همه چیز درباره توربو شارژر

توربوشارژرها

هنگامی که مردم در مورد خودروهای مسابقه ای و یا خودروهای ورزشی با کیفیت صحبت می کنند ( و از آن جمله است خودروهای فرمول یک)، خواه نا خواه صحبت از توربوشارژر هم به میان می آید. رد این توربوشارژر را همچنین می توان در خودروهای دیزلی بزرگ هم مشاهده کرد.
تازه گی ها می توان خودروهای سواری زیادی را در شهر مشاهده کرد که عبارت turbo هر گوشه ای از آنها نصب شده است.
توربوشارژر وسیله ای است که می تواند بدون آنکه وزن موتور را به مقدار قابل توجهی افزایش دهد، قدرت موتور را بسیار بالا ببرد و به همین دلیل است که از چنین محبوبیت گسترده ای برخوردار است!
در اینجا قصد داریم بفهمیم که توربوشارژر چگونه می تواند بدون آنکه تغییر چندانی در وضعیت فیزیکی موتور ایجاد کند، قدرت را به مقدار بسیار زیادی افزایش دهد. هم چنین خواهیم دید دریچه های خروجی، پره های سرامیکی توربین، مجراهای عبور گاز چگونه کارآیی سوپر شارژر را بهبود می بخشند.

توربوشارژر چیست؟

توربوشارژر نوعی سیستم دمنده است که هوا را با فشار زیاد به درون سیلندر می دمد. همان طور که می دانید، هنگامی که پیستون در حالت عکسش قرار دارد، مخلوط هوا و سوخت (در موتور دیزلی، هوا) را به درون سیلندر می مکد. هر چه فشار هوا بیشتر باشد مقدار مولکولهای هوا بیشتر خواهد بود، و باتبع مخلوط هوا و سوخت بیشتری در سیلندر جای خواهد گرفت. هر چه سوخت بیشتر باشد، قدرت ناشی از احتراق هم بیشتر خواهد بود.
بدین ترتیب موتور مجهز به توربوشارژر قدرت بیشتری نسبت به موتور معمولی تولید می کند. توربوشارژر به سادگی می تواند نسبت قدرت به وزن موتور را بهبود ببخشد، یعنی با قدرت مساوی، خودروی مجهز به توربو شارژر از موتوری با وزن و حجم کمتر سود می برد، در نتیجه حجم و وزن خودرو نیز کمتر می شود و این بدان معنی است که شتاب خودروی مجهز به توربوشارژر بیشتر است و سریع تر به سرعت مناسب دست پیدا می کند.
اما توربوشارژر قدرت لازم برای فشرده کردن هوای ورودی را از کجا تأمین می کند؟ در نوع ابتدایی توربوشارژر (که سوپر شارژر نام دارد)، قدرت مورد نیاز از میل لنگ گرفته می شد، یعنی بخشی از توان تولیدی خودرو صرف فشرده سازی هوای ورودی می شد.
ولی در نوع پیشرفته تر که همان توربوشارژر است، از فشار گاز خروجی اگزوز استفاده می شود. گازهای خروجی اگزوز داغ هستند و می توان از انرژی جنبشی، سرعت و فشار آنها برای چرخاندن یک توربین استفاده کرد. این توربین هم یک پمپ هوا را می گرداند و در نهایت، پمپ، هوا را فشرده کرده به درون سیلندر می فرستد. توربین نصب شده در مسیر گازهای خروجی گاه به سرعت 150 هزار دور در دقیقه می رسد که بیش از 30 بار سریع ر از دور موتور اغلب خودروهای امروزی است.
دمای این توربین هم به دلیل تماس با گازهای داغ خروجی بسیار بالاست. این دو عامل موجب می شوند توربین از فناوری پیشرفته ای برخوردار باشد تا بتواند کارآیی و دوام خود را تا مدت ها حفظ کند.

یک نگاه آماری

توربوشارژرهای رایج می توانند هوا را به فشار 40 تا 55 کیلوپاسکال بیشتر از هوای محیط برسانند. از آنجایی که فشار هوای سطح دریا 100 کیلوپاسکال است، مشخص می شود که توربوشارژر تقریباً 50% هوای بیشتر وارد سیلندر می کند. بنابراین انتظار می رود که قدرت هم تا پنجاه درصد افزایش یابد. ولی به دلیل برخی تلفات، این افزایش قدرت بین 30 تا 40 درصد خواهد بود.
یکی از دلایل این اتلاف به این موضوع باز می گردد که کار مورد نیاز توربوشارژر رایگان نیست. هنگامی که گاز خروجی اگزوز توربین را می چرخاند، بدان معنی است که مقاومتی در برابر خروج گازها وجود دارد، پس پیستون باید فشار بیشتری اعمال کند تا گاز تخلیه شود و این، بخشی از قدرت موتور را مصرف می کند.
یکی دیگر از مزایای توربوشارژر، قابلیت بهبود کارکرد موتور در ارتفاعات است. در ارتفاعات، فشار هوا کمتر است و در نتیجه هوای کمتری در سیلندر وارد می شود. خودروهای معمولی در چنین ارتفاعاتی با کاهش قدرت مواجه می شوند، ولی خودروهای مجهز به توربوشارژر علیرغم آنکه با کاهش قدرت مواجه می شوند، ولی مقدار این کاهش به مراتب کمتر است؛ چرا که کار لازم برای فشرده کردن گاز رقیق کمتر است!

پره، میل محور، پره

همان طور که اشاره شد، یک توربوشارژر معمولی از یک توربین، یک میل محور (شافت) و یک کمپرسور تشکیل شده است. مجرای گاز خروجی اگزوز معمولا به گونه ای طراحی می شود که گاز دارای بیشترین سرعت و دمای ممکن باشد. پره های توربین با طراحی خاص می توانند به گردش 150 هزار دور در دقیقه دست پیدا کنند، ولی انتقال چنین گردشی به کمپرسور کار ساده ای نیست.
میل محوری که پروانه توربین را به پره های کمپرسور متصل می کند، باید دارای پایداری بسیار بالایی باشد. اغلب میل محورهای معمولی در چنین سرعت بالایی منفجر می شوند، زیرا هم دمای میله بسیار بالا می رود، هم اندکی ناجابه جایی و عدم تعادل در نصب میل محور کافی است تا در این سرعت، میل محور به بیرون پرتاب شود.
از این رو از یاتاقانهای روغنی برای مهار میل محور در توربوشارژر استفاده می شود.
در چنین یاتاقانهایی، لایه نازکی از روغن اطراف میل محور را می پوشاند و بدین ترتیب، هم میل محور را خنک می کند و هم اصطکاک های احتمالی را به حداقل می رساند.
پس از انتقال قدرت به کمپرسور، پره کمپرسور به گردش در می آید. کمپرسور همانند یک پمپ سانتریفوژ عمل می کند، بدین ترتیب که هوا را از مرکز به گردش در می آورد و در نهایت هوای فشرده شده را از حفره تعبیه شده در محیط خارج به بیرون میدمد.

ساختار توربو شارژر:

یک توربو شارژر از 2 قسمت اصلی تشکیل شده است: توربین و کمپرسور(که توسط یک شفت به هم متصل اند).برای آشنایی با توربو شارژر، ابتدا باید واژه سوپر شارژر را تعریف کرد.سوپر شارژر یعنی تغذیه موتور با هوای از پیش کمپرس شده.یعنی هوای محیط مکیده و کمپرس شده و سپس به موتور فرستاده می شود.کمپرسور به طرق مختلفی به حرکت در می آیداز جمله از طریق چرخ دنده که در این حالت سوپرشارژر مکانیکی نامیده می شود. روش دیگر به حرکت در آوردن کمپرسور استفاده از انرژی ذخیره شده در گازهای اگزوز حاصل از احتراق در موتور است که در این حالت به آن توربو شارژر می گویند.
پس توربو شارژر در حقیقت توربینی است که بوسیله گازهای اگزوز به حرکت در آمده و یک کمپرسور گریز از مرکز را که توسط یک شفت به آن وصل شده است را می چرخاند.کمپرسور نیز هوا را از مرکز تیغه هایش به داخل کشیده و توسط پره های خود، در حین چرخش به بیرون پرتاب می کند.کمپرسور معمولا بین صافی و منیفولد هوای ورودی به موتور قراردارد.در حالی که توربین بین منیفولد هوای خروجی وانباره اگزوز قرار می گیرد.تمامی گازهای خروجی موتور (گازهای اگزوز) از محفظه توربین می گذرد و انبساط این گازهای تحت فشار بر پره های توربین عمل می کند و موجب حرکت دورانی آنها می شود. این گازها پس از گذشتن از توربین وارد اتمسفر می شوند.توربین صدای حاصل از گازهای اگزوز را نیز خفه می کند و به این ترتیب در اکثر موارد نیازی به استفاده از انباره اگزوز نیست.
به طور معمول توربو شارژها فشار هوا را به اندازه 6 تا 8psi فشرده تر می کنند.از آنجا که فشار معمولی اتمسفر 14.7 psi در سطح دریاست با این روش حدودا 50 درصد بیشتر هوا وارد موتور خواهد شد و افزایش بازدهی واقعی نیز بین 30تا 40 درصد است.
یکی از مزایای توربو شارژرها 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 پاشیدهشده 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 توربو شارژرها با کمپرس کردن و افزایش جرم هوای ورودی به موتور، این نقیصه را جبران می کنند
پس افت (Lag): یکی از مشکلات توربوشارژر ها می باشد که توربوشارژرها نمی توانند یک قدرت فوری را زمانی که شما پدال گاز را فشار می دهید، ...

توربوشارژر:

زمانی که مردم درباره خودروهای مسابقه ای یا موتورهایی با بازدهی و عملکرد بالا صحبت می کنند معمولاً بحث توربوشارژرها مطرح می شود. توربوشارژرها همچنین در موتورهای دیزلی بزرگ نیز استفاده می شوند.
توربوشارژر یک کمپرسور می باشد که توان خروجی موتورهای احتراق داخلی را در اثر افزایش میزان جرم هوا و سوخت ورودی به موتور افزایش می دهد. یکی از مزایای بزرگ توربوشارژرها آن است که افزایش قدرت خروجی موتور آنها در مقایسه با وزن آنها بسیار ناچیز است و این یکی از دلایلی است که باعث شده توربوشارژرها تا این اندازه محبوب و معروف گردند.

نحوه عملکرد توربوشارژر:

یک توربوشارژر از یک کمپرسور گریز از مرکز و یک توربین گازی تشکیل شده است که 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 کرده و به طرف موتور می فرستد و هوای ورودی بیشتر به موتور به معنی سوخت بیشتر به داخل موتور و هوا و سوخت بیشتر به معنی انرژی و قدرت خروجی موتور می باشد. سرعت چرخش توربین با توجه به استفاده توربوشاررژ می تواند متفاوت باشد و اکثراً دارای سرعتهای چرخش بالا هستند به همین دلیل باید از یاتاقانهای مخصوصی استفاده گردد که بتواند نیروی حاصل از چرخش شقت را تحمل کند که معمولاً از یاتاقانهای سیال (fluid bearing) استفاده می شود. در یاتاقانهای سیال بین شفت و یاتاقان یک لایه روغن قرار دارد که روغن فوق دو وظیفه مهم بر عهده دارد:
1- باعث خنک شدن شفت و سایر قسمتهای توربوشارژر می شود
2- باعث از بین رفتن اصطکاک بین شفت و یاتاقان هنگام چرخش می شود.

نکاتی در مورد طراحی یک توربوشارژر:

1- تقویت بیش از اندازه: اگر فشار تولیدی توربوشارژر خیلی زیاد باشد همان طور که می دانید این امر باعث بالا رفتن درجه حرارت هوای ورودی به موتور شده و در نتیجه سوخت قبل از آن که توسط شمع محترق شود دچار خودسوزی شده که به پدیده فوق ضربه (Knocking) می گویند که برای جلوگیری از پدیده فوق می بایست از بنزین با درجه اکتان بالاتر استفاده نموده و یا نسبت تراکم موتور را کاهش دهیم.
2- پس افت (Lag): یکی از مشکلات توربوشارژر آن می باشد که توربوشارژرها نمی توانند یک قدرت فوری را زمانی که شما پدال گاز را فشار می دهید، ایجاد نمایند و مدت زمانی طول می کشد تا توربین گاز چرخیده و هوای متراکم شده را به داخل موتور بفرستد. به همین خاطر شما در اول حرکت خودروی خود احساس یک حرکت ناگهانی به طرف جلو می کنید. دلیل این موضوع نیروی اینرسی (واماندگی) قسمت چرخنده توربین گاز می باشد. اما می توانیم با تمهیداتی نیروی اینرسی را کاهش داده تا توربین گاز بتواند در مدت زمان کوتاهی شتاب گرفته و دیگر پدیده پس افت ایجاد نشود، که در زیر به مواردی اشاره می کنیم:
الف) استفاده از توربوشارژرهای کوچک به جای توربوشارژرهای بزرگ: یکی از راههای که می توانیم نیروی اینرسی توربین گاز را کاهش دهیم آن است که از توربوشارژرهای کوچک استفاده نمائیم زیرا توربوشارژرهای کوچک سریعتر شتاب گرفته و در دور پائین موتور تقویت بهتری ایجاد می نمایند اما نمی توانند تقویت بیشتری را در دورهای بالای موتور که ما نیاز به وارد نمودن حجم بیشتری از هوا به موتور هستیم را تولید کنند و نیابد دور توربین گاز در آنها خیلی بالا رود. در جاهائی که ما نیاز به شتاب بالا در توربین گاز و مقدار بیشتری از هوای ورودی به موتور داریم می توانیم از دو توربو شارژر کوچک که به صورت مجزا از یکدیگر می باشند، استفاده نمائیم که شرکتهای خودروسازی همچون تویوتا، آئودی، مزدا این نوع توربوشارژر را در برخی از تولیدات خود به کار برده اند. به توربوشارژرهای فوق توربوشارژرهای دوقلو (Twin Turbocharger) نیز می گویند.
ب) استفاده از توربین گاز با پره های سرامیکی: همان طور که می دانید توربین گاز با پره های سرامیکی سبکتر از توربین گاز با پره های فولادی هستند در نتیجه این امر باعث می شود که توربین گاز سریعتر شتاب گرفته و نیروی اینرسی کاهش یابد.
ج) استفاده از یاتاقانهای توپی (Ball Bearing) به جای یاتاقانهای سیالی: برخی از توربوشارژرها از یاتاقانهای توپی به جای یاتاقانهای سیالی استفاده می کنند که یاتاقانهای فوق بسیار دقیق و از مواد پیشرفته و خاصی ساخته شده اند تا بتوانند سرعت و حرارت شفت را کنترل نمایند. یاتاقانهای توپی باعث می شوند که شفت با اصطکاک کمتری بچرخد و همچنین این نوع یاتاقانها به ما اجازه می دهد تا از شفتهای کوچکتر و سبکتر استفاده نمائیم که امر فوق باعث می شود تا توربین گاز با شتاب بیشتری چرخیده و نیروی اینرسی آن کاهش یابد.
د) استفاده از توربوشارژرهای ترتیبی (Sequential Turbocharger): برخی از موتورها از دو توربوشارژر با اندازه مختلف استفاده می کنند که توربوشارژر کوچکتر در دور پائین موتور تا پس افت را کاهش دهد استفاده دارد اما توربو شارژر بزرگتر در دورهای بالاتر موتور که نیاز به تقویت و حجم بیشتری از هوا داریم کاربرد دارد. این نوع توربوشارژر در ب.ام.و سری 5 مدل 535d استفاده شده است.

توربوشارژ و نیتروس

توربو با اجبار موتور به تنفس بیشتر و سوراندن سوخت بیشتر نیروی بیشتر تولید می کند. توربو با نیرو گازهای خروجی کار می کند. توربو وسیله ای کاربردی هست اما یکی دو مشکل عمده دارد.
اگر توربین به اندازه کافی کوچک باشد که در دور پایین موتور به چرخش در آید در دور بالا به یک مانع تبدیل می شود که حداکثر قدرت را محدود می کند. زیرا اگر موتر موفق به خروج گاز های حاصل از سوخت نشود.....!
اگر توربین به اندازه کافی بزرگ باشد که در برابر حداکثر قدرت منطقی مانع نباشد آنگاه با مشکلی به نام واماندگی(lag) در دورهای پایین روبرو می شویم. به این علت که موتور در دور پایین گاز زیادی تولید نمی کند که توربین بزرگ را با سرعت مناسب به چرخش در آورد که فشار تولید شود. اما اگر بتوانید توربو را در دور پایین موتر به گردش با دور مناسب وادار کنید خود توربو فشار لازم برای تحریک بیشتر تولید خواهد کرد!
حال اگر ما مقدار بسیار کمی نیتروس را در دریچه سوخت(wot)تزریق کنیم موتور فوراً تولید نیرو خواهد کرد! و حتی در دور های پایین توربو شارژ سرعت می گیرد به علت گاز خروجی تولید شده! اکنون یک سنسور کوچک در ورودی سوخت افزایش فشار را متوجه شده و تزریق نیتروس را خاموش می کند. اکنون محرک خودبه خود پیش میرود. در عمل مقدار بسیار کمی نیتروس مصرف می گردد. نتیجه یک سیستم توربو بدون وامانگی هست حتی اگر از توربیهای عظیم استفاده شود.
انواع گوناگونی سیستم های تزریق نیتروس وتوربوشارژرهای عظیم برای کار باهمدیگر تولید می شود
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 نیز هست استفاده از توربو شارژردر موتوراست که بدون نیاز به تغییر در حجم و وزن موتورتوان آن را افزایش می دهد.درخودروهای پر سرعت مسابقه ای و سوپر اسپرت حتی خودروهای خانوادگی و سدان های پر قدرت نیز برای افزایش توان موتور از توربوشارژر استفاده می شود.

استفاده از ضد پس افت (Anti-Lag) در خودروهای مسابقه ای:
مکانیزم کنترل توربین گاز (Waste Gate):

بسیاری از توربوشارژر خودروها یک سوپاپ بایپس یا گذرگاه فرعی(Waste Gate) دارد که باعث می شود در توربوشارژرهای کوچک میزان چرخش آنها از حد مجازی تجاوز نکند. در واقع سوپاپ بایپس فشار داخل توربین گاز را حس کرده و اگر فشار آن بالا باشد سوپاپ فوق باز شده و مقداری از گاز را به خارج از محفظه توربین گاز هدایت می کند تا این که فشار به میزان مطلوبی برسد.

کولر داخلی (Inter Cooler):

همان طور که می دانید زمانی که هوا فشرده می شود آن گرم شده و منبسط می شود اما هدف از استفاده توربوشارژرها افزایش میزان چگالی ورودی به موتور (تعداد بیشتری از مولکولهای هوا) می باشد. به همین خاطر از کولرهای داخی استفاده می کنند تا هوای فشرده خروجی از کمپرسور را خنکتر کند تا میزان چگالی آن افزایش یابد.

