اصول عملکرد توربو شارژ در موتور EF7

مقدمه:

اولین توربو شارژ توسط آلفرد بوچی مهندس سوئیسی در سال 1905 میلادی طراحی و ساخته شده است .توروبو شارژ از یک توربین و یک پمپ تشکیل شده است ،توربین توسط گاز های خروجی اگزوز به حرکت در می آیدکه باعث می گردد پمپ که توسط محوری به توربین متصل است به گردش در می آید .با حرکت پمپ ،هوای ورودی از فیلتر متراکم می گردد و برای منیفولد هوا ارسال می شود . با توجه به حجم هوای بیشتر ارسالی به منیفولد هوا راندمان حجمی موتور افزایش می یابد . با افزایش راندمان حجمی ، قدرت تولید موتور افزایش و سطح آلایندگی کاهش می یابد. در این مستند سعی شده است تا اصول اولیه توربو شارژ بصورت کامل تشریح گردد تا بتواند در امرعیب یابی کمک نماید .

مزایای موتور توربو شارژ

مزایای استفاده از توربو شارژ بشرح زیر می باشد:

1- در موتور های معمولی ، افت فشار هوای ورودی ناشی از فیلتر هوا ، لوله ها و مجرای هوا و… باعث می گردد تا راندمان حجمی موتور کاهش یابد این افت باعث عدم پر شدن مخلوط سوخت و هوا در سیلندر میشود . در توربو شارژ به علت افزایش فشار هوا در منیفولد هوای ورودی باعث پر شدن مخلوط سوخت و هوا در سیلندر می گردد که این امر باعث نسبت افزایش توان موتور به حجم موتور تا دو برابر می گردد.

2- در ارتفاعات موتورهای معمولی به علت کاهش فشار هوا ، دچار کاهش قدرت تولیدی میشوند این امر به علت عدم پر شدن سیلندر موتور از مخلوط سوخت و هوا می گردد . در موتور های توربو به علت ارسال هوای پر فشار کاهش راندمان حجمی و به طبع آن کاهش قدرت صورت نمی پذیرد.

3- کاهش سطح آلایندگی به علت تشکیل مخلوطی همگن از سوخت و هوا و نیز رقیق سازی با هوا بخصوص در موتور های دیزل.

اجزا سیستم توربو شارژ

بطور کلی اجزای سیستم توربو شارژ بشرح زیر می باشد:

1. توربین
2. پمپ
3. محور اتصال توربین وپمپ
4. مسیر ورود و خروج محصولات احتراق به توربین
5. مسیر ورود و خروج هوا به پمپ
6. یاتاقان های محور اتصال
7. مسیر های روغنکاری ( لوله های ورود و خرج روغن )
8. مسیر های خنک کاری ( لوله های ورود و خروج مایع خنک کننده )
9. دریچه کنار گذر توربین یا Waste Gate
10. عملگر دریچه کنار گذر پمپ Dump Valve
11. شیر کنار گذر پمپ
12. اینترکولر

اصول عملکرد سیستم توربو شارژ

سیستم توربو شارژ به منیفولد اگزوز متصل است . محصولات خروجی از منیفولد اگزوز وارد توربین می گردد به علت عبور محصولات احتراق از توربین ، پره های آن به چرخش در می آید . با توجه به اینکه محور توربین توسط محوری به پمپ متصل است ، پمپ توربور به گردش در می آید . با گردش پمپ، هوای ورودی به آن متراکم وفشرده می شود با متراکم شدن هوای ورودی فشار آن افزایش یافته و به طبع آن دمای هوا افزایش می یابد در این حالت در صورتیکه دمای هوای ارسالی به منیفولد هوا کاهش نیابد باعث افزایش ایجاد ناک خواهد شد . بنابراین دمای هوای متراکم قبل از ارسال به منیفولد هوا توسط رادیاتوری به نام اینتر کولر(خنک کننده میانی ) کاهش می یابد تا حساسیت به ناک ( کوبش ) کاهش یابد.

