توربو شارژرها را بر روي موتورهاي رنو سوار كرد. از اين طريق جنگنده‌هاي فرانسوي با توان متفاوت، با موفقيت زيادي روبه‌رو شدند.
در 1918 يكي از مهندسان جنرال الكتريك به‌نام «سنفورد موس» يك توربو شارژر را روي موتور هواپيماي آزمايشي V12 نصب كرد. اين موتور در كلورادو در ارتفاع 14 هزار فوت (4300 متر) مورد آزمايش قرار گرفت و توانست محدوديت‌هاي قدرت را كاهش دهد. اين توربو در موتورهاي درونسوز نيز مورد آزمايش قرار گرفت و كاهش فشار هوا و چگالي را در ارتفاعات بالا، برطرف كرد.
توربو شارژها براي اولين بار در توليد موتورهاي هواپيما در 1930، قبل از جنگ دوم جهاني، مورد استفاده قرار گرفتند.
پيشنهاد اوليه در قالب كاربري‌هاي اوليه هوانوردي منجر به افزايش ارتفاع در هواپيماهاي قابل پرواز شدند كه با استفاده از جبران فشار اتمسفري پايين‌تر موجود در ارتفاعات بالا عمل كرد.

خودروهاي توليدي
اولين كاميون توربو شارژ شده ديزلي در 1938 توسط يك كارخانه خودروسازي سوئيسي ساخته شد.
اولين محصولات توربوشارژ شده موتورهاي خودرو در 1962 توسط شركت جنرال موتورز به بازار عرضه شد. اولدز مبيل كاتلاس جت فاير A شكل و شورولت كوروير مونزا اسپايدر هر دو توسط توربوشارژرها مكانيزه شدند. «ساآب»اولين سازنده‌اي بود كه موفق شد توربو را در خودروهاي با توليد روزانه به‌كار گيرد. اين موفقيت با معرفي يك سوپاپ به نام Waste gate براي كاهش فشار اضافي، ممكن شد.

خودروهاي مسابقه‌اي
«فرانك هالفورد» مهندس هوانوردي، با توربوشارژ كردن خودروي مسابقه‌اي خود به‌نام «آستون مارتين» اقدام به اصلاح آن كرد. گرچه در ظاهر هر چيزي مشخص نبود، اما تلاش‌هاي او موفقيت‌آميز بود. اولين كاربرد موفقيت‌آميز توربوشارژ كردن خودروهاي مسابقه‌اي، در 1952 اتفاق افتاد يعني زماني كه «فرد آقاباشيان» در ديزل تقويت شده كامينز، به‌طرز مخصوصي تعيين‌كننده موفقيت‌هاي خاص «اينديانا پليس500» بود و قبل از توربوشارژهاي اليت براي 175 مايل (282 كيلومتر) درنظر گرفته شده بود. موتورهاي توربوشارژ شده Offenhauser در 1966 به‌سمت اينديانا پليس تغيير مسير دادند و در 1968 موفقيت‌هاي زيادي كسب كردند. توربوي Offenhauser در 1973 هنگامي كه پورشه به سري‌هاي Can-Am30/917 با قدرت820اسب بخار- 1100کیلو وات غلبه كرد، به نقطه اوج خود رسيد. خودروهاي توربوشارژ شده بين سال‌هاي 1976 تا 1988 به «لي من»ها چيره شدند. سپس از سال 2000 تا 2007، خودروي فراري F1 توربو در 1984 و بعدها فراري 124C4 در جشنواره سرعت «گودوود» 2009 با 5/1 ليتر توربوشارژ V6,850bhp ظهور يافتند.
در مسابقات فرمول يك كه از 1977 تا 1989 بعنوان "Turbo Era" شناخته شد، موتورهاي با ظرفيت 1500 سي‌سي موفق شدند از 746hp 1000کیلو وات به 1500 تا 1119 كيلووات برسند (رنو، هوندا، بي‌ام‌و، فراري).
رنو اولين كمپاني استفاده كننده تكنولوژي توربو در محدوده F1 در 1972 بود. هزينه بالاي پروژه، به‌وسيله ويژگي خاص آن و هدايت به ديگر كارخانه‌هاي موتورسازي، جبران شد.

موتورهاي توربوشارژ شده كار را از محدوده F1 تحويل گرفته و در ناحيه Cosworth DFV در نيمه 1980 به پايان رساندند. در هر حال، FIA مصمم شد كه توربوشارژهاي ساخته شده اسپورت، بسيار خطرناك و گران هستند. در 1987 قبل از اينكه اين فناوري به‌طور كامل در 1989 تحريم شود، F1 تصميم به محدود كردن حداكثر فشار پيش‌رانه‌ها شد.
در مسابقات سنگين، يك پونتياك 1800hp توربوشارژ شده دوگانه GTA در سواحل طوفاني كاليفرنياي جنوبي، ركوردي جهاني به‌عنوان سريع‌ترين خودروي سواري جهان را به خود اختصاص داد. اين واقعه در زمان خود به عنوان رخدادي تاريخي در 1987 در هفته نامه Autoweek منتشر شد.
در مسابقات رالي موتورهاي توربوشارژ شده بالاي 2000 سي‌سي به عنوان خودروهاي مسابقه‌اي سطح بالا شناخته شدند كه ناشي از نسبت قدرت به وزن استثنايي آنها بود. با استفاده از وسايل نقليه داراي بدنه نسبتا كوچك، قابليت انجام مانور و بررسي آن ممكن شد.