توربوشارژرقلب تپنده موتور

یکی از موثر ترین راه ها برای افزایش اسب بخار موتورها افزایش مقدار هوا و سوختی است که در سیلند آن ها می سوزد برای رسیدن به این هدف اغلب خودرو سازان تعداد سیلندرها یا حجم آنه را افزایش داده اما این روش مقبول به صرفه نبوده و افزایش مصرف سوخت و آلایندگی زیاد را به دنبال دارد به همین منظور ساده ترین و به صرفه ترینترین راه استفاده از توربوشارژر است
توربو شارژر مانند قلب هوا را به داخل سیلندر دمیده یا پمپ می کند که عملا مرحله مکش توسط سیلنر حذف شده و این عامل مهم افزایش توان موتور به شمار می آید به طور معمول توربوشارژر ها فشار هوا را شش تا هشت بوند براینچ فشرده تر می کنند با توجه به اینکه فشارمعمولی اتمسفر7/14 پوند بر اینچ در سطح دریا می باشدوا ضح است که با این روش می توان 50 درصد بیشتر هوا وارد موتور کرد به علت افزایش فشار هوا که این خود کوجب افزایش 50 درصدی توان خودرو می شودالبته افزایش بازدهی واقعی بین 30 تا 40درصد بسیار قابل توجه است به طوری که موتور هشت سیلندرv شکل و 2/4 لیتری جاگوار معمولی 300 اسب بخار قدرت دارد و همین موتور با همان حجم و تعداد سیلندر به کمک توربو شارژر 400 اسب بخارقدرت دارد که افزایش 100 اسب بخاری در نوع توربو شارژر دارد قابل ملاحظه می با شد
توربو شارژر ابتدا در موتور دیزلی کار برداشت اما با ایجاد اصلاحاتی اینک در اغلب اتومبیل های پر قدرت و حتی اتومبیل های خانوادگی می توان از توربو شارژر استفاده کرد و حتی می توان آن را برروی موتور خودرو نصب کرد
در موتور های کاربراتوری کاربراتور به طور خودکار و به وسیله پلانچر کاربراتور مقدار سوخت را برای هماهنگ شدن با مقدار هوای ورودی افزایش می دهد در موتور های انژکتوری نیز این هماهنگی متکی بر سنسور های سیستم انژکتور بوده البته ممکن است با نصب توربوشارژر با قدرت بالا سیستم انژکتور به دلیل عدم برنامه ریزی نرم افزاری جواب ندهد که در این صورت باید از توربو شارژر مناسب استفاده کرد
ادامه دارد .....

سوپر شارژر و توربو شارژر (2)

شناخت بیشتر توربو شارژر:

یک توربو شارژر از دو قسمت اصلی تشکیل شده است: توربین و کمپرسور که توسط یک شفت به یکدیگر متصل اند توربو شارژر در حقیقت توربینی است که به وسیله گازهای اگزوز به حرکت در آمده و یک کمپسور گریزاز مرکز را که توسط یک شفت به آن اتصال یافته می چرخاند کمپرسور نیز هوا را از مرکز تیغه هایش به داخل کشیده و توسط پره های خود در حین چرخش به بیرون پرتاب می کند
توربو شارژر در واقع همان سوپر شارز کردن یعنی تغذیه موتور با هوای از بیش کمپرس شده . نیروی این کمپرس اساسا می تواند از دو راه تامیت شود از طریق چرخ دنده که در ایت حالت سوپر شارژ مکانیکی نامیده می شود و دیگری استفاده از انرژی ذخیره شده در گاز های اگزوز حاصل از احتراق در موتور است که در این حالت به توربوشارژر معروف است.

مزایای توربو شارژر ها:

با صرفه نظر از افزایش توان خودرو کمک توربو شارژر به موتور در ارتفاعات است با توجه به اینکه در ارتفاعات غلظت هوا کم است به موتور کمک می کند تا دچار کاهش قدرت نشود در ارتفاعات برای هر مکش پیستون جرم کمتری از هوا را به داخل سیلندر می کشد حتی با پرشدن سیلندر از سوخت به علت کمبود اکسیژن احتراق کامل صورت نمی گیرد بنا براین توربو شارژر این کمبود را جبران کرده و موتوربا شرایط عادی کار می کند

معایب توربو شارژر:

یکی از عمده ترین مشکلات توربو شارژر ها کندی یا تنبلی توربو می باشد . مثلا هنگامی مه راننده پا را روی پدال گاز فشار می دهد توربو بلافاصله عمل نکرده و تا زمانی که توربو به دور مناسب برسد چند ثانیه ای زمان لازم بوده سپس خودرو به طور کند شده و به شرایط عادی بر میگردد برای رفع این معضل از کاهش اینرسی قطعات توربو استفاده می کنند و از پره های سرامیکی
در توربین که سبک تر از پره های استیل است استفاده می کنند
هدف از کار توربو شارژر فرستادن بیشتر مولکول هوا به سیلندر است نه بیشتر کردن فشار هوای ورودی به موتور افزایش فشار هوا در توربو شارژر ها تا حدودی ناشی از افزایش دمای هوای کمپرس شده قبل از ورود به موتور اصل بنابرایت استفاده از اینتر کولر برای پایین آوردن دمای هوا و متراکم کردن آن بسیار موثر خواهد بود اینتر کولر در حقیقت یک وسیله جانبی است شبیه به رادیاتور که بعد از کمپرس قرار داشته و هوا پس از عبور از کمپرسور از داخل گذرگاه های آبندی شده که هوای خنک جریان دارد عبور می کند و با انتقال حرارت خنک می شود و در فشار معین تعداد مولکول هایش افزایش می یابد
مطمئنا یک خودرو در صورت دارا بودن توربوشارژر می تواند قدرت و سرعت خود را به رخ همگان بکشاند.

محدودیت های توربوشارژر

الف- فشار
فشار حداکثر درون سیلندر نباید از یک مقدار مجاز بیشتر شود. هنگامی که مخلوط هوا و سوخت در سیلندر یک خودروی بنزینی متراکم می شود، دمای آن نیز همراه با فشار افزایش خواهد یافت. فشار بیش از اندازه به دیواره های سیلندر، سرسیلندر و حتی پیستون و میل لنگ موجب کاهش عمر مفید آنها می شود.
اما افزایش دما اثری به مراتب بدتر دارد. اگر دما از حد مشخصی بالاتر رود، مخلوط هوا و سوخت می توانند پیش از زدن جرقه دچار احتراق شوند. بدین ترتیب نه تنها چرخه منظم موتور دچار اخلال می شود، که ضربه ناشی از احتراق می تواند آسیب های جدی به موتور وارد آورد. از این رو برخی با کاهش دادن نسبت تراکم سیلندر، حداکثر فشار و دما را در محدوده مجاز نگه می دارند. البته برخی دیگر سوختی با اکتان بالاتر را برای موتور پیشهاد می دهند.
ب- زمان تأخیر:
یکی از مهم ترین مشکلات توربوشارژر این است که نمی توانند افزایش قدرت را به طور ناگهانی اعمال کنند. هنگامی که به پدال گاز فشار می آورید، حدودا یک ثانیه طول می کشد تا توربین به سرعت لازم دست پیدا کند و افزایش قدرت اعمال شود. بنابراین افزایش قدرت با کمی تأخیر حاصل می شود. یکی از روش های کاستن این زمان تأخیر، پایین آوردن اینرسی قطعات است که معمولاً از طریق سبک کردن قطعات بدست می آید؛ بدین ترتیب توربین و پمپ سریع تر شتاب می گیرند و قدرت سریع تر اعمال می شود.
ج- اندازه توربوشارژر:
اندازه توربوشارژر هم مزایا و معایبی به همراه دارد. هر چه توربوشارژر کوچکتر باشد، زمان تأخیر کمتری دارد و سریع تر قدرت را اعمال می کند، ولی در سرعت های بسیار بالا که باید حجم زیادی هوا را وارد سیلندر کند، کم توان و گاه خطرناک ظاهر می شود. در مقابل، توربوشارژر بزرگ می تواند به خوبی از عهده پمپ کردن حجم زیاد هوا برآید، ولی زمان تأخیر آن بیشتر خواهد بود.
خوشبختانه راه حل های جالبی برای مقابله با این مشکلات پیشنهاد شده است که به برخی از آنها اشاره می کنیم.
- دریچه اگزوز (wastegate)
بسیاری از خودروهای توربوشارژردار از یک یا چند دریچه کمکی در مجرای اگزوز سود می برند که آنها را قادر می سازد از توربوشارژرهای کوچک استفاده کنند. هنگامی که سرعت خودرو بسیار بالا می رود و بالتبع حجم گاز اگزوز افزایش می یابد، این خطر وجود دارد که توربین با سرعت بسیار بالاتری بگردد. از این دریچه ها باز می شوند و بخشی از اگزوز بدون آنکه از توربین عبور کند، از موتور خارج می شود. این چنین سرعت دوران توربین در سرعت های بالا هم در حد مجاز باقی می ماند.
- یاتاقانهای ساچمه ای
در این یاتاقانها، از ساچمه های بسیار پیشرفته ای استفاده شده که از مواد بسیار پیشرفته و با فناوری فرا دقیق ساخته شده اند.
این یاتاقانها موجب می شوند میل محور با اصطکاک کمتری نسبت به یاتاقانهای روغنی که در اغلب نمونه ها استفاده می شود، بگردد؛ ضمن آنکه موجب می شود بتوان از میل محورهای کوچکتر و سبکتری هم بتوان استفاده کرد. این چنین میل محور سریع تر شتاب می گیرد و زمان تأخیر کاهش می یابد.
- پره های سرامیکی توربین:
سرامیک، دسته ای از مواد هستند که استحکام خوبی دارند و به مراتب از فلز هم ابعاد خود سبک ترند. استفاده از این پره ها به جای پره های فلزی دو مزیت دارد، نخست آنکه با سبک تر کردن توربین ، زمان تأخیر را کاهش می دهد و دوم، چون بر همکنش با مواد خوزنده درون اگزوز ندارد، شکل خود را برای مدت ها حفظ می کند و مانند پره فلزی خورده نمی شود.
- خنک کننده داخلی (intercooler)
هنگامی که توربوشارژر هوا را فشرده می کند، خواه نا خواه دمای هوا نیز افزایش می یابد. این افزایش دما جدای از تأثیر مخرب بر حداکثر فشار درون سیلندر، موجب می شود مولکولهای هوا کمتر از آن مقداری باشند که در طراحی خودرو در نظر گرفته شده است. لذا از یک خنک کننده استفاده می شود تا بدون افت محسوس فشار هوا، دمای آن به مقدار قابل توجهی کاهش یابد. بدین ترتیب می توان با اطمینان خاطر و بدون نگران بودن از پیش شعله، فشار مخلوط هوا و سوخت را به حداکثر رساند.

توربو شارژرها چگونه کار می کنند؟

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 بزرگی است و توربوشارژرها را مهم می کند

در این مقاله یاد می گیریم که چطور توربوشارژر قدرت خروجی موتور را افزایش می دهد،همچنین یاد می گیریم پره های سرامیکی و یاطاقان های ساچمه ای چطور به توربوشارژر کمک می کنند تا وظیفه اش را بهتر انجام دهد
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 قذرت 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 150?000 دور در دقیقه می چرخد که 30 برابر سریع تر از دور موتور است،چون تئربین به اگزوز چسبیده دما در آن خیلی بالاست

اصول

راه قطعی برای بدست آوردن قدرت بیشتر از موتور افزایش مقدار هوا و سوختی است که می سوزد،یک راه برای انجام این کار اضافه کردن یا بزرگتر کردن سیلندرهاست،بعضی مواقع این تغییرات شدنی نیست،یک توربوشارژر ساده تر است

توربوشارژرها با فشرده کردن هوا به موتور اجازه می دهند سوخت و هوای بیشتری بسوزاند،فشار نسبی ایجاد شده توسط توربوشارژر بین 6تا 8 پوند بر اینچ مربع است،از آن جایی که فشار جو در سطح دریا 7/14 پوند بر اینچ مربع است می توانید بفهمید که حدود 50? هوای بیشتری وارد موتور می شود،بنابراین می توان انتظار داشت 50? قدرت بیشتری بدست آید،اما توربوشارژر کاملا ایده آل نیست و بین 30 تا 40 درصد بهبود در قدرت موتور مشاهده می شود
یکی از دلایل عدم کارایی این است که انرژی چرخاندن توربین از اگزوز گرفته می شود و وجود یک توربین در اگزوز مقاومت در برابر خروج دود را افزایش می دهد،و این یعنی در مرحله ی خروج دود،موتور باید دود را با فشار بیشتری خارج کند در نتیجه کمی از قدرت سیلندری که در مرحله ی انفجار قرار دارد کاسته می شود

در ارتفاعات

توربوشارژرها در ارتفاعات که چگالی هوا کم است به موتور کمک می کنند،موتورهای معمولی در ارتفاعات با کاهش قدرت مواجه می شوند چون موتور جرم کمتری از هوا را دریافت می کند،یک موتور با توربوشارژر ممکن است با کاهش قدرت روبرو شود اما این کاهش قدرت خیلی کمتر است چون هوای رقیق تر راحت تر پمپ می شود
خودروهای قدیمی با کاربراتور به صورت خودکار مقدار سوخت را افزایش می دهند تا مناسب افزایش هوای ورودی شود،خودروهای مدرن با انژکتور نیز این کار را انجام می دهند،سیستم انژکتور بر مبنای سنسورهای اکسیژن در اگزوز کار می کنند تا نعیین کنند که نسبت سوخت و هوا درست است یا نه بنابراین در این سیستم نیز اگر توربوشارژر اضافه شود مقدار سوخت ورودی خود به خود افزایش می یابد
اگر یک توربوشارژر با فشار بالا به یک خودروی انژکتوری اضافه شود ممکن است کنترل کننده ی انژکتور اجازه ی ورود سوخت زیاد را ندهد ویا پمپ بنزین و تزریق کننده ها توانلیی رساندن این مقدار سوخت را نداشته باشند،در این حالت باید تغییرات دیگری اجرا شود تا بتوان از توربوشارژر استفاده کرد

چگونه 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 ف_*ل_ن*__ر هوا و لوله های ورودی هوا واقع شده متصل می شود،کمپرسور هوای ورودی به پیستون را فشرده می کند

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 150?000 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

تقویت فشار بیش از اندازه

با هوای فشرده ای که توسط توربوشارژر به سیلندر پمپ می شود و فشرده شدن بیشتر توشط حرکت پیستون خطر ضربه زدن موتور وجود دارد چون وقتی شما هوا را فشرده می کنید دمای آن افزایش می یابد این دما ممکن است آنقدر افزایش یابد که سوخت قبل از جرقه زدن شمع ها و در زمان نا مناسب بسوزد که این باعث کوبش موتور می شود،خودرو های دارای توربوشارژر اغلب باید از سوختی با درجه اکتان بالاتر استفاده کنند تا موتور ضربه نزند،اگر فشار واقعا بالا باشد باید نسبت تراکم موتور کاهش یابد تا کوبش نداشته باشد...

ملاحظات طراحی

یکی از مشکلات اصلی توربوشارژرها این است که وقتی پدال گاز را فشار می دهید بلافاصله قدرت موتور را تقویت نمی کنند و چند ثانیه ای طول می کشد تا توربین به سرعت مورد نظر برسد.این باعث می شود وقتی گاز می دهید تاخیری را احساس کنید.در ضمن وقتی توربو شارژر حرکت کرد خیزشی در خودرو ایجاد می شود.
یک راه برای کم کردن تاخیر توربوشارژر کم کردن اینرسی دورانی اجزای چرخنده ی آن است.اساسا به کمک کم کردن وزن آن.این باعث می شود توربین و کمپرسور سریع تر سرعت بگیرند و زود تر تقویت کنند.یک راه مسلم برای کاهش اینرسی کوچکتر کردن توربوشارژر است.یک توربوشارژر کوچکتر زودتر و در دور موتورهای پایین تر عمل تقویت را انجام می دهد اما نمی تواند در دور موتورهای بالاتر که حجم زیادی از هوا به موتور می رود تقویت زیادی انجام دهد.همچنین خطر چرخش بسیار سریع در دور موتورهای بالا که گازهای خروجی زیادی از توربین می گذرد نیز وجود دارد.
یک توربوشارژر بزرگ می تواند در دور موتورهای بالا تقویت زیادی انجام دهد اما به خاطر زمان زیادی که برای شتاب گرفتن توربین و کمپرسور سنگین تر آن لازم است تاخیر زیادی دارد.خوشبختانه چندین ایده برای غلبه بر این چالش وجود دارد.
بیشتر توربوشارژر ها یک دریچه ی هدر دارند که اجازه می دهد از توربوشارژرها ی کوچکتری برای کاهش تاخیر استفاده شود،در حالی که نمی گذارد در دور موتور های خیلی بالا خیلی سریع بچرخد.دریچه هدر سوپاپی است که اجازه می دهد گازهای اگزوز از گذرگاه جنبی از کنار پره های توربین عبور کند.
دریچه هدر فشار را حس می کند و اگر فشار خیلی زیاد شود که نشانه چرخش زیاد توربین است،مقداری از گازهای اگزوز را از کنار پره های توربین خارج می کند تا سرعت چرخش کمتر شود.
بعضی توربوشارژر ها از یاتاقان های ساچمه ای بجای یاتاقان های روغنی استفاده می کنند،اما اینها یاتاقان های ساچمه ای معمولی نیستند بلکه یاتاقان های فوق دقیقی هستند که از مواد پیشرفته ای ساخته شده اند تا در سرعت و دمای توربو شارژر کار کنند.این یاتاقان ها به محور توربین اجازه می دهند با اصطکاک کمتری نسبت به یاتاقان های روغنی بچرخند،همچنین اجازه می دهند از محور کوچکتر و سبک تری استفاده شود که این باعث کاهش تاخیر می شود.
پره های سرامیکی توربین از پره های فولادی سبک تر اند که این باز هم باعث می شود توربین زودتر شتاب گرفته و زمان تاخیر کمتر شود.
بعضی موتور ها از دو توربوشارژر در دو اندازه استفاده می کنند.توربو شارژر کوچکتر زودتر می چرخد و تاخیر را کم می کند در حالی که بزرگتر در دور موتور های بالا تر تقویت فشار بیشتری ایجاد می کند.
وقتی هوا فشرده شود،گرم می شود و وقتی گرم شود منبسط می شود.بنا بر این بخشی از تقویت فشار توربوشارژر ناشی از گرم شدن هوا قبل از ورود به موتور است،برای افزایش قدرت موتور باید مولکول های بیشتری وارد سیلندر شوند نه لزوما فشار بیشتر.

یک سرد کننده میانی یا خنک کننده هوا جزئی اضافی است که بعضی مواقع شبیه رادیاتور است و هوا از داخل و خارج آن عبور می کند.هوای ورودی به موتور از گذرگاه داخل خنک کننده عبور می کند در حالی که هوای خنک تر از خارج توسط پروانه موتور به پره های خنک کننده دمیده می شود.
خنک کننده میانی قدرت موتور را افزایش می دهد زیرا هوای فشرده خارج شده از کمپرسور را پیش از ورود به موتور خنک می کند این بدان معنی است که اگر توربوشارژر در فشار 7 psi کار کند خنک کننده میانی هوای خنک تر با این فشار را وارد موتور می کند که چگال تر بوده و مولکول های بیشتری نسبت به هوای گرم دارد.