اینتر کولر یک مبدل هوا خنک می باشد که در جلوی خودرو در جلوی رایاتور خودرو قرار دارد که با حرکت خودرو و برخورد هوا به این مبدل با عث کاهش دمای هوای متراکم می گردد.

در تصویر زیر شکل شماتیک سیستم توربو شارژ را مشاهده می کنید .

 

از محدودیت های موتور مجهز به سیستم توربو شارژ، کنترل توان خروجی موتور به علت رعایت نکات طراحی و سرعت دورانی توربین می باشد جهت کنترل موارد بالا می بایست میزان دبی ورودی به توربین سیستم توربو شارژر تعیبه شده (Waste Gate) را کنترل کرد این عمل توسط دریچه ای که در مسیر محصولات احتراق به توربین است انجام میشود.

برای کنترل باز شدن دریچه مذکور میتوان از دو نوع سیستم مکانیکی و یا الکتریکی استفاده کرد . در صورت استفاده از سیستم مکانیکی با انتقال فشار منیفولد به پشت دریچه باعث باز شدن آن میشود ولی در صورت استفاده از سیستم الکتریکی ،با بهره گیری از یک عدد شیر برقی که توسط یونیت کنترل سیستم سوخت رسانی کنترل میشود،ترکیبی از فشار محیط و هوای متراکم جهت عملکرد دریچه مذکور استفاده می گردد .

در ﺳﻴﺴﺘﻢ ﺗﻮرﺑﻮر ﺷﺎرژ ﻓﺸﺎر ﻫﻮای ورودی ﻧﺴﺒﺖ ﺑﻪ ﺳﻴﺴﺘﻢ ﻣﻌﻤﻮﻟﻲ ﺑﻴﺸﺘﺮ اﺳﺖ ( 2.2 بار ) ﻟﺬا در زﻣﺎن ﺑﺮداﺷﺘﻦ ﭘﺎ از ﭘﺪال ﮔﺎز و ﻳﺎ ﺗﻌﻮﻳﺾ دﻧﺪه ﻣﻌﻜﻮس درﻳﭽﻪ ﮔﺎز ﺑﺴﺘﻪ ﻣﻲ ﮔﺮدد ﻫﻮای ﺧﺮوﺟﻲ از ﭘﻤﭗ ﺑﻴﻦ ﭘﻤﭗ و درﻳﭽﻪ ﮔﺎز و ﺑﻠﻌﻜﺲ در زﻣﺎن ﻛﻮﺗﺎه ﺣﺮﻛﺖ ﻣﻴﻜﻨﺪ و ﺑﺎﻋﺚ اﻳﺠﺎد ﺻﺪا و ﺻﺪﻣﻪ دﻳﺪن ﺗﻮرﺑﻴﻦ ﻣﻴﮕﺮدد. ﺑﺮای اﺟﺘﻨﺎب از اﻳﺠﺎد اﻳﻦ ﻣﺸﻜﻞ از درﻳﭽﻪ Dump Valve اﺳﺘﻔﺎده ﻣﻴﮕﺮدد ﺗﺎ در اﻳﻦ زﻣﺎن ﺑﺎ اﻳﺠﺎد ﺑﺎی ﭘﺲ ،ﻫﻮای ﻓﺸﺮده ﺷﺪه را ﺑﻪ ﻗﺴﻤﺖ ﺑﻌﺪ از ﻓﻴﻠﺘﺮ ﻫﻮا ﻫﺪاﻳﺖ ﻛﻨﺪ.

در ﺳﻴﺴﺘﻢ ﺳﻮﺧﺖ رﺳﺎنی تغییراتی در ﻣﻮﺗﻮر EF7 ﺻﻮرت ﭘﺬﻳﺮﻓﺘﻪ اﺳﺖ ﻛﻪ در زﻳﺮ ﺗﻮﺿﻴﺢ داده ﺷﺪه اﺳﺖ.