توربوچگونه کار می کند؟
توربوشارژر به خروجی اگزوز موتور متصل شده است،گازهای خروجی از سیلندر توربین را می چرخانند که شبیه یک توربین گازی است،توربین توسط یک محور به کمپرسور که بین مانیفولد هوا و لوله های ورودی هوا واقع شده متصل می شود، کمپرسور هوای ورودی به پیستون را فشرده می کند. . توربوشارژ قابليت راندن و عملكرد خودرو را تغيير مي‌دهد و به فرايندي گفته مي‌شود كه طي آن با استفاده از انرژي گازهاي خروجي اگزوز، هوا متراكم و به داخل سيلندر هدايت مي‌شود.

گازهای خروجی از بین پره های توربین عبور می کنند و آن را می چرخانند، هر چه گازهای بیشتری خارج شود توربین سریع تر می چرخد.

در طرف دیگر محوری که به توربین متصل است کمپرسور هوا را به سیلندر ها پمپ می کند،کمپرسور یک پمپ از نوع گریز از مرکز است که هوا را از مرکز پره ها می کشد و به بیرون پمپ می کند.

برای رسیدن به سرعت ١٥٠٫٠٠٠ دور در دقیقه محور توربین باید به دقت پشتیبانی شود،اکثر یاطاقان در این سرعت خراب می شوند بنابراین بیشتر توربوشارژرها از یاطاقان های مایع استفاده می کنند،این نوع یاطاقان محور را روی لایه ی نازکی از روغن که به طور پیوسته به دور محور پمپ می شود نگه می دارد،این نوع یاطاقان دو مزیت دارد،یک اینکه محور و سایر قسمت های توربوشارژر را خنک نگه می دارد،دوم اینکه محور بدون اصطکاک چندانی می چرخد.
توربوشارژرها یک نوع سیستم مکش هوا هستند که جریان هوای ورودی به موتور را فشرده می کنند،مزیت این سیستم این است که به موتور اجازه می دهد هوای بیشتری به سیلندر وارد کند و هوای بیشتر به معنی سوخت بیشتر است،بنابر این انرژی بیشتری از هر انفجار به دست می آید،یک موتور با توربو شارژر در کل قدرت بیشتری از یک موتور مشابه بدون تورربوشارژر دارد،یعنی توربوشارژر نسبت قدرت به وزن موتور را افزایش می دهد .
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 توربین به اگزوز چسبیده دما در آن خیلی بالاست.
اولين سازندگان توربو شارژها، لقب توربو سوپر شارژها را به آنها دادند. سوپرشارژر همانند يك كمپرسور هواست كه براي تقويت نيروي اوليه موتور، مورداستفاده قرار مي‌گيرد. اصولا با افزودن يك توربين به گردش سوپرشارژر، يك توربو سوپرشارژر حاصل مي‌شود.
برخي از شركت‌ها نظير Teledyne continental motors هنوز هم از توربو سوپر شارژر به‌معناي واقعي آن استفاده مي‌كنند.

يك توربوشارژر از چهار جزء اصلي تشكيل شده است. توربين (تقريبا هميشه يك توربين راديال) و پيشبرنده/ كمپرسور، كه هر يك داراي يك هوزينگ مخصوص كله‌قندي هستند كه در جهت‌هاي مخالف هم بر روي جزء سوم، قسمت داخلي هوزينگ به‌صورت چرخشي قرار مي‌گيرنداجزاي اصلي يك توربوشارژ شامل توربين، كمپرسور، اينتركولر (inter cooler) يا افتركولر (after cooler) و كنترلرهاست.

هوزينگ‌ها، اطراف كمپرسور و توربين قرار گرفته‌اند. وظيفه آنها جمع‌آوري و هدايت جريان گاز از طريق چرخش چرخ‌هاست. اندازه و شكل مي‌تواند تعيين كننده تعدادي از مشخصات برجسته همه‌جانبه موتور توربو شارژر باشد.

افزايش فشار
در دنياي خودرو، ارتقاء به‌منظور افزايش فشار كه توسط توربوشارژر در منيفولد هوا صورت مي‌گيرد، از فشار نرمال اتمسفر تجاوز مي‌كند. فشار اتمسفري تقريبا 14.7psi و يا 1bar است و هر فشاري بالاتر از اين سطح را مي‌توان لحاظ كرد. سطح ارتقاي فشار ممكن است برحسب Psi، Bar و يا Kpa نشان داده شود. اين نمايانگر اين مطلب است كه فشار هواي اضافي ايجاد شده، بدون نيروي اوليه، توليد شده است. فشار منيفولد نبايد با حجم هوايي كه توربو مي‌تواند توليد كند، اشتباه گرفته شود.