و اما سوپرشارژر:

سوپرشارژ کردن اتوموبیل با مجبور کردن موتور به تنفس بیشتر نیروی بیشتری ایجاد می کند درست مانند توربوشارژر ها که با نیروی اگزوز کار می کنند.
تفاوت سوپرشارژ و توربوشارژ فقط در این است که کمپرسور سوپرشارژر مستغیماً با نیروی موتور کار می کند و توربوشارژر نیروی خود را از گازهای خروجی می گیرد. تصویر, یک موتور RV6 ساخت فولکس واگن را نشان می دهد که یک سوپرشارژر بر روی آن سوار شده
در این مورد یک کمپرسور گریز از مرکز است درست مانند توربو اما به وسیله یک تسمه کمکی به حرکت در می آید.
اکثر کمپرسورهای سوپرشارژر مدل "چرخشی" راست گرد هستند.
البته موتوری که در بالا آمده است اندکی نا متعارف است زیرا در آن از یک کوپرسور توربو استفاده شده است ولی چون نیروی خود را مستقیماً از موتور می گیرد سوپرشارژر است.
سوپرشارژر در مقابل توربوشارژر دارای اشکالاتی است. سوپرشارژر نیروی مورد نیاز خود را از موتور می گیرد پس اندکی کاهش نیرو خواهیم داشت ولی توربو نیروی خود را از گازهای اگزوز می گیرد.
البته سوپرشارژ محاسنی نیز دارد. واماندگی ندارد و هوای فشرده همیشه موجود است! با توربوشارژ شما باید صبر کنید تا دور موتور بالا رود و گازهای خروجی به میزان لازم برای گردش توربو تولید شود اما سوپرشارژ در هر دور موتوری گردش کرده و کار خود را انجام می دهد.
برای موتورهای بسیار پر قدرت مثل اتوموبیل های کورسی 5000اسبی تنها گزینه سوپرشارژ است. آنها دارای 0تا300 مایل 4ثانیه ای هستند و توربو فرصت کافی برای فشارده سازی نخواهد یافت.
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 قذرت 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 150?000 دور در دقیقه می چرخد که 30 برابر سریع تر از دور موتور است،چون تئربین به اگزوز چسبیده دما در آن خیلی بالاست

اصول

راه قطعی برای بدست آوردن قدرت بیشتر از موتور افزایش مقدار هوا و سوختی است که می سوزد،یک راه برای انجام این کار اضافه کردن یا بزرگتر کردن سیلندرهاست،بعضی مواقع این تغییرات شدنی نیست،یک توربوشارژر ساده تر است

مکان توربوشارژر در خودرو

توربوشارژرها با فشرده کردن هوا به موتور اجازه می دهند سوخت و هوای بیشتری بسوزاند،فشار نسبی ایجاد شده توسط توربوشارژر بین 6تا 8 پوند بر اینچ مربع است،از آن جایی که فشار جو در سطح دریا 7/14 پوند بر اینچ مربع است می توانید بفهمید که حدود 50? هوای بیشتری وارد موتور می شود،بنابراین می توان انتظار داشت 50? قدرت بیشتری بدست آید،اما توربوشارژر کاملا ایده آل نیست و بین 30 تا 40 درصد بهبود در قدرت موتور مشاهده می شود
یکی از دلایل عدم کارایی این است که انرژی چرخاندن توربین از اگزوز گرفته می شود و وجود یک توربین در اگزوز مقاومت در برابر خروج دود را افزایش می دهد،و این یعنی در مرحله ی خروج دود،موتور باید دود را با فشار بیشتری خارج کند در نتیجه کمی از قدرت سیلندری که در مرحله ی انفجار قرار دارد کاسته می شود

در ارتفاعات

توربوشارژرها در ارتفاعات که چگالی هوا کم است به موتور کمک می کنند،موتورهای معمولی در ارتفاعات با کاهش قدرت مواجه می شوند چون موتور جرم کمتری از هوا را دریافت می کند،یک موتور با توربوشارژر ممکن است با کاهش قدرت روبرو شود اما این کاهش قدرت خیلی کمتر است چون هوای رقیق تر راحت تر پمپ می شود
خودروهای قدیمی با کاربراتور به صورت خودکار مقدار سوخت را افزایش می دهند تا مناسب افزایش هوای ورودی شود،خودروهای مدرن با انژکتور نیز این کار را انجام می دهند،سیستم انژکتور بر مبنای سنسورهای اکسیژن در اگزوز کار می کنند تا نعیین کنند که نسبت سوخت و هوا درست است یا نه بنابراین در این سیستم نیز اگر توربوشارژر اضافه شود مقدار سوخت ورودی خود به خود افزایش می یابد
اگر یک توربوشارژر با فشار بالا به یک خودروی انژکتوری اضافه شود ممکن است کنترل کننده ی انژکتور اجازه ی ورود سوخت زیاد را ندهد ویا پمپ بنزین و تزریق کننده ها توانلیی رساندن این مقدار سوخت را نداشته باشند،در این حالت باید تغییرات دیگری اجرا شود تا بتوان از توربوشارژر استفاده کرد

توربوشارژر چگونه 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 ف_*ل_ن*__ر هوا و لوله های ورودی هوا واقع شده متصل می شود،کمپرسور هوای ورودی به پیستون را فشرده می کند
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 درون یک توربوشارژر
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

پره های کمپرسور

برای رسیدن به سرعت 150?000 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

تقویت فشار بیش از اندازه

با هوای فشرده ای که توسط توربوشارژر به سیلندر پمپ می شود و فشرده شدن بیشتر توشط حرکت پیستون خطر ضربه زدن موتور وجود دارد چون وقتی شما هوا را فشرده می کنید دمای آن افزایش می یابد این دما ممکن است آنقدر افزایش یابد که سوخت قبل از جرقه زدن شمع ها و در زمان نا مناسب بسوزد که این باعث کوبش موتور می شود،خودرو های دارای توربوشارژر اغلب باید از سوختی با درجه اکتان بالاتر استفاده کنند تا موتور ضربه نزند،اگر فشار واقعا بالا باشد باید نسبت تراکم موتور کاهش یابد تا کوبش نداشته باشد
یکی از مشکلات اصلی توربوشارژرها این است که وقتی پدال گاز را فشار می دهید بلافاصله قدرت موتور را تقویت نمی کنند و چند ثانیه ای طول می کشد تا توربین به سرعت مورد نظر برسد.این باعث می شود وقتی گاز می دهید تاخیری را احساس کنید.در ضمن وقتی توربو شارژر حرکت کرد خیزشی در خودرو ایجاد می شود.
یک راه برای کم کردن تاخیر توربوشارژر کم کردن اینرسی دورانی اجزای چرخنده ی آن است.اساسا به کمک کم کردن وزن آن.این باعث می شود توربین و کمپرسور سریع تر سرعت بگیرند و زود تر تقویت کنند.یک راه مسلم برای کاهش اینرسی کوچکتر کردن توربوشارژر است.یک توربوشارژر کوچکتر زودتر و در دور موتورهای پایین تر عمل تقویت را انجام می دهد اما نمی تواند در دور موتورهای بالاتر که حجم زیادی از هوا به موتور می رود تقویت زیادی انجام دهد.همچنین خطر چرخش بسیار سریع در دور موتورهای بالا که گازهای خروجی زیادی از توربین می گذرد نیز وجود دارد.
یک توربوشارژر بزرگ می تواند در دور موتورهای بالا تقویت زیادی انجام دهد اما به خاطر زمان زیادی که برای شتاب گرفتن توربین و کمپرسور سنگین تر آن لازم است تاخیر زیادی دارد.خوشبختانه چندین ایده برای غلبه بر این چالش وجود دارد.
بیشتر توربوشارژر ها یک دریچه ی هدر دارند که اجازه می دهد از توربوشارژرها ی کوچکتری برای کاهش تاخیر استفاده شود،در حالی که نمی گذارد در دور موتور های خیلی بالا خیلی سریع بچرخد.دریچه هدر سوپاپی است که اجازه می دهد گازهای اگزوز از گذرگاه جنبی از کنار پره های توربین عبور کند.
دریچه هدر فشار را حس می کند و اگر فشار خیلی زیاد شود که نشانه چرخش زیاد توربین است،مقداری از گازهای اگزوز را از کنار پره های توربین خارج می کند تا سرعت چرخش کمتر شود.
بعضی توربوشارژر ها از یاتاقان های ساچمه ای بجای یاتاقان های روغنی استفاده می کنند،اما اینها یاتاقان های ساچمه ای معمولی نیستند بلکه یاتاقان های فوق دقیقی هستند که از مواد پیشرفته ای ساخته شده اند تا در سرعت و دمای توربو شارژر کار کنند.این یاتاقان ها به محور توربین اجازه می دهند با اصطکاک کمتری نسبت به یاتاقان های روغنی بچرخند،همچنین اجازه می دهند از محور کوچکتر و سبک تری استفاده شود که این باعث کاهش تاخیر می شود.
پره های سرامیکی توربین از پره های فولادی سبک تر اند که این باز هم باعث می شود توربین زودتر شتاب گرفته و زمان تاخیر کمتر شود.
بعضی موتور ها از دو توربوشارژر در دو اندازه استفاده می کنند.توربو شارژر کوچکتر زودتر می چرخد و تاخیر را کم می کند در حالی که بزرگتر در دور موتور های بالا تر تقویت فشار بیشتری ایجاد می کند.
وقتی هوا فشرده شود،گرم می شود و وقتی گرم شود منبسط می شود.بنا بر این بخشی از تقویت فشار توربوشارژر ناشی از گرم شدن هوا قبل از ورود به موتور است،برای افزایش قدرت موتور باید مولکول های بیشتری وارد سیلندر شوند نه لزوما فشار بیشتر.
یک سرد کننده میانی یا خنک کننده هوا جزئی اضافی است که بعضی مواقع شبیه رادیاتور است و هوا از داخل و خارج آن عبور می کند.هوای ورودی به موتور از گذرگاه داخل خنک کننده عبور می کند در حالی که هوای خنک تر از خارج توسط پروانه موتور به پره های خنک کننده دمیده می شود.
خنک کننده میانی قدرت موتور را افزایش می دهد زیرا هوای فشرده خارج شده از کمپرسور را پیش از ورود به موتور خنک می کند این بدان معنی است که اگر توربوشارژر در فشار 7 psi کار کند خنک کننده میانی هوای خنک تر با این فشار را وارد موتور می کند که چگال تر بوده و مولکول های بیشتری نسبت به هوای گرم دارد.

سوپرشارژ کردن

وارد کردن هوا (ویا مخلوط هوا و سوخت) به درون سیلندر موتور، با چگالی‌ای بیشتر از چگالی هوای محیط را سوپرشارژ کردن گویند. با این کار می‌توان مقدار سوخت را متناسب با مقدار هوا افزایش داد که در نتیجه توان خروجی نیز افزایش می‌یابد. هدف اصلی از این کار، افزایش توان خروجی موتور است نه راندمان ولی ممکن است راندمان نیز بهبود یابد.
به علت وجود هوای بیشتر، امکان احتراق سوخت افزایش می‌یابد. (حجم یکسان ولی چگالی بیشتر). موتور سوپرشارژ شده توان خروجی بیشتر و حداکثر فشار سیلندر بالاتری دارد. اگر موتور برای سوپرشارژ شدن طراحی نشده باشد، نمی‌تواند این حداکثر فشار بالا و تنش‌های وارده را تحمل کند. با کاهش نسبت تراکم، حجم آزاد افزایش و حداکثر فشار کاهش می‌یابد. می‌توان نسبت تراکم را طوری انتخاب کرد که حداکثر فشار موتور سوپرشارژ شده با حداکثر فشار موتور دارای مکش عادی برابر شود اما باز هم می‌توان خروجی موتور سوپرشارژ شده بیشتر خواهد بود.
باید توجه کرد تمام توانی که از دور موتور به دست می‌آید به محور خروجی انتقال نمی‌یابد بلکه مقداری از آن در یاتاقان‌ها، رینگ‌ها، پیستون و غیره به صورت اصطکاک تلف می‌شود و مقداری از آن نیز صرف گرداندن میل سوپاپ و پمپ روغن و آب می‌شود. علاوه بر این‌ها مقداری کار باید صرف متراکم کردن هوای محیط شود.
توان لازم برای این کار را می‌توان از میل لنگ گرفت که طریقه‌ای متداول برای سوپرشارژ کردن به صورت مکانیکی است
علاوه بر تلفات اصطکاکی، توان لازم برای گردش کمپرسور نیز از توان ظاهری باید کسر شود. با سوپرشارژ کردن مکانیکی به سادگی می‌شود توان خروجی حاصل را به قدری افزایش داد که حتی پس از جذب مقداری از آن توسط کمپرسور و تلفات اصطکاکی، خالص توان خروجی بیشتر از حالت غیر سوپرشارژ شده باشد.
ادامه دارد .....

سوپر شارژر و توربو شارژر (3)

توربوشارژ کردن

توربوشارژ کردن روش ویژه‌ای در سوپرشارژ کردن است که در آن از انرژی گازهای داغ خروجی برای رانش کمپرسور سوپرشارژکننده استفاده می‌شود. در این روش، انرژی‌ای که در حالت عادی به هدر می‌رود، به کار گرفته می‌شود و دیگر لزومی ندارد توان موردنیاز کمپرسور از توان ظاهری کسر شود.
اولین کسی که از انرژی گازهای خروجی موتور برای رانش کمپرسور سوپرشارژکننده استفاده کرد، آلفرد بوچی بود و قدمت این کار به سال 1909 می‌رسد اما حصول موفقیت برای او سال‌ها طول کشید (حدود سال 1925). او برای رانش توربینی که کمپرسور سوپرشارژکننده را می‌گردانید، از انرژی گازهای خروجی استفاده کرد
کمپرسور و توربین یک واحد خودکفا یعنی توربوشارژ را تشکیل می‌دهند.
کمپرسور و توربین در مجموع دستگاه مستقلی به نام توربوشارژ را تشکیل می‌دادند که به غیر از لوله‌های حاوی هوای متراکم و گازهای خروجی، هیچ ارتباط مکانیکی دیگری با موتور نداشت. اساس توربوشارژهای امروزی نیز همین گونه است.
ممکن است تصور شود پس فشاری (1) که به واسطه وجود توربین ایجاد می‌شود، مانعی برای فرایند تخلیه به شمار می‌آید و در نتیجه توان خروجی بالقوه را کاهش می‌دهد. با این حال اگر توربوشارژر آن قدر کارایی داشته باشد که افزایش فشار ایجاد شده (2) توسط آن بیشتر از فشار گازهای خروجی باشد، به فرایندهای مکش و تخلیه کمک خواهد کرد.
برخلاف تصور، این ظهور توربین گاز هواپیما (در دهه 40) بود که برداشتن گام‌های بزرگ در زمینه توربوشارژرها را امکان‌پذیر کرد، نه بالعکس. پره‌های توربین گاز و توربین توربوشارژر هر دو باید از موادی ساخته شوند که تنش‌های بزرگ را در دماهای خیلی زیاد تحمل کنند. چنین موادی را ابتدا برای توربین‌های گاز هواپیما ساختند و سپس از آن در توربوشارژرها نیز استفاده شد. سهم اصلی در ایجاد سیر افزایشی BMEP و نسبت تراکم، مربوط به ساخت این مواد و کمپرسور و توربین‌های کارآمدتر است.

خنک کردن شارژ

در یک کمپرسور، تراکم گاز با افزایش دما همراه است که به نسبت تراکم و راندمان کمپرسور بستگی دارد. هرکاری که موجب کاهش دما در منیفلد ورودی شود، چگالی هوا را افزایش می‌دهد و در نتیجه جرم هوای درون سیلندر نیز افزایش خواهد یافت. بنابراین کاهش دما، احتراق سوخت بیشتر را ممکن می‌کند و توان خروجی را نیز افزایش می‌دهد.
از آنجا که دمای هوای خروجی از کمپرسور بیشتر از دمای محیط است، از یک مبدل حرارتی ساده برای کاهش آن می‌توان استفاده کرد. این مبدل می‌تواند از نوع هوا با هوا یا هوا با آب باشد (سیستم خنک کن موتور). به علت نصب خنک کننده شارژ بین کمپرسور و موتور اغلب به آن میان‌سردساز(3) و گاهی نیز after cooler می‌گویند. (شکل 3)

موتور مرکب

موتورهای توربوشارژ شده متداول به واسطه نبود ارتباط مکانیکی بین محور توربوشارژر و میل لنگ موتور مشخص می‌شوند. توربوشارژر دستگاهی است که آزادانه می‌گردد و انرژی را از گازهای خروجی دریافت می‌کند و از طریق جریان هوای کمپرسور انتقال می‌دهد. توان موردنیاز کمپرسور به طور طبیعی با توان خروجی موتور متعادل می‌شود. اگر این تعادل به هر علت به هم بخورد، سرعت توربوشارژر طوری تنظیم می‌شود که تعادل دوباره برقرار شود. هیچ توان خالصی از توربوشارژر گرفته نمی‌شود اما اگر در سیستمی محور توربوشارژر و میل لنگ موتور به هم متصل باشد، بین آنها توان مبادله خواهد شد. برای ایجاد افزایش فشاری که موتور را سوپرشارژ می‌کند، توربوشارژ به انرژی گازهای خروجی متکی است. گاهی اوقات بر اثر راندمان پایین سیستم توربوشارژر، مقدار این انرژی برای ایجاد افزایش فشار مناسب، کافی نیست اغلب در دورهای کم، به ویژه در موتورهای دوزمانه). در این وضعیت کمک گرفتن از میل لنگ، برای رانش کمپرسور توربوشارژر می‌تواند مفید باشد (تا حدودی مشابه سوپرشارژرهای مکانیکی). این کار مقدار افزایش فشار را بیشتر می‌کند و در نتیجه توان خروجی در دورهای کم نیز افزایش خواهد یافت. ارتباط بین موتور و توربوشارژ را می‌توان از طریق چرخ دنده برقرار کرد (شکل 4). بی‌شک چنین موتوری در دورهای کم، گشتاور خروجی جالب توجهی خواهد داشت اما این کار دو عیب دارد:
1- سرعت نوعی موتور و توربوشارژر حداقل به اندازه یک مرتبه بزرگی، با هم تفاوت دارد. نسبت چرخ دنده خیلی بزرگ، و در طرف توربوشارژ سرعت دورانی چرخ دنده بین 20000 تا 80000 دور در دقیقه خواهد بود (بسته به اندازه موتور). احتمالاً چنین چرخ دنده‌ای راندمان مناسبی نخواهد داشت و کارکرد درازمدت و مطلوب آن نیز زیر سوال است.
2- در سرعت‌های دورانی زیاد موتور، توان خروجی توربین توربوشارژر کاملاً مناسب است (و اغلب بیش از حد نیاز) لذا در هنگام گردش آزاد، سرعت دورانی توربوشارژر بیش از سرعت دورانی موتور افزایش می‌یابد. اگر از سیستم ثابت چرخ دنده استفاده شود، توربوشارژ مقید شده، سرعت آن کاهش می‌یابد و به رغم انتقال مقداری توان مفید به موتور، سرعت دورانی نسبتاً کم توربین سبب می‌شود کمپرسور سرعت دورانی لازم برای ایجاد افزایش فشار مناسب را نداشته باشد، در نتیجه مقدار مزیت حاصل را محدود می‌کند. یک راه حل برای این مسئله، استفاده از سیستم چرخ دنده‌ای است که نسبت تبدیل آن متغیر باشد اما واضح است که این کار سبب مشکلات مکانیکی خواهد شد؛ با این حال روش مذکور امتحان شده است.
به موتورهایی که در آنها محور توربوشارژر و میل لنگ با هم ارتباط دارد، موتورهای مرکب گفته می‌شود. در این موتورها توان خروجی نهایی از میل لنگ موتور گرفته می‌شود.