ﺷﻴﺮ ﺑﺮقی CVVT:

اﻳﻦ ﺷﻴﺮ در ﻣﻮﺗﻮر ﻣﺠﻬﺰ ﺑﻪ ﺗﻮرﺑﻮ ﺷﺎرژر ﺣﺬف ﮔﺮدﻳﺪه اﺳﺖ. ﺗﻌﺪادی از اﺟﺰا در ﻣﻮﺗﻮر ﻫﺎی ﻣﺠﻬﺰ ﺑﻪ ﺗﻮرﺑﻮ ﺷﺎرژ و ﻣﻌﻤﻮﻟی ﻳﻜﺴﺎن ﻣی ﺑﺎﺷﺪ ﻛﻪ ﺑﺸﺮح زﻳﺮ اﺳﺖ:

ﺳﻨﺴﻮر دور ﻣﻮﺗﻮر

ﺳﻨﺴﻮر زاوﻳﻪ ﻣﻴﻞ ﺑﺎداﻣﻚ

ﺳﻨﺴﻮر ﻧﺎک (ضربه)

ﺳﻨﺴﻮر ﺳﺮﻋﺖ ﺧﻮدرو

ﺳﻨﺴﻮر دﻣﺎی آب

ﺳﻨﺴﻮر اﻛﺴﻴﮋن ﺑﺎﻻ و ﭘﺎﺋﻴﻦ

ﺳﻨﺴﻮر دﻣﺎی ﻣﺤﻴﻂ

ﺷﻴﺮ ﺑﺮقی ﻛﻨﻴﺴﺘﺮ

درﻳﭽﻪ ﮔﺎز و ﭘﺪال ﮔﺎز

ﻛﻮﻳﻞ ﻣﺪادی

ﻣﻴﻜﺮو ﺳﻮﺋﻴﭻ وﺿﻌﻴﺖ ﺗﺮﻣﺰ

ﻣﻴﻜﺮو ﺳﻮﺋﻴﭻ وﺿﻌﻴﺖ ﻛﻼچ

ﺳﻨﺴﻮر ﻓﺸﺎر ﻓﺮﻣﺎن ﻫﻴﺪرو ﻟﻴﻚ

ﺳﻨﺴﻮر وﺿﻌﻴﺖ ﻓﺸﺎر ﮔﺎز ﻛﻮﻟﺮ

ﺷﻨﺎور ﺳﻄﺢ ﺳﻮﺧﺖ

ﺳﻮﺋﻴﭻ اﻳﻨﺮسی

اﺟﺰای ﺗﻐﻴﻴﺮ ﻳﺎﻓﺘﻪ ﻧﺴﺒﺖ ﺑﻪ ﻣﻮﺗﻮر ﻣﻌﻤﻮلی ﺑﺸﺮح ذﻳﻞ اﺳﺖ:

پمپ بنزین

در سیستم توربو شارژ به علت افزایش فشار منیفولد هوا ، میزان پاشش سوخت نیز افزایش می یابد لذا تغییر دبی سوخت ارسالی از پمپ بنزین الزامی می باشد . در این راستا پمپ بنزین نیز نسبت به موتور معمولی تغییر یافته است . در موتور های معمولی میزان دبی ارسالی سوخت 36 کیلوگرم بر ساعت است ولی موتور مجهز به توربو شارژ میزان دبی سوخت به  48 کیلوگرم بر ساعت تغییر کرده است .