دريچه Waste gate
توربين كمپرسور با چرخش در سرعت‌هاي بالا، حجم زيادي از هوا و نيرو را به‌سمت داخل موتور مي‌كشد. يك دريچه Waste gate متعارف‌ترين سيستم مكانيكي كنترل سرعت است كه اغلب توسط يك كنترل‌كننده دستي و يا الكترونيكي تقويت مي‌شود. وظيفه اصلي دريچه Waste gate اين است كه به مقداري از دودها اجازه بدهد، هنگامي كه فشار هوا به اندازه مطلوب رسيده، از طريق مجراي فرعي از توربين عبور كنند. خودروهاي سواري داراي دريچه Waste gate كاملاً متصل به توربوشارژر هستند.

توربوشارژهاي چندگانه
موازي
برخي از موتورها نظير موتورهاي V شكل، دو نوع هم‌اندازه را مورداستفاده قرار مي‌دهند، اما توربوهاي كوچكتر، توسط سري مجزايي از بخارات دود موتور تغذيه مي‌شوند. دو توربو كوچكتر به همان اندازه (يا بيشتر) مي‌توانند مقدار زيادي از نيروي تقويت شده را به‌وجود آورند كه يك توربو بزرگتر آن را توليد مي‌كند، اما از آنجا كه آنها كوچكتر از آن هستند كه به RPM مطلوب خود برسند، رسيدن به نيروي تقويت شده بهينه، بسيار سريع به حدمطلوب خود خواهد رسيد. چيدمان اين گونه توربوها نوعا به سيستم توربين دوگانه موازي معروف شده است. اولين محصول خودرو با توربوشارژرهاي دوگانه موازي "maserati Biturbo" در اوايل 1980 بود. بعدها اين گونه قطعات شامل نيسان GT-R، ميتسوبيشي GT 3000 VR-4، نيسان 300ZX و بي‌ام‌و دو توربو 3 ليتر هم رديف خودروهاي شش سيلندر (E90, E81, E60) را شامل شد.
سري
برخي خودروسازها با به‌كارگيري دو توربو، دچار كندي و تأخير مي‌شوند. بنابراين، داشتن يك توربو اكتيو براي دور كامل موتور و ديگري براي دور موتور با RPM بالاتر، امري ضروري است. با دور موتور پايين‌تر از اين مقدار دود و هواي ورودي، هر دو در توربو ثانوي بسته مي‌شوند. با اين تفاسير، آنها ترجيح نمي‌دهند كه به‌خاطر اين كندي و تأخير، توربو دوم را به‌خاطر RPM بالاتر داشته باشند. چنين اجزايي «توربو دوگانه سري» ناميده مي‌شوند. پورشه 959 براي اولين بار از اين فناوري در 1985 استفاده كرد. توربوهاي دوگانه سري، معمولا پيچيده‌تر از سيستم‌هاي توربوهاي دوگانه موازي هستند زيرا به 3 سري از لوله‌هاي هوا و لوله‌هاي دريچه Waste gate به‌همراه سوپاپ‌هاي كنترل گازهاي دود، نياز دارند.
كاربردهاي خودرويي
براي كنترل فشار هوا در سطح بالا، جريان گاز دود توربو شارژر از طريق دريچه Waste gate تنظيم مي‌شود كه مسير گاز دود اضافي توربوشارژر را كوتاه مي‌كند. همين امر، سرعت چرخشي توربين و بازده كمپرسور را تنظيم مي‌كند. دريچه Waste gate توسط هواي فشرده شده توربو، باز و بسته مي‌شود و مي‌تواند با به‌كارگيري يك سولونوئيد براي ايجاد ميدان مغناطيسي در راستاي تنظيم فشار تغذيه شده به پوسته دريچه Waste gate، بالا برده شود. اين ميدان مغناطيسي، مي‌تواند توسط يك كنترل اجراي اتوماتيك، كنترل شده باشد كه همان واحد كنترل الكترونيكي موتور بوده يا يك كامپيوتر كنترل ارتقا در خدمات پس از فروش است. روش ديگر درخصوص بالا بردن فشار ارتقا از طريق استفاده از Check Valve و Bleed Valve براي نگهداري فشار در پوسته پايين‌تر از فشار داخل سيستم است.
توربوشارژ كردن موتورهاي ديزل در خودروها، كاميون‌ها، لوكوموتيوها، قايق‌ها و كشتي‌ها، امري بسيار معمول است. موتورهاي ديزل غيرتوربو، براي كاربري‌هاي خودرويي رايج رو به كاهش هستند. ديزل‌ها به چنددليل براي توربوشارژ كردن مناسب هستند:
توربوشارژ كردن مي‌تواند قدرت موتور را افزايش دهد. نسبت قدرت به وزن خصوصيات برجسته‌اي به‌شمار مي‌آيند كه به‌طور معمول در موتورهاي توربوشارژ نشده، بسيار ضعيف هستند.
توربوشارژ كردن كاميون‌ها و موتورهاي ديزلي صنعتي، باعث كاهش مشكلات تأخير و عقب‌ماندگي آنها با افزايش و كاهش ناگهاني سرعت مي‌شود.