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 1اتمسفر 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...

چگونگی رفع مشکل توربو شارژر ها

خوب یکی از معایب توربو شارزر ها همیشه محدود بودن بازه کاریشون بوده چرا؟
خوب چون اون دور ایده الی که توربو تو اون بهینه کار میکنه بازه خاصیه یا در دور پایین یا میانا یا بالاو معمولا بنا به احتیاج از گزینه مورد نظر استفاده میکنند که معمولا دور بالا به کار میره و همیشه شتاب کم ماشین های مجهز به توربو مورد اعتراض اما
در نسل جدی موتور های دیزلی مرسدس بنز این نقض با یه ابتکار کوچک حل شده

توسط یه شیر دود خروجی هدایت میشه به دو توربو که دو دورهای مختلف تنظیم شده اند به اینگونه که در دور پایین گازهای خروجی به توربین 1 و با بالا رفتن تدریجی به سمت توربین 2 هدایت میشند که هر کدوم برای بازه خاصی طراحی شده اند
و اگه از حد مجاز در نظر گرفته دور بالاتر بره شیر مقداری از دود رو به مسیر فرعی هدایت میکنه که باعث انهدام سیستم نشه
حالا اینکه چرا توربو ها این مشکل رو دارند یعنی برای دور های خاصی طراحی شدند سادستپره ی توربین سرعت بسیار بالایی دارد حدود 100 تا 300 هزار دور بر دقیقه دقیقا درس خوندید 300000 دور بر دقیق که طراحی چنین پره ای عملا بسیار سخته اونایی که در دور بالا کار میکنند وزن و متریال محکم تر و سنگین تری دارند و در دور های پایین کارایی ندارند و اونهایی که در دورهای پایین کار میکنند با بالا رفتن دور منهدم شده و متلاشی میشند

نمودار زیر نیز نشاندهنده همین موضوع است

توربو شارژر و سوپر شارژر

رد این توربوشارژر را همچنین می توان در خودروهای دیزلی بزرگ هم مشاهده کرد. امروزه می‌توان خودروهای سواری زیادی را در شهر مشاهده کرد که عبارت turbo هر گوشه‌ای از آنها نصب شده است.
توربوشارژر وسیله‌ای است که می‌تواند بدون آنکه وزن موتور را به مقدار قابل توجهی افزایش دهد، قدرت موتور را بسیار بالا ببرد و به همین دلیل است که از چنین محبوبیت گسترده‌ای برخوردار است! در اینجا قصد داریم بفهمیم که توربوشارژر چگونه می‌تواند بدون آنکه تغییر چندانی در وضعیت فیزیکی موتور ایجاد کند، قدرت را به مقدار بسیار زیادی افزایش دهد. همچنین خواهیم دید دریچه‌های خروجی، پره‌های سرامیکی توربین، مجراهای عبور گاز چگونه کارآیی سوپر شارژر را بهبود می بخشند.

توربوشارژر چیست؟

توربوشارژر نوعی سیستم دمنده است که هوا را با فشار زیاد به درون سیلندر می‌دمد. هنگامی که پیستون در حالت عکس قرار دارد، مخلوط هوا و سوخت (در موتور دیزلی، هوا) را به درون سیلندر می‌مکد. هر چه فشار هوا بیشتر باشد مقدار مولکولهای هوا بیشتر خواهد بود، و بالتبع مخلوط هوا و سوخت بیشتری در سیلندر جای خواهد گرفت. هر چه سوخت بیشتر باشد، قدرت ناشی از احتراق هم بیشتر خواهد بود.
بدین ترتیب موتور مجهز به توربوشارژر قدرت بیشتری نسبت به موتور معمولی تولید می‌کند. توربوشارژر به سادگی می‌تواند نسبت قدرت به وزن موتور را بهبود ببخشد، یعنی با قدرت مساوی، خودروی مجهز به توربو شارژر از موتوری با وزن و حجم کمتر سود می‌برد، در نتیجه حجم و وزن خودرو نیز کمتر می‌شود و این بدان معنی است که شتاب خودروی مجهز به توربوشارژر بیشتر است و سریع‌تر به سرعت مناسب دست پیدا می‌کند.
توربوشارژر قدرت لازم برای فشرده کردن هوای ورودی را از کجا تأمین می‌کند؟ در نوع ابتدایی توربوشارژر (که سوپر شارژر نام دارد)، قدرت مورد نیاز از میل لنگ گرفته می‌شد، یعنی بخشی از توان تولیدی خودرو صرف فشرده سازی هوای ورودی می شد. ولی در نوع پیشرفته‌تر که همان توربوشارژر است، از فشار گاز خروجی اگزوز استفاده می‌شود. گازهای خروجی اگزوز داغ هستند و می‌توان از انرژی جنبشی، سرعت و فشار آنها برای چرخاندن یک توربین استفاده کرد. این توربین هم یک پمپ هوا را می‌گرداند و در نهایت، پمپ، هوا را فشرده کرده به درون سیلندر می‌فرستد. توربین نصب شده در مسیر گازهای خروجی گاه به سرعت 150 هزار دور در دقیقه می رسد که بیش از 30 بار سریع‌تر از دور موتور اغلب خودروهای امروزی است.
دمای این توربین هم به دلیل تماس با گازهای داغ خروجی بسیار بالاست. این دو عامل موجب می‌شوند توربین از فناوری پیشرفته‌ای برخوردار باشد تا بتواند کارآیی و دوام خود را تا مدت ها حفظ کند.
یک نگاه آماری: توربوشارژرهای رایج می‌توانند هوا را به فشار 40 تا 55 کیلوپاسکال بیشتر از هوای محیط برسانند. از آنجایی که فشار هوای سطح دریا 100 کیلوپاسکال است، مشخص می‌شود که توربوشارژر تقریباً 50 درصد هوای بیشتر وارد سیلندر می‌کند. بنابراین انتظار می‌رود که قدرت هم تا پنجاه درصد افزایش یابد. ولی به دلیل برخی تلفات، این افزایش قدرت بین 30 تا 40 درصد خواهد بود. یکی از دلایل این اتلاف به این موضوع باز می‌گردد که کار مورد نیاز توربوشارژر رایگان نیست. هنگامی که گاز خروجی اگزوز توربین را می‌چرخاند، بدان معنی است که مقاومتی در برابر خروج گازها وجود دارد، پس پیستون باید فشار بیشتری اعمال کند تا گاز تخلیه شود و این، بخشی از قدرت موتور را مصرف می‌کند.
یکی دیگر از مزایای توربوشارژر، قابلیت بهبود کارکرد موتور در ارتفاعات است. در ارتفاعات، فشار هوا کمتر است و در نتیجه هوای کمتری در سیلندر وارد می‌شود. خودروهای معمولی در چنین ارتفاعاتی با کاهش قدرت مواجه می‌شوند، ولی خودروهای مجهز به توربوشارژر علیرغم آنکه با کاهش قدرت مواجه می‌شوند، ولی مقدار این کاهش به مراتب کمتر است؛ چرا که کار لازم برای فشرده کردن گاز رقیق کمتر است!
همان طور که اشاره شد، یک توربوشارژر معمولی از یک توربین، یک میل محور (شافت) و یک کمپرسور تشکیل شده است. مجرای گاز خروجی اگزوز معمولا به گونه ای طراحی می‌شود که گاز دارای بیشترین سرعت و دمای ممکن باشد. پره‌های توربین با طراحی خاص می‌توانند به گردش 150 هزار دور در دقیقه دست پیدا کنند، ولی انتقال چنین گردشی به کمپرسور کار ساده‌ای نیست. میل محوری که پروانه توربین را به پره‌های کمپرسور متصل می‌کند، باید دارای پایداری بسیار بالایی باشد. اغلب میل محورهای معمولی در چنین سرعت بالایی منفجر می‌شوند، زیرا هم دمای میله بسیار بالا می‌رود، هم اندکی جابه‌جایی و عدم تعادل در نصب میل محور کافی است تا در این سرعت، میل محور به بیرون پرتاب شود. از این رو از یاتاقانهای روغنی برای مهار میل محور در توربوشارژر استفاده می‌شود. در چنین یاتاقانهایی، لایه نازکی از روغن اطراف میل محور را می‌پوشاند و بدین ترتیب، هم میل محور را خنک می‌کند و هم اصطکاک‌های احتمالی را به حداقل می‌رساند.
پس از انتقال قدرت به کمپرسور، پره کمپرسور به گردش در می‌آید. کمپرسور همانند یک پمپ سانتریفوژ عمل می‌کند، بدین ترتیب که هوا را از مرکز به گردش در می‌آورد و در نهایت هوای فشرده شده را از حفره تعبیه شده در محیط خارج به بیرون می‌دمد.

محدودیت های توربوشارژر

الف- فشار: فشار حداکثر درون سیلندر نباید از یک مقدار مجاز بیشتر شود. هنگامی که مخلوط هوا و سوخت در سیلندر یک خودروی بنزینی متراکم می شود، دمای آن نیز همراه با فشار افزایش خواهد یافت. فشار بیش از اندازه به دیواره های سیلندر، سرسیلندر و حتی پیستون و میل لنگ موجب کاهش عمر مفید آنها می‌شود.
افزایش دما اثری به مراتب بدتر دارد. اگر دما از حد مشخصی بالاتر رود، مخلوط هوا و سوخت می‌توانند پیش از زدن جرقه دچار احتراق شوند. بدین ترتیب نه تنها چرخه منظم موتور دچار اخلال می‌شود، بلکه ضربه ناشی از احتراق می‌تواند آسیب‌های جدی به موتور وارد آورد. از این رو برخی با کاهش دادن نسبت تراکم سیلندر، حداکثر فشار و دما را در محدوده مجاز نگه می‌دارند. البته برخی دیگر سوختی با اکتان بالاتر را برای موتور پیشنهاد می‌کنند.
ب- زمان تأخیر: یکی از مهم‌ترین مشکلات توربوشارژر این است که نمی‌توانند افزایش قدرت را به طور ناگهانی اعمال کنند. هنگامی که به پدال گاز فشار می‌آورید، حدوداً یک ثانیه طول می‌کشد تا توربین به سرعت لازم دست پیدا کند و افزایش قدرت اعمال شود. بنابراین افزایش قدرت با کمی تأخیر حاصل می‌شود. یکی از روش‌های کاستن این زمان تأخیر، پایین آوردن اینرسی قطعات است که معمولاً از طریق سبک کردن قطعات بدست می‌آید؛ بدین ترتیب توربین و پمپ سریع تر شتاب می‌گیرند و قدرت سریع تر اعمال می شود.
ج- اندازه توربوشارژر: اندازه توربوشارژر هم مزایا و معایبی به همراه دارد. هر چه توربوشارژر کوچکتر باشد، زمان تأخیر کمتری دارد و سریع تر قدرت را اعمال می‌کند، ولی در سرعت های بسیار بالا که باید حجم زیادی هوا را وارد سیلندر کند، کم توان و گاه خطرناک ظاهر می‌شود. در مقابل، توربوشارژر بزرگ می‌تواند به خوبی از عهده پمپ کردن حجم زیاد هوا برآید، ولی زمان تأخیر آن بیشتر خواهد بود
خوشبختانه راه‌حل‌های جالبی برای مقابله با این مشکلات پیشنهاد شده است که به برخی از آنها اشاره می‌کنیم:

- دریچه اگزوز (wastegate)

بسیاری از خودروهای توربوشارژردار از یک یا چند دریچه کمکی در مجرای اگزوز سود می‌برند که آنها را قادر می‌سازد از توربوشارژرهای کوچک استفاده کنند. هنگامی که سرعت خودرو بسیار بالا می‌رود و بالتبع حجم گاز اگزوز افزایش می‌یابد، این خطر وجود دارد که توربین با سرعت بسیار بالاتری بگردد. از این شرایط این دریچه‌ها باز شده و بخشی از اگزوز بدون آنکه از توربین عبور کند، از موتور خارج می‌شود. به این ترتیب سرعت دوران توربین در سرعت‌های بالا هم در حد مجاز باقی می‌ماند.

- یاتاقانهای ساچمه‌ای

در این یاتاقانها، از ساچمه‌های بسیار پیشرفته‌ای استفاده شده که از مواد بسیار پیشرفته و با فناوری فرا دقیق ساخته شده‌اند.
این یاتاقانها موجب می‌شوند میل محور با اصطکاک کمتری نسبت به یاتاقانهای روغنی که در اغلب نمونه‌ها استفاده می‌شود، بگردد؛ ضمن آنکه موجب می شود از میل محورهای کوچکتر و سبکتری هم بتوان استفاده کرد. این چنین میل محور سریع‌تر شتاب می‌گیرد و زمان تأخیر کاهش می‌یابد.

- پره‌های سرامیکی توربین

سرامیک، دسته‌ای از مواد هستند که استحکام خوبی دارند و به مراتب از فلز هم ابعاد خود سبک‌ترند. استفاده از این پره‌ها به جای پره‌های فلزی دو مزیت دارد، نخست آنکه با سبک‌تر کردن توربین، زمان تأخیر را کاهش می‌دهد و دوم، چون بر همکنش با مواد خورنده درون اگزوز ندارد، شکل خود را برای مدت‌ها حفظ می‌کند و مانند پره فلزی خورده نمی‌شود.

- خنک کننده داخلی

هنگامی که توربوشارژر هوا را فشرده می‌کند، خواه نا خواه دمای هوا نیز افزایش می‌یابد. این افزایش دما جدای از تأثیر مخرب بر حداکثر فشار درون سیلندر، موجب می‌شود مولکولهای هوا کمتر از آن مقداری باشند که در طراحی خودرو در نظر گرفته شده است. لذا از یک خنک کننده استفاده می‌شود تا بدون افت محسوس فشار هوا، دمای آن به مقدار قابل توجهی کاهش یابد. بدین ترتیب می‌توان با اطمینان خاطر و بدون نگران بودن از پیش شعله، فشار مخلوط هوا و سوخت را به حداکثر رساند.

سوپر شارژر

سوپر شارژرها کمپرسورهایی هستند که توان مورد نیاز خود را برای فشردن هوا از موتور می‌گیرند . و توربو شارژر ها، همان سوپر شارژر هایی هستند که نیروی محرکه خود را از دودهای خروجی از اگزوز می‌گیرند .
سه نوع سوپر شارژر وجود دارد :
• نوع دمنده ای
• نوع گریز از مرکز
• نوع مارپیچی
که همگی آنها قدرت رانشی خود را بطریقی از میل لنگ موتور می‌گیرند بطوریکه سرعت بالاتر موتور ، باعث سریع‌تر چرخیدن آنها می‌شود
دو نوع اول با سرعتی معادل 15000 دور در دقیقه و نوع سوم یا گریز از مرکز با سرعتی معادل 40000 دور در دقیقه می‌چرخد .

مقایسه توربو شارژر و سوپر شارژر

زمان در سرویس قرار گرفتن : سوپرشارژرها بلافاصله بعد از روشن نمودن و چرخش موتور، در سرویس قرار می‌گیرند و هوای فشرده را در اختیار موتور قرار می‌دهند هر چند این میزان تقویت اولیه برای موتور، خیلی اندک است ولی بتدریج با دور گرفتن موتور افزایش می‌یابد و حاصل آن افزایش آرام و یکنواخت توان موتور است .
اما در مقابل توربو شارژر ها نقطه ضعفی دارند که آن را تاخیر در واکنش نشان دادن می‌نامند. چون لختی که توربو شارژرها در آغاز کار دارند و باید ابتدا دودهای خروجی داغ تولید شوند تا دور بگیرند (spool up) باعث می‌شود که مدتی طول بکشد تا هوا را برای فرستادن به موتور فشرده کنند و بنابراین تا دور موتور بالا نرفته است نمی‌توانند هوا را به شکل دلخواه فشرده کنند.
در حالتی که دریچه هوای ورودی آنها باز باشد (wide open throttle =wot) معمولا یک افزایش ناگهانی در قدرت توربو شارژر پدید می‌آید. این موضوع در دورهای حدود rpm 3000 صورت می‌گیرد و در این حالت اگر شما خودرویی را که توربو شارژر دارد رانده باشید، ضربه‌هایی را که وارد می‌شود حس خواهید کرد.
البته این امکان وجود دارد که توربو شارژرها را در اندازه‌ای ساخت که واکنش اولیه آنها سریع‌تر باشد . مثلاً موتور های دیزلی وجود دارد که توربو شارژرهای آنان به اندازه‌ای کوچک است که دور آن به 2000-1700 دور در دقیقه می‌رسد. عیب عمده‌ای که این نوع توربوشارژرها دارند این است که توانهای بالایی را نمی‌توان از آنها گرفت.

افت توان غیر قابل اجتناب

سوپرشارژرها بعلت اینکه نیروی خود را از موتور می‌گیرند باعث می‌شوند که بخشی از توان تولید شده توسط موتور را مصرف کنند این افت توان غیر قابل اجتناب می‌تواند حتی از 50 اسب بخار هم تجاوز کند البته این سوپر شارژرها بیش از آنچه انرژی مصرف می‌کنند به توان موتور اضافه می‌کنند . ولی توربو شارژرها بعلت اینکه هیچگونه انرژی را از موتور مصرف نمی‌کنند ولی با ایجاد مانع در جریان دودهای خروجی از موتور و افزایش فشار پس زدن سبب می‌شوند بخشی از توان موتور بطور غیر مستقیم کاسته شود . چون در این حالت پیستون باید انرژی بیشتری را برای بیرون راندن دودهای خروجی از سیلندر صرف کند ولی از طرف دیگر استفاده از توربو شارژر باعث می‌شود که هوای فشرده با فشار وارد سیلندر شود و همین موضوع باعث محکم به پائین رفتن پیستون و دادن انرژی به آن می شود که با انرژی که قبلاً گفته شد خنثی می‌شود. بهر حال استفاده از توربو شارژر بعلت اینکه توانی برای کار کردن از موتور نمی‌گیرد و باعث بالا رفتن توان موتور می‌شود معمول تر از سوپر شارژر است.

تولید حرارت

هنگامیکه هوای ورودی خنک‌تر باشد متراکم‌تر و چگال‌تر است که بدین مفهوم است که اکسیژن بیشتری در واحد حجم به موتور می‌رسد . اکسیژن بیشتر به مفهوم توان بیشتر است سوپر شارژرهای دمنده‌ای از این جهت که تولید گرما می‌کنند مطلوب نیستند این گرمای تولید شده حاصل ناکافی بودن تراکم هوای ورودی است و از این روی توربوشارژرها کارآیی بیشتری نسبت به سوپر شارژرها دارند .
سوپر شارژرهای گریز از مرکز می‌توانند از این جهت بهتر از توربو شارژرها باشند و قابلیت انعطاف بیشتری را از خود بروز دهند. با قرار دادن لوله هوای ورودی به موتور در نزدیکی دودهای خروجی می‌توان هوای ورودی به موتور را گرمتر کرد . سوپر شارژرهای گریز از مرکزی که خوب طراحی شده باشند می‌توانند این گرما را از طریق نصب خنک کننده کاهش دهند .