ﺳﻨﺴﻮر ﻓﺸﺎر و دﻣﺎ TMAP

در ﺳﻴﺴﺘﻢ ﻣﻮﺗﻮر ﻣﻌﻤﻮﻟﻲ ﺣﺪاﻛﺜﺮ ﻓﺸﺎر داﺧﻞ ﻣﻨﻴﻔﻮﻟﺪ ﺑﺮاﺑﺮ ﺑﺎ ﻳﻚ ﺑﺎر اﺳﺖ وﻟی در ﻣﻮﺗﻮر ﻣﺠﻬﺰ ﺑﻪ ﺗﻮرﺑـﻮ ﺷـﺎرژر ﺣﺪاﻛﺜﺮ ﻓﺸﺎر 2.5 ﺑﺎر اﺳﺖ ﻟﺬا ﺳﻨﺴﻮر دﻣﺎ و ﻓﺸﺎر ﺳﻴﺴﺘﻢ ﺗﻮرﺑﻮ ﺑﺎ ﻣﻮﺗﻮر ﻣﻌﻤﻮﻟی ﻣﺘﻔﺎوت اﺳﺖ.

کنترل یونیت سیستم سوخت رسانی

کنترل یونیت سیستم سوخت رسانی از لحاظ ظاهر یکسان است ولی برنامه آنها با یکدیگر متفاوت است . کنترل یونیت سیستم سوخت رسانی توربو به سنسور داخلی فشار محیط مجهز می باشد .

شمع موتور

شمع مورد استفاده در موتور های معمولی از نوع تک پایه می باشد ولی برای موتور های مجهز به سیستم توربو شارژ از نوع دو پایه می باشد .

انژکتور

همانطور که قبلا نیز توضیح داده شد ، به علت افزایش فشار داخل منیفولد هوا ، میزان سوخت بیشتری نسبت به موتور معمولی نیاز دارد بنابراین انژکتور سیستم توربو به علت میزان پاشش با سیستم سوخت رسانی معمولی متفاوت می باشد .جهت شناسایی آسانتر رنگ انژکتور سیستم توربو با سیستم معمولی متفاوت می باشد .

اجزا اختصاصی سیستم توربوشارژر

در سیستم توربو شارژ قطعاتی به سیستم سوخت رسانی افزوده شده است که در سیستم سوخت رسانی معمولی استفاده نمی گردد. در ذیل اجزا مختص این سیستم توضیح داده میشود .

سنسور فشار توربو

این سنسور برروی لوله هوای ورودی به موتور بعد از اینتر کولر قرار می گیرد ،اطلاعات فشار هوای خروجی از پمپ از طریق این سنسور به یونیت کنترل سیستم سوخت رسانی ارسال می گردد.

در ﺻﻮرت اﻓﺰاﻳﺶ ﻓﺸﺎر ﻫﻮای ﺧﺮوﺟﻲ از ﭘﻤﭗ ، اﻃﻼﻋﺎت ﻓﺸﺎر ﻣﺬﻛﻮر ﺗﻮﺳﻂ اﻳﻦ ﺳﻨﺴﻮر ﺑﻪ ﻳﻮﻧﻴﺖ ﺳﻮﺧﺖ رﺳﺎﻧی ارﺳﺎل ﻣﻴﺸﻮد  ﻳﻮﻧﻴﺖ ﻛﻨﺘﺮل ﺳﻮﺧﺖ رﺳﺎﻧی ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ اﻳﻦ اﻃﻼﻋﺎت ﺟﻬﺖ ﻛﻨﺘﺮل دور ﺗﻮرﺑﻮ ﺷﺎرژ اﺳﺘﻔﺎده  می کند ﻳﻮﻧﻴﺖ ﻛﻨﺘﺮل ﺳﻴﺴﺘﻢ ﺳﻮﺧﺖ رﺳﺎﻧی ﻓﺮﻣﺎن ﻫﺎی ﻻزم ﺟﻬﺖ ﺗﻐﻴﻴﺮ وﺿﻌﻴﺖ درﻳﭽﻪ ﻛﻨﺎر ﮔﺬر ﺗﻮرﺑﻴﻦ ( Waste Gate ) را ﺑﻪ ﺷﻴﺮ ﺑﺮﻗﻲ آن ارﺳﺎل می ﻛﻨﺪ.