قابلیت اطمینان

مردم اغلب می‌گویند که سوپر شارژرها نسبت به توربو شارژرها قابلیت اطمینان بیشتری دارند و این بدان علت است که توربو شارژرها در حرارت بالا کار می‌کنند و توسط روغن روانکاری می‌شوند و هر گاه قبل از خنک شدن آنها موتور خودرو را خاموش کنند این روغن در معرض حرارت قرار می‌گیرد و باعث کوتاه شدن عمر کاری توربو شارژر می‌شود. اما با تعمیر و نگهداری و مراقبت‌های لازم از توربو شارژر می توان بر این مشکل هم فائق آمد.

میزان تقویت

از نظر حداکثر توان مطلق تولیدی استفاده از توربو شارژر امکان بالاتری برای تقویت قدرت موتور ارائه می‌دهد تا استفاده از سوپر شارژر . مثلاً در تراکتورهایی که جهت کشش مورد استفاده قرار می‌گیرند، استفاده از سه توربو شارژر بصورت سری باعث می‌شود که سطح تقویت هوای ورودی فشاری معادل psi 200 تولید کند !

توربو شارژر یا سوپر شارژر ؟

اظهار نظر در مورد اینکه استفاده از کدامیک (توربو شارژر یا سوپر شارژر) بهتر است کاری مشکل است .
مهم‌ترین مزیت سوپر شارژر این است که زمان واکنش نشان دادن آن کم است و به سرعت در سرویس قرار می‌گیرد (البته غیر از نوع گریز از مرکز آن ) و استفاده از آن هم ساده است.
از آن طرف عمده‌ترین مزیت توربو شارژر ، کارایی بالای آن و تولید حداکثر توان است .
این دیگر بستگی به نظر خریداران خودرو دارد که تصمیم بگیرند کدام نوع را برای وسیله خود انتخاب کنند .

چه تفاوتى بین سوپر شارژر و توربو شارژر وجود دارد ؟

اجازه بدهید ابتدا از شباهت ها شروع کنیم.هر دوى توربو و سوپر شارژر سیستمهای القاء اجبارى نامیده مى شوند وهستند.انها جریان هوا را فشرده مى کنند وبه داخل موتور مى فرستند(براى توصیف جریان هوا در یک موتور عادى به "موتور خودرو چگونه کار مى کند" مراجعه کنید).مزیت فشرده کردن هوا این است که موتور مقدار بیشترى هوا را وارد سیلندر مى کند.وارد شدن هواى بیشتر به معنای سوخت بیشتر در سیلندر است بنابراین شما قدرت بیشترى نیز در هر انفجار از هر سیلندر بدست مى آورید.وجود توربو/ سوپر شارژر در موتور باعث تولید نیروی بیشترى نسبت به حالتى که موتور بدون شارژر است مى شود.میزان تقویت توربو/سوپر شارژر به اندازه 6تا 8 پوند بر اینچ مربع(psi) است.مى دانیم که فشار نرمال اتمسفر در سطح آزاد دریا 14.7 psi است.در نتیجه در مى یابیم که توربو/سوپر شارژر به اندازه 50% هوای بیشتر به داخل موتور و سیلندر مى فرستند.بنابراین شما انتظار 50% نیروى بیشتر نسبت به حالت عادى دارید.اما کاملا نیز به این مقدار نمى رسد بلکه بین 30 تا40 % بهبود مى یابد.تفاوت اساسی بین توربو/سوپر شارژر در محل تامین انرژى شان است .همان انرژى که باعث فشرده شدن هوا مى شود.در سوپر شارژرتامین انرژى توسط یک تسمه که به طور مستقیم به موتور متصل است انجام مى شود.مانند پمپ آب وژنراتورها در موتور خودرو که به همین صورت انرژى خود را بدست مى آورند. در توربو شارژر این انرژى توسط گازهای خروجی از اگزوز تامین مى شود.این گازها با سرعت و فشارى که دارند توربین را به حرکت در مىاورند ودر نتیجه توربین هم کمپرسور را به حرکت در مىاورد که باعث فشرده کردن هوا مى شود.
توربو شارژر کارایى بالاتری نسبت به سوپر شارژرها دارد.زیرا از انرژى تلف شده و گازهای خروجی برای تامین انرژى خود استفاده مى کند.ولی توربو شارژر باعث مى شود که مقداری فشار برگشتى درسیستم اگزوز ایجاد شود که این فشار برگشتى مى تواند باعث کاهش کارایى توربو شارژر تا زمانى که موتور در دور بالا کار مى کند شود.نصب کردن سوپر شارژر ها راحت تر است ولى تمام مى شود.

سوپر شارژر ها چگونه کار می کنند ؟

از زمان اختراع موتور احتراق داخلی، مهندسان خودرو، عاشقان سرعت و طراحان خودرو های مسابقه در حال جست و جوی راه ها یی برای افزایش قدرت آن بوده اند. یک راه برای افزودن قدرت ساختن یک موتور بزرگ تر است. اما موتور های بزرگ تر که سنگین تر و ساخت و نگهداری آنها گران تر است همیشه بهتر نیستند.

فوررد رنجر با یک سوپر شارژر زیر کاپوت

یک راه دیگر برای افزودن قدرت کارآمد تر کردن موتور های به اندازه ی معمولی است. می توان این کار را با دمیدن هوای بیشتر به درون اتاقک احتراق انجام داد. با هوای بیشتر همچنین می توان سوخت بیشتری اضافه کرد. سوخت بیشتر به انفجار بزرگ تر و افزایش توان می انجامد. به کار گرفتن یک سوپر شارژر یک راه به درد بخور برای به دست آوردن هوای دمیده شده ی پر فشار است. در این مقاله ما توضیح خواهیم داد که سوپر شارژر ها چه هستند، چگونه کار می کنند و چگونه با توربو شارژر ها مقایسه می شوند.

اصول سوپر شارژر ها

سوپر شارژر به هر وسیله ای گفته می شود که فشار هوای مکیده شده را به بیش از فشار جو می رساند. توربو شارژر ها هم این کار را انجام می دهند. در واقع کلمه ی توربو شارژر کوتاه شدهی کلمه ی توربو سوپر شارژر، اسم رسمی خود است.

یک سوپر شارژر دو پیچی

تفاوت بین این دو سیستم، منبع انرژی آن ها است. توربو شارژر ها توان خود را از توربینی می گیرند که به وسیله ی جریان جرمی اگزوز به حرکت در می آید. ولی سوپر شارژر ها به وسیله ی تسمه یا زنجیر به صورت مکانیکی از طریق میل لنگ نیرو می گیرند.
یک موتور معمولی 4 زمانه یک زمان را صرف فرآیند مکش می کند. این فرآیند 3 مرحله دارد:
1. پیستون به سمت پایین حرکت می کند.
2. حرکت پیستون به سمت پایین خلاء ایجاد می کند.
3. هوا در فشار جو به درون اتاق احتراق مکیده می شود.
همین که هوا به درون موتور کشیده می شود، می بایست با سوخت ترکیب شود تا ترکیب هوا و سوخت را تشکیل دهد. بسته ای از انرژی پتانسیل که می تواند به وسیله ی یک فرآیند شیمیایی به نام احتراق به انرژی جنبشی مفید تبدیل شود. شمع، واکنش شیمیایی را با مشتعل کردن سوخت آغاز می کند. وقتی که سوخت بسوزد، مقدار زیادی انرژی آزاد می شود. نیروی این انفجار که بالای سرسیلندر متمرکز می شود. پیستون را به پایین می راند و حرکت رفت و برگشتی ایجاد می کند که آن هم اخر کار به چرخ ها منتقل می شود.

موتور ساده به علاوه ی سوپر شارژر

اضافه کردن سوخت بیشتر به مخلوط سوخت و هوا انفجار قوی تری ایجاد می کند. اما ما نمی توانیم به سادگی سوخت بیشتری به داخل موتور پمپ کنیم، زیرا مقدار معینی از اکسیژن برای سوزاندن مقدار سوخت داده شده لازم است. ترکیب شیمیایی صحیح ـ 14 بخش هوا با یک بخش سوخت ـ برای کارکرد بهینه یک موتور لازم است. کلام آخر این که برای وارد کردن سوخت بیشتر باید هوای بیشتری وارد کرد.
این کار یک سوپر شارژر است. سوپر شارژر ها بدون ایجاد کردن خلاء با فشرده کردن هوا در فشاری بالا تر از فشار جو، مکش را افزایش می دهند. این کار هوای بیشتری را به درون موتور می فرستد و موتور را تقویت می کند. با توجه به هوای اضافه تر، سوخت بیشتری به مخلوط هوا و سوخت افزوده می شود و قدرت موتور افزایش می یابد.
سوپرشارژینگ به طور متوسط 46 درصد به قدرت موتور و 31 درصد به گشتاور اضافه می کند. در ارتفاع های بالا که عملکرد موتور به خاطر چگالی و فشار کم هوا افت می کند، سوپر شارژر هوا را با فشار بیشتر به موتور می دهد که موتور بتواند به صورت بهینه ای کار کند.
برخلاف توربو شارژر ها که از گاز های اگزوز که از احتراق به دست آمده، برای به کار انداختن کمپرسور استفاده می کنند، سوپر شارژر ها قدرت خود را مستقیما از میل لنگ می گیرند. بیشتر آن ها با یک تسمه به حرکت در می آیند که ان تسمه به دور یک قرقره می پیچد که آن قرقره به یک چرخ دنده ی محرک متصل است. چرخ دنده ی محرک به نوبه ی خود چرخ دنده کمپرسور را می چرخاند. روتور کمپرسور در طرح های مختلفی عرضه می شود، اما وظیفه ی ان به درون کشیدن هواست، هوا را فشرده می کند و به منیفولد ورودی می فرستد.

ادامه دارد ....

سوپر شارژر و توربو شارژر (4)

سوپر شارژر مرکز گریز ProCharger D1SC

برای فشرده کردن هوا یک سوپر شارژر باید خیلی سریع بچرخد ـ سریع تر خود موتور. بزرگ تر بودن چرخ دنده ی محرک نسبت به چرخ دنده ی کمپرسور باعث می شود که کمپرسور سریع تر بچرخد. سوپر شارژر ها می توانند در سرعت های بلایی نظیر 50000 تا 65000 دور بر دقیقه کار کنند.
اگر کمپرسور 50000 دور بر دقیقه بچرخد. تقویتی برابر شش تا نه پوند بر اینچ مربع ایجاد می کند که به معنی شش تا نه psi بالاتر از فشار اتمسفریک در یک ارتفاع خاص است. فشار جو در سطح دریا 14.7 psi است، بنابر این یک تقویت معمولی به وسیله ی یک سوپر شارژر حدود 50 درصد به هوای ورودی بر موتور می افزاید.
اگر هوا فشرده شود داغ می شود، بدین معنا که چگالی خود را از دست می دهد و در زمان انفجار نمی تواند خیلی منبسط شود. این یعنی این که وقتی به وسیله ی شمع آتش زده می شود نمی تواند قدرت زیادی ایجاد کند. برای این که یک سوپر شارژر در ماکسیمم بازده کار کند، هوای فشرده که از بخش خروجی تخلیه می شود. می بایست قبل از ورود به منیفولد ورودی خنک شود. یک اینتر کولر این وظیفه را به عهده دارد. اینتر کولر ها به دو صورت عرضه می شوند: اینتر کولر های هوا به هوا و اینتر کولر های هوا به آب. هر دو ی آن ها مانند رادیاتور ها کار می کنند. هوا یا آب به مجموعه ای از لوله ها فرستاده می شوند و وقتی که هوای داغ خارج شده با لوله ها برخورد می کند خنک می شود. کاهش دمای هوا چگالی آن را افزایش می دهد که باعث می شود. مخلوط متراکم تری از هوا و سوخت وارد اتاق احتراق شود.
در مرحله ی بعد انواع مختلف سوپر شارژر ها را بررسی می کنیم .

انواع سوپر شارژر

سه نوع سوپر شارژر وجود دارد: روتز (Roots)، دو پیچی(twin screw) و مرکز گریز. تفاوت اصلی آن ها در چگونگی حرکت دادن هوا به سمت منیفولد مکش موتور است. سوپر شارژر های روتز و دو پیچی از انواع لب های گیر اندازنده(meshing lobe) استفاده می کنند و یک سوپر شارژر مرکز گریز از پروانه برای به درون کشیدن هوا استفاده می کند. گرچه تمام این سه نوع موجب تقویت هستند ولی بازدهی های متفاوتی دارند. بسته به این که شما بخواهید خودرو را کمی تقویت کنید یا در یک مسابقه رقابت کنید انواع مختلف سوپر شارژر در اندازه های مختلف وجود دارند.

سوپر شارژر اتون، یک سوپر شارژر روتز بهینه سازی شده

سوپر شارژر روتز قدیمی ترین طرح است. Philander و Francis روتز در سال 1860 طرح را به عنوان ماشینی که می تواند به خنک کاری مته های معدن کمک کند به ثبت رساندند. در سال 1900 Gottleib Daimler یک سوپر شارژر روتز را در موتور خودرو یی به کار گرفت.

سوپر شارژر روتز

با چرخش لب های گیر اندازنده، هوایی که میان لب ها گیر کرده است از سمت ورودی به سمت خروجی می روند. مقادیر بزرگی از هوا به منیفولد ورودی می روند و انباشته می شوند تا فشار مثبت ایجاد کنند. به همین جهت سوپر شارژر های روتز در واقع چیزی بیشتر از دمنده های هوا نیستند، و واژه ی دمنده ی هوا همچنان اغلب برای تمام سوپر شارژر ها به کار می رود.

یک هورد پیک آپ دهه 1940 با یک سوپر شارژر روتز

سوپر شارژر های روتز معمولا بزرگ هستند و در بالای موتور قرار داده می شوند. سوپر شارژر های روتز در ماشین های عضلانی و اتومبیل های مسابقه و شکاری قرار داده می شوند زیرا بیرون کاپوت قرار می گیرند. به هر حال آن ها از نا کار آمد ترین سوپر شارژر ها هستند: اول اینکه به وزن خودرو اضافه می کنند و دوم این که به جای آن که هوا را به صورت یک جریان نرم و پیوسته بفرستند در انفجار های گسسته می فرستند.

سوپر شارژر های دو پیچی

یک سوپر شارژر دو پیچی هوا را به وسیله یک جفت لب گیر اندازنده که شبیه مجموعه ای از چرخ دنده های حلزونی می باشند می کشد. هوای درون یک سوپر شارژر دو پیچی مانند یک سوپر شارژر روتز در فضای ایجاد شده به وسیله ی لب های گردنده محبوس می شود. اما در یک سوپر شارژر دو پیچی هوا درون پوشش موتور فشرده می شود و این به خاطر آن است که روتور ها باریک شدگی مخروطی دارند؛ یعنی هرچه از سمت ورودی به سمت خروجی برویم فضا ها برای هوا کوچک تر می شوند و هرچه فضا ها کوچک شوند هوا در فضای کوچکتری فشرده می شود.

سوپر شارژر دو پیچی

سوپر شارژر دو پیچی

آنچه گفته شد سوپر شارژر های دو پیچی را کار آمد تر می سازد، اما آن ها گران تر هستند چون روتور های پیچ مانند نیازمند دقت بیشتری در فرآیند تولید هستند. برخی انواع سوپر شارژر ها ی دو پیچی مانند سوپر شارژر های روتز بالای موتور می نشینند، آن ها همچنین صدای زیادی هم تولید می کنند. هوای فشرده ای که خروجی سوپر شارژر را ترک می کند. یک صدای ناله یا سوت ایجاد می کند که باید به وسیله روش های فرو نشاندن صدا آرام شود.

سوپر شارژر های مرکز گریز

یک سوپر شارژر مرکز گریز به یک پروانه در سرعت های بسیار بالا توان می دهد تا هوا را به درون پوشش کوچک کمپرسور بکشاند. یک پروانه می تواند تا سرعت های 50000 تا 60000 دور بر دقیقه برسد. همان طور که هوا به مرکز پروانه کشیده می شود، نیروی مرکز گریز آن را وادار می کند که به صورت شعاعی به بیرون پخش شود. هوا پروانه را در سرعت بالایی ترک می کند اما فشار هوا در آن نقطه کم است. یک پخشگر(diffuser) ـ دسته ای از پره های ثابت که پروانه را احاطه کرده اند ـ هوای با سرعت بالا و فشار کم را به هوای با سرعت کم و فشار بالا تبدیل می کند. وقتی هوا به پره ها برخورد می کند، سرعت ملکول های آن کم و فشارش زیاد می شود.

سوپر شارژر مرکز گریز ProCharger D1SC

سوپر شارژر مرکز گریز

سوپر شارژر ها ی مرکز گریز کارآمد ترین و رایج ترین سیستم های مکش تقویت شده هستند. سبک و کوچک هستند به علاوه به جلوی موتور متصل می شوند نه به بالای آن. همچنین وقتی که موتور دور می گیرد یک ناله ی واضح از آن به گوش می رسد، ویژگی که سر ها را به سوی خیابان می چرخاند.

هر دوی مونت کارلو و مینی کوپر اس با سوپر شارژر هم عرضه می شوند.
هر کدام از این سوپر شارژر ها می توانند به عنوان یک ارتقای پس از فروش برای یک خودرو در نظر گرفته شوند. شرکت های متعددی مجموعه ها یی از تمام قطعات ضروری برای نصب یک سوپر شارژر را به عنوان یک پروژه ی do-it-course عرضه می کنند. در دنیای خودرو های عجیب و غریب و fuel racer ها چنین سفارشی سازی یک جزء لازم از ورزش است. خودرو سازان متعددی نیز سوپر شارژر ها را در مدل های تولید خود در نظر می گیرند.
در بخش بعدی در مورد مزایا و معایب به کار بستن سوپر شارژر یاد خواهیم گرفت.