شیر برقی کنترل دریچه هدر رو توربین

که توسط کنترل یونیت سیستم سوخت رسانی ارسال pwm این شیر برقی بصورت پیوسته بوسیله پالس های می گردد.کنترل می شود

همانطور که بیان شد این دریچه روی پوسته توربین قرار دارد که وظیفه کنترل گشتاور خروجی را به عهده دارد . در حالت عادی این دریچه بسته می باشد که این کار باعث می گردد تا تمام محصولات احتراق وارد توربین گردد. با افزایش دور موتور و یا در حالت بار زیاد دریچه باز می گردد تا کلیه محصولات احتراق وارد توربین نشده و طریق به اگزوز هدایت می شود . Waste Gate دریچه محل قرار گیری این شیر در براکتی روی گیربکس قرار دارد.

شیر کنار گذر پمپ(Dump Valve) 

ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ اﻳﻨﻜﻪ در ﻣﻮﺗﻮر ﻫﺎی ﻣﺠﻬﺰ ﺑﻪ ﺗﻮرﺑﻮ ﺷﺎرژر در ﺣﺎﻟﺖ ﺗﻤﺎم ﺑﺎر ﻓﺸﺎر ﻫﻮای ورودی ﺑﻪ ﻣﻮﺗﻮر ﺗﺎ 2/2 ﺑﺎر اﻓﺰاﻳﺶ می ﻳﺎﺑﺪ ﺑﺪﻳﻦ ﺧﺎﻃﺮ  در زﻣﺎن ﺑﺴﺘﻪ ﺷﺪن درﻳﭽﻪ ﮔﺎز ﺑﻪ ﻋﻠﺖ ﺑﺮداﺷﺘﻦ ﭘﺎ از روی ﭘﺪال ﮔﺎزو ﻳﺎ ﺗﻌﻮﻳﺾ دﻧﺪه ﻣﻌﻜﻮس ﺑﺎﻋﺚ ﻣﻴﮕﺮدد ﺗﺎ ﻫﻮای ﻣﺘﺮاﻛﻢ ﺑﻴﻦ درﻳﭽﻪ ﮔﺎز و ﭘﻤﭗ و ﺑﻠﻌﻜﺲ در زﻣﺎن ﻛﻮﺗﺎه داﺷﺘﻪ ﺑﺎﺷﺪ و ﺑﺎﻋﺚ اﻳﺠﺎد ﺻﺪا و ﻧﻴﺰ ﺷﻜﺴﺘﻪ ﺷﺪن ﭘﺮه ﻫﺎی ﭘﻤﭗ ﻣﻴﮕﺮدد . ﺟﻬﺖ ﺟﻠﻮﮔﻴﺮی از اﻳﻦ ﺣﺎﻟﺖ ﺷﻴﺮ ﺑﺮقی ﻛﻪ ﺗﻮﺳﻂ ﻛﻨﺘﺮل ﻳﻮﻧﻴﺖ ﺳﻴﺴﺘﻢ ﺳﻮﺧﺖ رﺳﺎﻧﻲ ﻛﻨﺘﺮل ﻣﻴﮕﺮدد اﺳﺘﻔﺎده می ﺷﻮد  در اﻳﻦ ﺣﺎﻟﺖ ﺑﻪ ﻣﺤﺾ ﭘﺮداﺷﺘﻦ ﭘﺎ از روی ﭘﺪال ﮔﺎز اﻳﻦ ﺷﻴﺮ ﺑﺎز ﻣﻴﮕﺮدد ﺗﺎ ﻫﻮای ﻣﺘﺮاﻛﻢ را ﺑﻪ ﻗﺒﻞ ازورودی ﭘﻤﭗ ﻣﻨﺘﻘﻞ ﻛﻨﺪ اﻳﻦ ﺷﻴﺮ ﻛﻪ ﺑﻪ ﺷﻴﺮ ﻛﻨﺎر ﮔﺬر ﭘﻤﭗ ﻳﺎ Dump  valve ﻣﻌﺮوف اﺳﺖ در دوﻧﻮع زﻳﺮ می ﺑﺎﺷﺪ:

–  شیر کنار گذر مکانیکی (خلائی)

–  شیر کنار گذر برقی

محل قرار گیری این شیر بعد از اینترکولر قرار دارد.