مزایا و معایب سوپر شارژر ها

بزرگ ترین فایده ی سوپر شارژر افزایش توان موتور است. نصب کردن یک سوپر شارژر روی یک ماشین یا کامیون باعث می شود رفتار ان مانند یک خودرو با موتوری بزرگ تر شود.
اما چه اگر کسی بخواهد میان سوپر شارژر و توربو شارژر انتخاب کند؟ این سوال به سختی مورد بحث مهندسان و دوست داران خودرو است. اما به طور کلی سوپر شارژر ها برتری مختصری نسبت به توربو شارژر ها دارند.
سوپر شارژر ها از پس افت(lag) رنج نمی برند ـ یعنی زمانی میان فشار دادن پدال و عکس العمل موتور. ولی توربو شارژر ها از پس افت رنج می برند به خاطر این که زمان کوتاهی طول می کشد تا گاز های اگزوز به سرعت کافی برای چرخاندن پروانه یا توربین برسند. سوپر شارژر ها هیچ پس افتی ندارند به خاطر اینکه به طور مستقیم توسط میل لنگ گردانده می شوند. برخی سوپر شارژر ها در دور های پایین بازدهی بیشتری دارند در حالی که برخی دیگر در دور های بالا بازدهی بیشتری دارند. برای مثال سوپر شارژر های روتز و دو پیچی در دور های پایین توان بیشتری ایجاد می کنند. اما سوپر شارژر های مرکز گریز هرچه دور پروانه بیشتر شود کارآمد تر می گردند، لذا در دور های بالاتر توان بیشتری ایجاد می کنند.
نصب کردن یک توربو شارژر نیازمند اصلاحات و تغییرات زیادی در سیستم اگزوز است. اما سوپر شارژر ها می توانند به بالا یا پهلوی موتور پیچ شوند، که این نصب آن ها را ارزان تر و تعمیر و سرویس کاری را آسان تر می سازد.
در نهایت هیچ راه ویژه ای برای خاموش کردن سوپر شارژر ها مورد نیاز نیست. زیرا آن ها به وسیله ی روغن موتور روغن کاری نمی شوند. آن ها به صورت معمولی خاموش می شوند. توربو شارژر ها باید حدود 30 ثانیه یا کمتر بی بار باشند تا خاموش شوند. در صورت روغن روان سازی برای خنک شدن فرصتی خواهد داشت. با این گفته یک گرم کردن مناسب برای سوپر شارژر ها مهم به نظر می رسد، به گونه ای که در دماهای معمولی کار با بیشترین بازده کار می کنند.
سوپر شارژر ها معمولا بر روی موتور های احتراق داخلی هواپیما ها افزوده می شوند. این کار منطقی است اگر در نظر داشته باشیم که هواپیما ها بیشتر زمان خود را در ارتفاع های زیاد می گذرانند که اکسیژن کمتری برای احتراق وجود دارد. با آمدن سوپر شارژر ها هواپیما ها قادر بودند تا در ارتفاع های بالا تری پرواز کنند بدون این که از کارایی موتور کاسته شود.

یک سیستم ابتدابی برای یک هواپیما همراه یک سوپر شارژر مرکز گریز یا کمپرسور

سوپر شارژر ها یی که در هواپیما ها به کار بسته می شوند درست مانند آن ها یی کار می کنند که در خودرو ها نصب شده اند. آنها توان خود را مستقیما از موتور می گیرند و یک کمپرسور را برای دمیدن هوای پر فشار به اتاقک احتراق به کار می اندازند. توضیحات بالا ساز و کار ساده ای از یک هواپیمای سوپر شارژ شده را نشان می دهد.
اول بار سوپر شارژر ها در اواخر جنگ جهانی دوم در هواپیما ها به کار برده شدند. یک مثال در خور توجه Supermarine Spitfire است، هواپیمایی که به وسیله نیروی هوایی سلطنتی به کار گرفته شد و یک موتور سوپر شارژ شده ی رولز رویس مرلین را در خود جا داده بود.
بزرگ ترین نقطه ی ضعف سوپر شارژر ها ویژگی است که ریشه در تعریف آن ها دارد: از آنجایی که میل لنگ آن را می گرداند، به طور قطع قسمتی از توان موتور را می گیرد. یک سوپر شارژر می تواند تا حدود 20% توان موتور را مصرف کند. در عین حال چون سوپر شارژر می تواند تا حدود 46% بر توان موتور بیفزاید، بیشتر مردم فکر می کنند ارزشش را دارد.

هم از توبره هم از آخور

Volkswagen اخیرا یک موتور Twinchargerدار را روی یک Golf GT.T عرضه کرده است. Twincharger هم از توربو شارژر و هم از سوپر شارژر بهره می برد. در دور های پایین سوپر شارژر هوا را به درون سیلندر فشار می دهد و گشتاور را ارتقا می بخشد و در دور های بالا وقتی گاز های اگزوز در مقادیر کافی تولید شدند، توربو شارژر تاثیر خود را آغاز می کند. GT که فقط در اروپا در دسترس است. در 7.9 ثانیه 62 مایل بر ساعت سرعت می گیرد. همچنین می تواند به 136 مایل در ساعت برسد در حالی که هنوز با هر گالن سوخت 39 مایل راه می پیماید.
سوپر شارژینگ بر تنش موتور می افزاید، که محتاج این است که موتور برای تحمل تقویت بیشتر و انفجار های بزرگ تر قوی باشد. بیشتر تولید کنند گان این منظور را با انتخاب قطعات قوی تری تامین می کنند. طراحی یک موتور برای سوپر شارژینگ قیمت آن را افزایش می دهد. همچنین سوپر شارژر ها هزینه ی نگه داری بیشتری دارند و بیشتر تولید کنند گان سوخت با کیفیت و عدد اوکتان بالا را برای چنین خودرو ها یی توصیه می کنند.
علی رغم نقاط ضعف سوپر شارژر ها، سوپر شارژینگ هنوز هم کم هزینه ترین راه برای افزایش توان موتور است. سوپر شارژر ها می توانند بین 50 تا 100 توان موتور را افزایش دهند تا برای مسابقه، کشیدن بار های سنگین یا فقط افزودن هیجان به رانندگی معمولی مناسب شود.

شارژر ها چگونه کار می کنند ؟

از زمان اختراع موتور احتراق داخلی، مهندسان خودرو، عاشقان سرعت و طراحان خودرو های مسابقه در حال جست و جوی راه ها یی برای افزایش قدرت آن بوده اند. یک راه برای افزودن قدرت ساختن یک موتور بزرگ تر است. اما موتور های بزرگ تر که سنگین تر و ساخت و نگهداری آنها گران تر است همیشه بهتر نیستند.

فوررد رنجر با یک شارژر زیر کاپوت

یک راه دیگر برای افزودن قدرت کارآمد تر کردن موتور های به اندازه ی معمولی است. می توان این کار را با دمیدن هوای بیشتر به درون اتاقک احتراق انجام داد. با هوای بیشتر همچنین می توان سوخت بیشتری اضافه کرد. سوخت بیشتر به انفجار بزرگ تر و افزایش توان می انجامد. به کار گرفتن یک شارژر یک راه به درد بخور برای به دست آوردن هوای دمیده شده ی پر فشار است. در این مقاله ما توضیح خواهیم داد که شارژر ها چه هستند، چگونه کار می کنند و چگونه با توربو شارژر ها مقایسه می شوند.

تفاوت شارژر و توربوشارژر

شارژر به هر وسیله ای گفته می شود که فشار هوای مکیده شده را به بیش از فشار جو می رساند. توربو شارژر ها هم این کار را انجام می دهند. در واقع کلمه ی توربو شارژر کوتاه شدهی کلمه ی توربو شارژر، اسم رسمی خود است.

یک شارژر دو پیچی

تفاوت بین این دو سیستم، منبع انرژی آن ها است. توربو شارژر ها توان خود را از توربینی می گیرند که به وسیله ی جریان جرمی اگزوز به حرکت در می آید. ولی شارژر ها به وسیله ی تسمه یا زنجیر به صورت مکانیکی از طریق میل لنگ نیرو می گیرند.

اصول شارژر ها

یک موتور معمولی 4 زمانه یک زمان را صرف فرآیند مکش می کند. این فرآیند 3 مرحله دارد:
پیستون به سمت پایین حرکت می کند.
حرکت پیستون به سمت پایین خلاء ایجاد می کند.
هوا در فشار جو به درون اتاق احتراق مکیده می شود.
همین که هوا به درون موتور کشیده می شود، می بایست با سوخت ترکیب شود تا ترکیب هوا و سوخت را تشکیل دهد. بسته ای از انرژی پتانسیل که می تواند به وسیله ی یک فرآیند شیمیایی به نام احتراق به انرژی جنبشی مفید تبدیل شود. شمع، واکنش شیمیایی را با مشتعل کردن سوخت آغاز می کند. وقتی که سوخت بسوزد، مقدار زیادی انرژی آزاد می شود. نیروی این انفجار که بالای سرسیلندر متمرکز می شود. پیستون را به پایین می راند و یک حرکت رفت و برگشتی ایجاد می کند که آن هم آخر کار به چرخ ها منتقل می شود.

یک موتور ساده به علاوه ی شارژر

اضافه کردن سوخت بیشتر به مخلوط سوخت و هوا انفجار قوی تری ایجاد می کند. اما ما نمی توانیم به سادگی سوخت بیشتری به داخل موتور پمپ کنیم، زیرا مقدار معینی از اکسیژن برای سوزاندن مقدار سوخت داده شده لازم است. ترکیب شیمیایی صحیح ـ 14 بخش هوا با یک بخش سوخت ـ برای کارکرد بهینه یک موتور لازم است. کلام آخر این که برای وارد کردن سوخت بیشتر باید هوای بیشتری وارد کرد.
این کار یک شارژر است. شارژر ها بدون ایجاد کردن خلاء با فشرده کردن هوا در فشاری بالا تر از فشار جو، مکش را افزایش می دهند. این کار هوای بیشتری را به درون موتور می فرستد و موتور را تقویت می کند. با توجه به هوای اضافه تر، سوخت بیشتری به مخلوط هوا و سوخت افزوده می شود و قدرت موتور افزایش می یابد.
شارژینگ به طور متوسط 46 درصد به قدرت موتور و 31 درصد به گشتاور اضافه می کند. در ارتفاع های بالا که عملکرد موتور به خاطر چگالی و فشار کم هوا افت می کند، شارژر هوا را با فشار بیشتر به موتور می دهد که موتور بتواند به صورت بهینه ای کار کند.
برخلاف توربو شارژر ها که از گاز های اگزوز که از احتراق به دست آمده، برای به کار انداختن کمپرسور استفاده می کنند، شارژر ها قدرت خود را مستقیما از میل لنگ می گیرند. بیشتر آن ها با یک تسمه به حرکت در می آیند که ان تسمه به دور یک قرقره می پیچد که آن قرقره به یک چرخ دنده ی محرک متصل است. چرخ دنده ی محرک به نوبه ی خود چرخ دنده کمپرسور را می چرخاند. روتور کمپرسور در طرح های مختلفی عرضه می شود، اما وظیفه ی ان به درون کشیدن هواست، هوا را فشرده می کند و به منیفولد ورودی می فرستد.

شارژر مرکز گریز ProCharger D1SC

برای فشرده کردن هوا یک شارژر باید خیلی سریع بچرخد ـ سریع تر خود موتور. بزرگ تر بودن چرخ دنده ی محرک نسبت به چرخ دنده ی کمپرسور باعث می شود که کمپرسور سریع تر بچرخد. شارژر ها می توانند در سرعت های بلایی نظیر 50000 تا 65000 دور بر دقیقه کار کنند.
اگر کمپرسور 50000 دور بر دقیقه بچرخد. تقویتی برابر شش تا نه پوند بر اینچ مربع ایجاد می کند که به معنی شش تا نه psi بالاتر از فشار اتمسفریک در یک ارتفاع خاص است. فشار جو در سطح دریا 14.7 psi است، بنابر این یک تقویت معمولی به وسیله ی یک شارژر حدود 50 درصد به هوای ورودی بر موتور می افزاید.
اگر هوا فشرده شود داغ می شود، بدین معنا که چگالی خود را از دست می دهد و در زمان انفجار نمی تواند خیلی منبسط شود. این یعنی این که وقتی به وسیله ی شمع آتش زده می شود نمی تواند قدرت زیادی ایجاد کند. برای این که یک شارژر در ماکسیمم بازده کار کند، هوای فشرده که از بخش خروجی تخلیه می شود. می بایست قبل از ورود به منیفولد ورودی خنک شود. یک اینتر کولر این وظیفه را به عهده دارد. اینتر کولر ها به دو صورت عرضه می شوند: اینتر کولر های هوا به هوا و اینتر کولر های هوا به آب. هر دو ی آن ها مانند رادیاتور ها کار می کنند. هوا یا آب به مجموعه ای از لوله ها فرستاده می شوند و وقتی که هوای داغ خارج شده با لوله ها برخورد می کند خنک می شود. کاهش دمای هوا چگالی آن را افزایش می دهد که باعث می شود. مخلوط متراکم تری از هوا و سوخت وارد اتاق احتراق شود.

انواع شارژر

سه نوع شارژر وجود دارد: روتز (Roots)، دو پیچی(twin screw) و مرکز گریز. تفاوت اصلی آن ها در چگونگی حرکت دادن هوا به سمت منیفولد مکش موتور است. شارژر های روتز و دو پیچی از انواع لب های گیر اندازنده(meshing lobe) استفاده می کنند و یک شارژر مرکز گریز از پروانه برای به درون کشیدن هوا استفاده می کند. گرچه تمام این سه نوع موجب تقویت هستند ولی بازدهی های متفاوتی دارند. بسته به این که شما بخواهید خودرو را کمی تقویت کنید یا در یک مسابقه رقابت کنید انواع مختلف شارژر در اندازه های مختلف وجود دارند.

شارژر اتون، یک شارژر روتز بهینه سازی شده

شارژر روتز قدیمی ترین طرح است. Philander و Francis روتز در سال 1860 طرح را به عنوان ماشینی که می تواند به خنک کاری مته های معدن کمک کند به ثبت رساندند. در سال 1900 Gottleib Daimler یک شارژر روتز را در موتور خودرو یی به کار گرفت.

شارژر روتز

با چرخش لب های گیر اندازنده، هوایی که میان لب ها گیر کرده است از سمت ورودی به سمت خروجی می روند. مقادیر بزرگی از هوا به منیفولد ورودی می روند و انباشته می شوند تا فشار مثبت ایجاد کنند. به همین جهت شارژر های روتز در واقع چیزی بیشتر از دمنده های هوا نیستند، و واژه ی دمنده ی هوا همچنان اغلب برای تمام شارژر ها به کار می رود.

یک هورد پیک آپ دهه 1940 با یک شارژر روتز

شارژر های روتز معمولا بزرگ هستند و در بالای موتور قرار داده می شوند. شارژر های روتز در ماشین های عضلانی و اتومبیل های مسابقه و شکاری قرار داده می شوند زیرا بیرون کاپوت قرار می گیرند. به هر حال آن ها از نا کار آمد ترین شارژر ها هستند: اول اینکه به وزن خودرو اضافه می کنند و دوم این که به جای آن که هوا را به صورت یک جریان نرم و پیوسته بفرستند در انفجار های گسسته می فرستند.
شارژر های دو پیچی یک شارژر دو پیچی هوا را به وسیله یک جفت لب گیر اندازنده که شبیه مجموعه ای از چرخ دنده های حلزونی می باشند می کشد. هوای درون یک شارژر دو پیچی مانند یک شارژر روتز در فضای ایجاد شده به وسیله ی لب های گردنده محبوس می شود. اما در یک شارژر دو پیچی هوا درون پوشش موتور فشرده می شود و این به خاطر آن است که روتور ها باریک شدگی مخروطی دارند؛ یعنی هرچه از سمت ورودی به سمت خروجی برویم فضا ها برای هوا کوچک تر می شوند و هرچه فضا ها کوچک شوند هوا در فضای کوچکتری فشرده می شود.
شارژر دو پیچی
شارژر دو پیچی
آنچه گفته شد شارژر های دو پیچی را کار آمد تر می سازد، اما آن ها گران تر هستند چون روتور های پیچ مانند نیازمند دقت بیشتری در فرآیند تولید هستند. برخی انواع شارژر ها ی دو پیچی مانند شارژر های روتز بالای موتور می نشینند، آن ها همچنین صدای زیادی هم تولید می کنند. هوای فشرده ای که خروجی شارژر را ترک می کند. یک صدای ناله یا سوت ایجاد می کند که باید به وسیله روش های فرو نشاندن صدا آرام شود.

شارژر های مرکز گریز

یک شارژر مرکز گریز به یک پروانه در سرعت های بسیار بالا توان می دهد تا هوا را به درون پوشش کوچک کمپرسور بکشاند. یک پروانه می تواند تا سرعت های 50000 تا 60000 دور بر دقیقه برسد. همان طور که هوا به مرکز پروانه کشیده می شود، نیروی مرکز گریز آن را وادار می کند که به صورت شعاعی به بیرون پخش شود. هوا پروانه را در سرعت بالایی ترک می کند اما فشار هوا در آن نقطه کم است. یک پخشگر(diffuser) ـ دسته ای از پره های ثابت که پروانه را احاطه کرده اند ـ هوای با سرعت بالا و فشار کم را به هوای با سرعت کم و فشار بالا تبدیل می کند. وقتی هوا به پره ها برخورد می کند، سرعت ملکول های آن کم و فشارش زیاد می شود.

شارژر مرکز گریز ProCharger D1SC
شارژر مرکز گریز

شارژر ها ی مرکز گریز کارآمد ترین و رایج ترین سیستم های مکش تقویت شده هستند. سبک و کوچک هستند به علاوه به جلوی موتور متصل می شوند نه به بالای آن. همچنین وقتی که موتور دور می گیرد یک ناله ی واضح از آن به گوش می رسد، ویژگی که سر ها را به سوی خیابان می چرخاند. هر دوی مونت کارلو و مینی کوپر اس با شارژر هم عرضه می شوند.
هر کدام از این شارژر ها می توانند به عنوان یک ارتقای پس از فروش برای یک خودرو در نظر گرفته شوند. شرکت های متعددی مجموعه ها یی از تمام قطعات ضروری برای نصب یک شارژر را به عنوان یک پروژه ی do-it-course عرضه می کنند. در دنیای خودرو های عجیب و غریب و fuel racer ها چنین سفارشی سازی یک جزء لازم از ورزش است. خودرو سازان متعددی نیز شارژر ها را در مدل های تولید خود در نظر می گیرند.

مزایای شارژر ها

بزرگ ترین فایده ی شارژر افزایش توان موتور است. نصب کردن یک شارژر روی یک ماشین یا کامیون باعث می شود رفتار ان مانند یک خودرو با موتوری بزرگ تر شود.
اما چه اگر کسی بخواهد میان شارژر و توربو شارژر انتخاب کند؟ این سوال به سختی مورد بحث مهندسان و دوست داران خودرو است. اما به طور کلی شارژر ها برتری مختصری نسبت به توربو شارژر ها دارند.
شارژر ها از پس افت(lag) رنج نمی برند ـ یعنی زمانی میان فشار دادن پدال و عکس العمل موتور. ولی توربو شارژر ها از پس افت رنج می برند به خاطر این که زمان کوتاهی طول می کشد تا گاز های اگزوز به سرعت کافی برای چرخاندن پروانه یا توربین برسند. شارژر ها هیچ پس افتی ندارند به خاطر اینکه به طور مستقیم توسط میل لنگ گردانده می شوند. برخی شارژر ها در دور های پایین بازدهی بیشتری دارند در حالی که برخی دیگر در دور های بالا بازدهی بیشتری دارند. برای مثال شارژر های روتز و دو پیچی در دور های پایین توان بیشتری ایجاد می کنند. اما شارژر های مرکز گریز هرچه دور پروانه بیشتر شود کارآمد تر می گردند، لذا در دور های بالاتر توان بیشتری ایجاد می کنند.
نصب کردن یک توربو شارژر نیازمند اصلاحات و تغییرات زیادی در سیستم اگزوز است. اما شارژر ها می توانند به بالا یا پهلوی موتور پیچ شوند، که این نصب آن ها را ارزان تر و تعمیر و سرویس کاری را آسان تر می سازد.
در نهایت هیچ راه ویژه ای برای خاموش کردن شارژر ها مورد نیاز نیست. زیرا آن ها به وسیله ی روغن موتور روغن کاری نمی شوند. آن ها به صورت معمولی خاموش می شوند. توربو شارژر ها باید حدود 30 ثانیه یا کمتر بی بار باشند تا خاموش شوند. در صورت روغن روان سازی برای خنک شدن فرصتی خواهد داشت. با این گفته یک گرم کردن مناسب برای شارژر ها مهم به نظر می رسد، به گونه ای که در دماهای معمولی کار با بیشترین بازده کار می کنند.
شارژر ها معمولا بر روی موتور های احتراق داخلی هواپیما ها افزوده می شوند. این کار منطقی است اگر در نظر داشته باشیم که هواپیما ها بیشتر زمان خود را در ارتفاع های زیاد می گذرانند که اکسیژن کمتری برای احتراق وجود دارد. با آمدن شارژر ها هواپیما ها قادر بودند تا در ارتفاع های بالا تری پرواز کنند بدون این که از کارایی موتور کاسته شود.

یک سیستم ابتدابی برای یک هواپیما همراه یک شارژر مرکز گریز یا کمپرسور

شارژر ها یی که در هواپیما ها به کار بسته می شوند درست مانند آن ها یی کار می کنند که در خودرو ها نصب شده اند. آنها توان خود را مستقیما از موتور می گیرند و یک کمپرسور را برای دمیدن هوای پر فشار به اتاقک احتراق به کار می اندازند. توضیحات بالا ساز و کار ساده ای از یک هواپیمای شارژ شده را نشان می دهد.
اول بار شارژر ها در اواخر جنگ جهانی دوم در هواپیما ها به کار برده شدند. یک مثال در خور توجه Supermarine Spitfire است، هواپیمایی که به وسیله نیروی هوایی سلطنتی به کار گرفته شد و یک موتور شارژ شده ی رولز رویس مرلین را در خود جا داده بود.

معایب شارژر ها

بزرگ ترین نقطه ی ضعف شارژر ها ویژگی است که ریشه در تعریف آن ها دارد: از آنجایی که میل لنگ آن را می گرداند، به طور قطع قسمتی از توان موتور را می گیرد. یک شارژر می تواند تا حدود 20% توان موتور را مصرف کند. در عین حال چون شارژر می تواند تا حدود 46% بر توان موتور بیفزاید، بیشتر مردم فکر می کنند ارزشش را دارد.
شارژینگ بر تنش موتور می افزاید، که محتاج این است که موتور برای تحمل تقویت بیشتر و انفجار های بزرگ تر قوی باشد. بیشتر تولید کنند گان این منظور را با انتخاب قطعات قوی تری تامین می کنند. طراحی یک موتور برای شارژینگ قیمت آن را افزایش می دهد. همچنین شارژر ها هزینه ی نگه داری بیشتری دارند و بیشتر تولید کنند گان سوخت با کیفیت و عدد اوکتان بالا را برای چنین خودرو ها یی توصیه می کنند.
علی رغم نقاط ضعف شارژر ها، شارژینگ هنوز هم کم هزینه ترین راه برای افزایش توان موتور است. شارژر ها می توانند بین 50 تا 100 توان موتور را افزایش دهند تا برای مسابقه، کشیدن بار های سنگین یا فقط افزودن هیجان به رانندگی معمولی مناسب شود.

هم از توبره هم از آخور

Volkswagen اخیرا یک موتور Twinchargerدار را روی یک Golf GT.T عرضه کرده است. Twincharger هم از توربو شارژر و هم از شارژر بهره می برد. در دور های پایین شارژر هوا را به درون سیلندر فشار می دهد و گشتاور را ارتقا می بخشد و در دور های بالا وقتی گاز های اگزوز در مقادیر کافی تولید شدند، توربو شارژر تاثیر خود را آغاز می کند. GT که فقط در اروپا در دسترس است. در 7.9 ثانیه 62 مایل بر ساعت سرعت می گیرد. همچنین می تواند به 136 مایل در ساعت برسد در حالی که هنوز با هر گالن سوخت 39 مایل راه می پیماید.

چه تفاوتى بین شارژر و توربو شارژر وجود دارد؟

اجازه بدهید ابتدا از شباهت ها شروع کنیم.هر دوى توربو و شارژر سیستمهای القاء اجبارى نامیده مى شوند وهستند.انها جریان هوا را فشرده مى کنند وبه داخل موتور مى فرستند.مزیت فشرده کردن هوا این است که موتور مقدار بیشترى هوا را وارد سیلندر مى کند.وارد شدن هواى بیشتر به معنای سوخت بیشتر در سیلندر است بنابراین شما قدرت بیشترى نیز در هر انفجار از هر سیلندر بدست مى آورید.وجود توربو/ شارژر در موتور باعث تولید نیروی بیشترى نسبت به حالتى که موتور بدون شارژر است مى شود.میزان تقویت توربو/ شارژر به اندازه 6تا 8 پوند بر اینچ مربع(psi) است.مى دانیم که فشار نرمال اتمسفر در سطح آزاد دریا 14.7 psi است.در نتیجه در مى یابیم که توربو/ شارژر به اندازه 50% هوای بیشتر به داخل موتور و سیلندر مى فرستند.بنابراین شما انتظار 50% نیروى بیشتر نسبت به حالت عادى دارید.اما کاملا نیز به این مقدار نمى رسد بلکه بین 30 تا40 % بهبود مى یابد.تفاوت اساسی بین توربو/ شارژر در محل تامین انرژى شان است .همان انرژى که باعث فشرده شدن هوا مى شود.در شارژرتامین انرژى توسط یک تسمه که به طور مستقیم به موتور متصل است انجام مى شود.مانند پمپ آب وژنراتورها در موتور خودرو که به همین صورت انرژى خود را بدست مى آورند. در توربو شارژر این انرژى توسط گازهای خروجی از اگزوز تامین مى شود.این گازها با سرعت و فشارى که دارند توربین را به حرکت در مىاورند ودر نتیجه توربین هم کمپرسور را به حرکت در مىاورد که باعث فشرده کردن هوا مى شود.
توربو شارژر کارایى بالاتری نسبت به شارژرها دارد.زیرا از انرژى تلف شده و گازهای خروجی برای تامین انرژى خود استفاده مى کند.ولی توربو شارژر باعث مى شود که مقداری فشار برگشتى درسیستم اگزوز ایجاد شود که این فشار برگشتى مى تواند باعث کاهش کارایى توربو شارژر تا زمانى که موتور در دور بالا کار مى کند شود.نصب کردن شارژر ها راحت تر است ولى تمام مى شود

توربو شارژر موتورسیکلت

توربوشارژر موتورسیکلت سوخت مجزایی داره یا همون بنزینه؟

عمر موتوریسکلت با توربوشارژر بیشتره یا بدون توربوشارژر؟

تحلیل و ارزیابی اثرگذاری سیستم توربوشارژ بر مصرف سوخت و میزان آلاینده های خروجی اتوبوس های گازسوز نمونه منتخب «شرکت واحد اتوبوسرانی تهران»

براساس مطالعات انجام شده سهم خودروها در انتشار آلاینده ها در حدود %70 است و این سهم نیز عمدتا ناشی از سوخت های فسیلی است. با توجه به مشکلات روزافزون آلودگی هوا و عواقب زیست محیطی آن به دلیل استفاده از سوخت های دودزا (گازوئیل و بنزین و...) که حجم عمده ای از این آلودگی توسط وسایل نقلیه شخصی یا عمومی تولید می گردد، استفاده از سوخت گاز طبیعی به دلیل تولید حداقل گازهای آلوده کننده در صدر اولویت های دولتها از جمله کشور ایران جهت جایگزین نمودن این سوخت با دیگر سوخت های موجود در وسایل نقلیه قرار دارد. در این راستا، لازم است تحقیقاتی در جهت بهینه سازی فناوری گازسوز نمودن خودروها انجام گیرد که یکی از جنبه های تحقیقاتی، تاثیر توربوشارژ بر میزان آلایندگی و مصرف سوخت خودروهای گازسوز است. در این تحقیق سعی شده است تاثیر توربوشارژ در میزان آلاینده ها و مصرف سوخت اتوبوس گازسوز 355 (یکی از اتوبوسهای گازسوز شرکت واحد) به کمک داده های آزمایشگاهی و تحلیلهای آماری بررسی شود. در این پژوهش با الهام از نتایج و داده های آزمایشگاهی موجود، ابتدا توان مناسبی با توجه به تاثیر نوع توروشارژ بر روی اتوبوس گازسوز 355 که به عنوان اتوبوس مبنا جهت آزمایش در نظر گرفته شده است؛ انتخاب شد و سپس میزان آلاینده ها که ابتدا با استفاده از اصول و مقادیر پایه ترمودینامیک و احتراق محاسبه شده، مقایسه گردید و در مرحله بعدی این مقادیر با میزان استاندارد آلایندگی EURO2 اروپا- که میزان آلاینده های استاندارد از آزمایش بر روی اتوبوس گازسوز اسکانیا که موفق به کسب استاندارد آلایندگی EURO2 اروپا شده است، لحاظ گردیده مقایسه شده و در نهایت توربوشارژی که بیشترین تاثیر را جهت سازگاری با این استاندارد و حداقل سازی آلاینده ها و مصرف سوخت داشته است؛ به عنوان توربوشارژ منتخب معرفی می شود که در این پروژه تحقیقی، توربوشارژ Garrett مدل Gt37 بهترین توربوشارژ سازگار با این اتوبوس گازسوز چه از لحاظ قدرت و چه از لحاظ تاثیر بر میزان آلاینده ها و مصرف سوخت معرفی می شود.
منابع و ماخذ:
http://www.TurkanTuning.mihanblog.com
http://www.centralclubs.com/
http://www.parsikhodro.com/underhood/49.htm
http://www.centralclubs.com
:http://www.forum.niksalehi.com/
http://www.allengineering.ir
www. Automotivemag.com
www.automotive.com
http://iran204.blogfa.com
http://www.frequency.ir
http://carsx2.blogfa.com/
http://www.carx1.com/
http://forum.patoghu.com/
http://www.daneshju.ir/
http://www.sid.ir
:سایت پارسی خودرو

میکرو پرسوسور و کاربردهای آن (1)

در این مقاله سعی شده در مورد میکروپرسوسور و کاربردهای آن بحث شود . در این راستا بیشتر به کاربرد میکروپرسوسور کارتهای هوشمند پرداخته ایم و در انتها به برخی از سوالات رایج در این راستا پاسخ داده ایم.
تغییر سیستمهای مکانیکی و برقی به سیستمهای الکترونیکی در بیشتر تکنولوژیهای عمده، سیستمهای الکترونیکی جایگزین بخشهای مکانیکی شده و از آن پیش افتادهاند. سیستم تلفن در اصل مجموعهای از اجزای مکانیکی (یعنی سیستم شمارهگیر) بود که در آن حرکت فیزیکی به علائم الکتریکی تبدیل میشد. با وجود این، امروزه تلفن تماماً الکترونیکی است ؛ امروزه چاپ الکترونیکی شده است. تلویزیون، کامپیوتر و بسیاری از ابزارهای دیگر نیز که در زندگی روزمره از آن استفاده میکنیم همین گونهاند. سیستمهای الکترونیکی مسلماً یک سره بر تکنولوژی فکری متکی هستند زیرا محاسبات ریاضی و نوشتن نرمافزار و برنامهها کارکرد آنها را ممکن میگرداند.
یکی از برجستهترین تغییرات، کوچک شدن وسایلی است که هادی برق هستند یا تکانههای برقی را منتقل میکنند. وسایل اولیه مانند لامپهای خلاء که در رادیوهای قدیمی دیده میشود حدود 5 تا 10 سانتیمتر ارتفاع داشتند. اختراع ترانزیستور تغییری شگرف را به دنبال داشت: توانایی تولید وسایل میکروالکترونیک با صدها کارکرد از جمله کنترل، تنظیم، هدایت و حافظه که میکروپرسسورها به اجرا درمیآورند. در آغاز هر تراشه 4 کیلو بایت حافظه داشت که بعدها به 8، 16، 32، 64 کیلو بایت افزایش یافت و امروزه سازندگان میکروپروسسور تراشههایی تولید میکنند که ظرفیت ذخیرهسازی آنها چندین مگابایت یا حتی گیگا (میلیارد) بایت است.

امروزه یک تراشهی ریز سیلیکنی(میکروپروسسور) حاوی مدارهای الکترونیکی دارای صدها هزار ترانزیستور و همهی اتصالات لازم و بهای آن فقط چند دلار است. مداربندی روی این تراشه میتواند خود میکروکامپیوتری باشد با ظرفیت پردازش ورودی / خروجی و حافظهی دستیابی تصادفی و... .

اولین میکروپروسسور:

پس از پیدایش الکترونیک دیجیتال و جنبه های جذاب و ساده طراحیهای دیجیتال و کاربردهای فراوان این نوآوری، با تکنولوژیهای SSI , MSI ، ادوات الکترونیک دیجیتال، مانند قطعات منطقی به بازار ارائه شد. شرکت تگزاس اولین میکروپروسسور 4 بیتی را با فن آوری 2SI طراحی و عرضه نمود که بعنوان بخش اصلی ماشین حساب مورد استفاده قرار گرفت و این گام اول در پیدایش و ظهور میکروپروسسورها بود.

BIOS و کاربرد میکروپرسسور در کامپیوتر :

یکی از متداول ترین کاربردهای Flash memory در سیستم ابتدایی ورودی ‎/ خروجی (basic input/output system) کامپیوتر است که معمولاً به BIOS شناخته می شود. وظیفه BIOS که تقریباً روی هر کامپیوتری وجود دارد،آن است که مطمئن شود تمام قطعات و اجزای افزاری یک کامپیوتر در کنار یکدیگر به درستی کار می کنند . هر کامپیوتری در قلب خود برای پردازش درست اطلاعات شامل یک میکروپروسسور است . میکروپروسسور قسمت سخت افزاری کار است. برای انجام درست کار ، به نرم افزار نیز احتیاج است. هر کاربری با دو نوع نرم افزار آشنا است:سیستم عامل و نرم افزارهای کاربردی. BIOS نوع سوم نرم افزاری است که کامپیوتر شما برای اجرای درست به آن نیازمند است.
BIOS چه کاری انجام می دهد؟ نرم افزار BIOS مجموعه ای از وظایف مختلف را بر عهده دارد، ولی مهم ترین آنها اجرای سیستم عامل است. وقتی یک کامپیوتر روشن می شود، میکروپروسسور سعی می کند اولین دستورات را اجرا کند. ولی نکته در این است که این دستورات باید از جایی به میکروپروسسور اعلام شود. گرچه سیستم عامل روی هارد وجود دارد، ولی میکروپروسسور نمی داند اطلاعات در آنجاست. BIOS دستورات اولیه را برای این دسترسی به میکروپروسسور اعلام می کند.

کاربرد میکروپروسسوردرانواع کارتهای هوشمند :

کارتهای هوشمند (DRAC|TRAMS) کارتهایی هستند که از یک قسمت پلاستیکی تشکیل گردیده اند که در داخل آنها یک چیپ میکروپروسسور ( PIHCROSSECORPORCIM) قرار دارد و اطلاعات لازم روی این چیپها قرار می گیرند. میزان و تنوع اطلاعاتی که در کارت ذخیره می گردد، به توانایی چیپ داخل آن بستگی دارد.
انواع مختلف کارتهای هوشمند که امروزه استفاده می شود، کارتهای تماسی ، بدون تماسی و کارتهای ترکیبی هستند.
کارتهای هوشمند تماسی بایستی در داخل یک کارت خوان قرار داده شوند. این کارتها یک محل تماس روی صفحه دارند که تماسهای الکترونیکی را برای خواندن ونوشتن روی چیپ میکروپروسسور )زمانی که در داخل کارت خوان قرار دارد(، فراهم می آورد. نمونه این کارتها در زندگی روزمره بسیار به چشم می خورد.
کارتهای بدون تماس ، یک آنتن سیم پیچی درون خود دارا هستند که همانند چیپ میکروپروسسور درداخل کارت ، گنجانده شده است . این آنتن درونی اجازه انجام ارتباطات و ردوبدل کردن اطلاعات را فراهم می آورد. برای چنین ارتباطی ، بایستی علاوه بر اینکه زمان ارتباطکاهش یابد، راحتی نیز افزایش پیدا کند..
کارتهای ترکیبی ، به عنوان هم کارتهای تماسی و هم کارتهای بدون تماس عمل می کنند و در حقیقت داخل این نوع کارتها هم چیپ الکترونیکی و هم آنتن وجود دارد وچنانچه کارت خوان وجود داشته باشد از کارت خوان می توان استفاده کرد و چنانچه وجود نداشته باشد، از آنتن کارت می توان ارتباط را برقرار کرد.
شاید این سوال پیش آید که چرا از کارتهای هوشمند(کارتهای حافظه دار)به جای کارتهای مغناطیسی استفاده می شود؟
پاسخ این است که ذخیره سازی اطلاعات در کارتهای هوشمند و میکروپروسسور دارهزار مرتبه بیشتر ازکارتهای مغناطیسی است . مزیت دیگر اینکه این کارتها از سرعت ذخیره سازی بالا ومکانیسم های ایمنی قویتری برخوردارند.

با این کارت شناسایی می شوید

آیا تا به حال از کارتهای هوشمند استفاده کرده اید؟ استفاده از این کارتها باعث صرفه جویی فراوانی در زمان و هزینه های کاربران و دستگاه های مربوطه شده است. اما این فن آوری به زودی دچار تحولات جدی خواهد شد.چندی پیش سمینار تخصصی کارتهای شناسایی و پاسپورت دیجیتال با حضور کارشناسان سوئدی در تهران برگزار شد.
در این سمینار عنوان شد که در آینده ای نه چندان دور، کارتهای هوشمند جایگزین نمونه های رایج کارتها و گذرنامه ها خواهند شد.
گزارش پیش رو نگاهی دارد به کارتهای دیجیتال و فناوری و کاربرد آن در ایران. در حال حاضر، کارتهای شناسایی موجود در ایران به 2 روش تهیه می شود و مورد استفاده قرار می گیرد.
در روش اول ، نوارهای مغناطیسی به صورت نوارهای مشکی و به عرض یک تا 2 سانتی متر پشت کارتها چسبانده شده و اطلاعات موردنظر از طریق دستگاه های نویسنده در آن ذخیره می شود.
این کارتها با وجود کاربری فراوان نقایصی دارد. از آن جمله می توان حساس بودن نوار مغناطیسی نصب شده در پشت کارت به میدان های مغناطیسی شدید و دستگاه هایی را که میدان مغناطیسی ایجاد می کنند نام برد.
بنابراین قرارگرفتن این نوع کارتها در مجاورت وسایلی مانند آهن ربا، ضبط صوت ، تلویزیون و بلندگو باعث از بین رفتن اطلاعات ذخیره شده در نوارها می شود.
یکی دیگر از نواقص این نوع کارتها شکننده بودن آنهاست ، به نحوی که می توان گفت این کارتها در برابر خمیدگی مقاوم نیستند و زود می شکنند. همین طور ضربه و حرارت می تواند به این کارتها آسیب رساند و در اطلاعات موجود روی نوار مغناطیسی خلل ایجاد کند.
محدودیت گنجایش اطلاعاتی این کارتها از دیگر نواقصی است که استفاده از آنها را با مشکلاتی مواجه می سازد. نمونه های رایج این کارتها انواع عابر بانکها هستند.
نوع دیگر کارتهای دیجیتالی موجود در ایران کارتهای IC دار به شمار می آیند. این کارت ها مشکلات کارتهای دارای نوار مغناطیسی را ندارند و بسته به نوع IC به کاررفته در آن حجمهای متفاوتی از اطلاعات را در خود جای می دهند.
بعضی انواع این کارتها از نوع ریموت است ؛ یعنی به صورت کنترل از راه دور و بدون نیاز به درآوردن از جیب یا کیف و تنها با عبور از مقابل دستگاه مادر به صورت خودکار اقدام به شناسایی فرد می کنند.
نمونه های این کارتها را در کارتهای ورود و خروج ، مترو، بلیت اتوبوس ، کارتهای اعتباری و غیره می توان دید.