اینتر کولر

هرگاه سیالی را متراکم نمائیم فشار و دمای آن افزایش می یابد . در سیستم توربو شارژ ، هوا توسط پمپ متراکم میگردد در نتیجه فشار و دمای آن افزایش می یابد

در صورتیکه هوای فشرده با دمای بالا را با سوخت مخلوط و وارد محفظه احتراق نمائیم .در زمان سیکل تراکم ، دمای مخلوط بار دیگر افزایش می یابد . با افزایش دما امکان ایجاد پدیده ناک وجود دارد جهت کاهش پدیده ناک ، دمای هوای فشرده شده از پمپ هوا را قبل از ارسال به منیفولد هوا در رادیاتوری بنام اینتر کولر کاهش می دهیم محل قرار گیری اینترکولر در حال حاضر جلوی رادیاتور در پشت جلو پنجره قرار دارد .

نکات مهم در خصوص موتور با سیستم توربو شارژ

توربو شارژ در شرایط تحت بار در دورهای بسیار بالا و نزدیک 200000 دور بر دقیقه کار می کند که برای کارکرد در این شرایط ، مجهز به روانکاری تحت فشار و خنک کاری است بدین خاطر سرعت بسیار بالا پره های توربین و پمپ سیستم توربو و حساسیت یاتاقان های پرخوران برای جلوگیری از آسیب به موتور و افزایش طول عمر آن ، نکات زیر باید مورد توجه وپژه قرار گیرد :

1. هرگونه نشتی آب و یا روغن از موتور باید مورد توجه ویژه قرار گیرد و در صورت مشاهده سریعا برای رفع آن اقدام گردد.
2. وجود نشتی هوا از لوله های هوای پرفشار و اینترکولر باعث افت توان و افزایش مصرف سوخت و افزایش احتمال آسیب به موتور می گردد. بنابراین باید از محکم بودن بستهای اتصالات مسیر هوا و عدم آسیب دیدگی لوله ها اطمینان حاصل شود . لذا در صورت مراجعه خودرو بررسی نشتی صورت پذیرد .
3. با توجه به حساسیت پره های توربوشارژ به ذرات خارجی به دلیل سرعت زیاد ،فیلتر هوا باید به موقع طبق سرویس ها تعویض گردد.در صورتی که خودرو در مناطق دارای گردوغبار بیش از حد مجاز مورد استفاده قرار می گیرد ، تعویض فیلتر هوا باید با فواصل زمانی کوتاه تر صورت پذیرد . در خصوص فیلتر روغن و روغن نیز همین ملاحظات باید در نظر گرفته شود .
4. با توجه به دور بسیار بالای توربو شارژ ، در هنگامی که اتصالات لوله های متصل به مسیر هوای توربوشارژ باز است ،برای جلوگیری از یجاد خطر موتور را روشن نکنید. از دستکاری پره های توبو شارژ و یا وارد کردن فشار و ضربه باعث آسیب رسیدن آن می شود.
5. اگر خودرو برای مدت بیش از یک روز متوقف بوده است و یا بلافاصله پس از تعویض روغن یا فیلتر و هم چنین هنگامی که دمای موتور پائین است ، فرصت دهید موتور حداقل 30 ثانیه در دورآرام کار کند.
6. در صورتیکه دمای موتور بالاست یا پس از پیمایش مسافت طولانی در جاده با سرعت بالا و یا وارد آمدن فشار به موتور ، قبل از خاموش کردن اجازه دهید به مدت 60 ثانیه موتور در دور آرام کار کند
7. در صورت روشن شدن چراغ چک (عیب موتور ) موتور از پیمایش مسافت طولانی با خودرو در این وضعیت خودداری گردد.
8. سطح آب و روغن موتور را بصورت دوره ای مورد بررسی قرار گیرد.

منبع: ایساکو