کارتهای دیجیتال هوشمند

اما کارتهای دیجیتالی هوشمند یا Smart Card یکی از آخرین پدیده های دنیا فناوری اطلاعات است که از نظر اندازه مشابه کارتهای پرداخت امروزی است و می تواند جایگزین همه انواع کارتهای شناسایی ، شناسنامه ، گواهینامه ، کارتهای خودرو یا حتی دفترچه های بیمه شود.
یک کارت هوشمند، کارتی پلاستیکی شامل یک تراشه (chip) کوچک است که از یک میکروپروسسور یا یک حافظه تشکیل شده است.
این کارت به اندازه یک کارت اعتباری است و یک رابط طلایی دارد که به دستگاه های مختلف اجازه تبادل اطلاعات را با کارت می دهد.
این کارت می تواند اطلاعات بیشتری را نسبت به انواع مغناطیسی در خود جای دهد و طوری برنامه ریزی شود که تنها اطلاعات مربوط را آشکار سازد.
برای مثال ، بدون مشخص کردن میزان موجودی فرد اطلاع دهد که آیا مقدار مناسب نقدینگی برای پرداخت صورت حساب وجود دارد یا خیر. کارتهای هوشمند انواع متفاوت دارند.
برخی از آنها دارای کارت حافظه هستند که به سادگی اطلاعات را ذخیره می کنند. انواع ریزپردازنده های کارتهای هوشمند می تواند به اطلاعات بیفزاید، آنها را حذف کند یا روی آنها عملیاتی انجام دهد. نوع دیگر کارتهای هوشمند کارتهای ریزپردازنده ای هستند که همانند یک رایانه کوچک ، شامل سیستم عملیات پردازش داده ها و هارددیسک با ویژگی های امنیتی است.
کارتهای هوشمند از نظر نوع قابلیت خوانده شدن انواع متفاوتی دارند. در انواع تماسی کارت درون یک دستگاه کارت خوان قرار گرفته و با کارت خوان تماس فیزیکی پیدا می کند.
در مقابل ، کارتهای غیرتماسی آنتنی دارند که درون کارت تعبیه شده و این امکان را به وجود می آورد که بدون تماس فیزیکی اطلاعات مبادله شود. یک کارت هوشمند ترکیبی ، هر دوی این ویژگی ها را با ضریب امنیتی بالاتر دارد.
براساس گزارش ایسنا، آقای سیمون کرل ، متخصص فناوری اطلاعات از کشور سوئد در سمینار تخصصی کارتهای شناسایی دیجیتالی گفت: استفاده از کارتهای هوشمند نیاز به دستگاه های مختلف و تجهیز رایانه به قطعات کارت خوان دارد.
این کارتها به 2 کلید رمز عمومی و خصوصی نیاز دارد. کارت هوشمند شامل یک تراشه است و کلید خصوصی موجود روی آن از بیرون قابل رویت نیست ؛ اما کلید عمومی می تواند در اختیار همه قرار داشته باشد.
هنگام کار با این کارت روی اینترنت ، ابتدا رمز خصوصی به مصرف کننده ارائه و پاسخ آن درخواست می شود.
پس از آن کد عمومی ارائه شده از مصرف کننده در سازمان مربوطه با هویت و کد خصوصی مقایسه و تایید یا رد می شود. به گفته سیمون کرل ، عملیات ذکر شده علاوه بر رایانه از طریق تلفن همراه نیز قابل انجام است.
کلیدهای عمومی و خصوصی به منظور حفظ امنیت رمزگذاری می شوند که در نهایت دریافت کننده اطلاعات کلی کدگذاری شده را دریافت و با کارت آن رمزگشایی می کند.
این کارشناس همچنین اضافه می کند که کاربرد و نحوه استفاده از این سیستم باید با توجه به فرهنگ هر جامعه مورد استفاده قرار گیرد.
استفاده از کارتهای شناسایی دیجیتال نیاز به استفاده از کارتهای شناسایی مختلف را از بین می برد. دولتها، بانکها و شرکتهای بزرگ بهترین مراجع برای ارائه خدمات درباره کارتهای شناسایی دیجیتال هستند.

کارتی برای تمام زندگی

به گفته مدیر ارزیابی طرحهای صنایع قطعات الکترونیک ایران ، کارتهای هوشمند در تلفن همراه کاربرد مخابراتی دارند، همچنین می توان آنها را در گواهینامه های هوشمند مورد استفاده قرار داد و کلیه موارد تخلف را در آن ثبت کرد.
استفاده از این نوع کارتها به جای دفترچه بیمه به پزشک امکان می دهد با قرار دادن آن در دستگاه کارت خوان به تمام سوابق بهداشتی ، پزشکی بیمار دسترسی یابد و در صورت نیاز به آزمایش یا دارو آن را وارد کارت کند.
بیمار با در دست داشتن کارت خود می تواند به آزمایشگاه یا داروخانه مراجعه کند و از خدمات مورد نیاز بهره مند شود.
با استفاده از کارتهای هوشمند به جای کارتهای معمولی خودرو می توانید تمام اطلاعات مربوط به قطعات خودرو را همیشه به همراه داشته باشید. به این ترتیب ، کارتهای هوشمند قابلیت دارند کاربردهای متفاوت داشته باشند و به صورت فراگیر مورد استفاده قرار گیرند.
پورناظری می گوید: هنوز کارتهای دیجیتالی تولید نشده و در اختیار مردم قرار داده نشده است. این کارتها در ایران تنها در تلفنهای همراه مورد استفاده قرار گرفته اند.

بررسی کارت‌های هوشمند الکترونیکی E-cards و انواع ؛ کارکرد و عملکرد
اهمیت کارت اعتباری

با افزایش روزافزون گردش‌های مالی و انجام تجارت‌های بین‌المللی، هزینه تولید ، نگهداری و تبدیلات ارزی برای کشورها بار گزافی را در پی داشت.
برای همین در کنار روند رو به رشد فناوری، تشکیل مفهومی در بر گیرنده پول مجازی، با استفاده از ابزار الکترونیکی، باعث پیدایش تحولی در صنعت بانکداری و گرایشی با عنوان تجارت الکترونیکی گردید. در این ارتباط استفاده از ابزاری جهت بهره‌برداری از این خدمات نظیر کارت‌های خرید، ترمینال‌های خرید، دستگاه‌های خودپرداز و کیوسک‌های اطلاع رسانی متداول شد و مفاهیم نوینی مرتبط با آنها گسترش یافت.

کارت و انواع آن

نخستین ابزاری که جهت استفاده در پرداخت‌های الکترونیکی در اختیار افراد متقاضی قرار می‌گیرد کارت‌های پرداخت است. جنس این کارت‌ها معمولاً از پی‌وی‌سی است که مقاومت خوبی دارد.
در دیدگاه اول، کارت‌ها از لحاظ پذیرش در دستگاه کارت‌خوان به دو دسته تماسی و غیرتماسی تقسیم می‌شوند، در کارت‌های تماسی برای برقراری ارتباط کارت با دستگاه کارت‌خوان، قسمتی از کارت که حاوی اطلاعات است لزوماً باید درون دستگاه کارت‌خوان قرار بگیرد و Head دستگاه کارت‌خوان با آن در تماس فیزیکی باشد.
در صورتی‌که در کارت‌های غیرتماسی این ارتباط از طریق امواج رادیویی صورت گرفته و با توجه به نوع کارت و کارت‌خوان انتخاب شده، کارت می‌تواند با فواصل مختلف از کارت‌خوان قرار بگیرد. اخیراً نوع دیگری از کارت‌ها نیز مورد توجه قرار گرفته که به کارت‌های هیبرید مشهورند.
این کارت‌ها در حقیقت ماهیت جدیدی نداشته و تنها از ترکیب چند تکنولوژی ساخته شده‌اند. به عنوان نمونه در یک نوع از کارت‌های هیبریدی، کارت علاوه بر داشتن قابلیت غیرتماسی، چیپ هم دارد و توانایی استفاده در سیستم‌های تماسی نیز دارد.

کارت‌های تماسی

همان‌طور که گفته شد، کارت‌های تماسی به‌طور مستقیم با کارت‌خوان در تماس بوده و اطلاعات از طریق Head کارت‌خوان به آنها منتقل می‌شود ، لذا به‌طور نسبی امنیت بیشتری نسبت به کارت‌های غیرتماسی دارند و اکثر کارت‌های بانکی و مالی را شامل می‌شوند.
از انواع این کارت‌ها می‌توان به کارت‌های مغناطیسی و کارت‌های چیپ‌دار اشاره کرد که طیف وسیعی از کارت‌های امروزی را پوشش می‌دهند. در کارت‌های مغناطیسی اطلاعات بر روی نوار سیاه رنگی که بر روی کارت است، به‌صورت مغناطیسی نوشته و خوانده می‌شود، این نوار خود شامل سه تراک است که بر روی هر کدام از آنها اطلاعات خاصی نوشته می‌شود.
در طرف مقابل، کارت‌های چیپ‌دار از یک چیپ مدار مجتمع (IC) تشکیل شده که این چیپ می‌تواند شامل یک حافظه تنها و یا یک حافظه به همراه یک میکروپروسسور باشد.
کارت‌هایی که تنها از یک حافظه تشکیل شده باشند، کارت‌های حافظه نام دارند که معمولاً برای نگهداری اطلاعات از آنها استفاده می‌شود و امنیت بیشتری نسبت به کارت‌های مغناطیسی دارند، در سویی دیگر کارت‌های پردازنده‌دار (هوشمند) قرار دارند که به‌جز حافظه یاد شده از مزایای یک میکروپروسسور نیز سود می‌جویند و بدین ترتیب از لحاظ امنیتی ضریب بسیار بالاتری را دارند و طبیعتاً از قیمت بالاتری نیز برخوردارند.

کارت‌های مغناطیسی

اولین کارت‌هایی که به‌طور گسترده در زمینه تجارت الکترونیک و به عنوان کارت‌های بانکی مورد استفاده قرار گرفت کارت‌های مغناطیسی بودند. این کارت‌ها که با قرارگرفتن یک نوار مغناطیسی بر روی کارت‌های پی‌وی‌سی ایجاد می‌شوند، به علت محدودیت‌های فیزیکی موجود حجم اطلاعاتی زیادی را شامل نمی‌شوند.
نوار مغناطیسی روی این کارت‌ها بنا به «استاندارد ایزو 7811» از سه تراک تشکیل شده است که اطلاعات ویژه‌ای بر روی هر تراک ثبت می‌شود. تراک 1 کارت معمولاً شامل اطلاعاتی از قبیل نام دارنده و شماره حساب شخص است و سایر اطلاعات کنترلی نیز بر روی تراک‌های دیگر قرار دارد.
در برخی از خودپردازهای بانک‌ها نوشتن بر روی تراک‌ها نیز ممکن است. این کارت‌ها به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند: HiCo و LoCo. کارت‌های HiCo از کیفیت بهتری نسبت به کارت‌های LoCo برخوردار بوده و تأثیرات کمتری در استفاده مداوم، همجواری با کارت‌های دیگر و میدان‌های مغناطیسی می‌پذیرند. همچنین بر اساس آزمایشات انجام شده، درصد صحیح خوانده شدن اطلاعات در نوع HiCo بسیار بیشتر از نوع دیگر بوده و با وجود هزینه بیشتر آن ، به صرفه‌تر هستند.
به علت امنیت پایین‌تر این کارت‌ها نسبت به کارت‌های هوشمند و سهولت خواندن تراک‌‌های موجود بر روی آنها و توانایی کپی کردن اطلاعات آنها روی کارت دیگر (کپی کردن کارت) ، غالباً از این کارت‌ها در ارتباطات آنلاین و یا به عنوان کارت‌های شناسایی روزمره استفاده می‌گردد.

کارت‌های حافظه

کارت‌های حافظه (Memory Cards) در حقیقت کارت‌های چیپ داری هستند که تنها از یک حافظه تشکیل شده‌اند، که این حافظه می‌تواند غیر قابل شارژ یا با قابلیت شارژ نیز باشد.
به علت عدم وجود پردازنده کنترلی امنیت این کارت‌ها کمتر از کارت‌های هوشمند بوده ولی همچنان با تمهیدات در نظر گرفته شده امنیت بیشتری نسبت به کارت‌های مغناطیسی دارند. این کارت‌ها برای استفاده در تلفن های عمومی و پارکومترها مصرف می‌شوند.

کارت‌های هوشمند

یکی دیگر از انواع کارت‌های چیپ‌دار، کارت‌های هوشمند است که معمولا متشکل از پردازنده‌ای جهت انجام امور کنترلی، حافظه‌ای فقط خواندنی شامل سیستم عامل کارت (ماسک) و حافظه‌ای تا 64 کیلوبایت جهت استفاده هستند. به علت وجود برنامه‌های کنترلی موجود و ساختار موجود در آنها ضریب امنیتی این کارت‌ها بسیار فراتر از کارت‌های مغناطیسی است.
کارت‌های هوشمند از لحاظ ساختار داده‌ای موجود در آنها به دو دسته Data Card و Application Card تقسیم می‌شوند. در دسته اول تنها فایل‌های داده‌ای ایجاد و قابلیت ذخیره‌سازی دارند، در صورتی‌ که در نوع دوم کارت قابلیت ذخیره سازی یک برنامه کاربردی ، اجرا و ذخیره سازی نتایج آن را دارد.
در دسته‌بندی دیگری، کارت‌های هوشمند را می‌توان به دو دسته کارت‌های کاربردی و کارت‌های SAM تقسیم کرد که کارت‌های کاربردی برای استفاده پس از آماده سازی در اختیار مشتری قرار می‌گیرد، در صورتی‌که کارت‌های SAM به علت وجود الگوریتم‌های پیچیده امنیتی برای نگهداری کلیدهای لازم درون دستگاه کارت‌خوان قرار می‌گیرد و مسلماً قیمت بیشتری دارند.

کارت‌های غیرتماسی

در کارت‌های غیرتماسی انتقال اطلاعات و تمامی ولتاژهای مورد نیاز به‌صورت بی‌سیم از طریق سیگنال‌های RF (فرکانس‌های رادیویی) و روش‌های تزویج القایی صورت می‌گیرد. سیستم‌های RFID ( Radio Frequency Identification ) در ابتدا برای مسیریابی، تشخیص موقعیت اجسام و مکان سنجی استفاده گردید و بر حسب مسافت و برد لازم دو نوع Passive و Active به‌وجود آمد که تفاوت اصلی در این موارد وجود باتری (منبع تغذیه) در نوع Active برای افزایش طول برد بود.
در حال حاضر در دنیای کارت‌های غیرتماسی، با توجه به استفاده‌های مکرر، ابعاد کارت‌ها و عدم نیاز به برد و مسافت بالا از نوع Passive این سیستم‌ها استفاده می‌شود و لذا محدودیت‌هایی بر اساس فرکانس کاری و طول موج در این سیستم‌ها ایجاد می‌شود.

شخصی‌سازی کارت‌ها

با افزایش استفاده روزمره از کارت‌ها ، شخصی‌سازی آنها نیز دچار تحولات شگرفی شده ‌است. امروزه ثبت لوگوهای زیبا و جذاب در کنار موضوعات تبلیغاتی نقش بزرگی در جذب مشتری و چرخه کارت ایفا می‌کند.
عملیات و مراحل تبدیل یک کارت خام سفید که از شرکت تولید کننده کارت تحویل گرفته می‌شود به کارتی که در دسترس افراد استفاده کننده قرار می‌گیرد و مشخصات فردی دارنده کارت و شرکت صادر کننده را در بر دارد، شخصی‌سازی کارت می‌گویند. طبیعی است که شخصی سازی از فازهای گوناگون تشکیل یافته و از مراحل بسیار مهم در صدور کارت است.
یکی از جدیدترین تکنولوژی‌هایی که امروزه برای شخصی‌سازی مورد استفاده قرار می‌گیرد، ثبت متن و یا لوگوی خاصی که معمولاً نشان دهنده شرکت صادر کننده کارت است بر روی قسمت مرکزی کارت با لیزر است. به علت شرایط ویژه و هزینه بالای این تکنولوژی تعداد دستگاه‌های شخصی‌سازی محدودی از آن سود می‌جویند که می‌توان از DataCard به عنوان مهم‌ترین آنها یاد کرد.

چاپ بر روی کارت

یکی از متداول‌ترین مراحل شخصی‌سازی کارت، چاپ لوگوی شرکت صادر کننده، نام فرد استفاده کننده، عکس فرد استفاده کننده، تبلیغات و سایر اطلاعات درخواست شده بر روی کارت است که به علت مواد تشکیل دهنده کارت‌ها (پی‌وی‌سی) از چاپگرهای مخصوص کارت با ریبون‌های متفاوت استفاده می‌شود.
امروزه چاپگرهای جدید امکان بارگذاری دسته‌ای کارت‌ها، دریافت دسته‌ای اطلاعات لازم و حتی چاپ همزمان دو روی کارت را دارند. بدیهی است که هم‌زمان با خواندن اطلاعات چاپی از فایل یا پایگاه داده موجود و چاپ کارت‌ها، گزارشی نیز از مراحل انجام گرفته در نرم افزار لازمه تولید و نگهداری می‌شود.
همچنین این چاپگرها به علت وجود چیپ و نوار مغناطیسی روی کارت‌ها ، قابلیت تعریف و چاپ بر روی قسمت‌های خاصی از کارت بدون لطمه زدن به سایر قسمت‌ها را دارد و معمولاً چاپ آنها به‌صورت حرارتی و با ترکیب رنگ‌های اصلی صورت می‌گیرد.
پس از اتمام چاپ رنگی کارت نیز در صورت نیاز برخی از چاپگرها قابلیت چاپ هولوگرام و یا یک لایه محافظ (لامینیت) طرح‌دار بر روی کارت برای جلوگیری از فرسایش رنگ چاپ شده بر اثر استفاده روزمره را دارند.

چاپ برجسته (Embossing )

از این تکنولوژی معمولاً برای درج برجسته نام مشتری، شماره حساب مشتری و تاریخ انقضای کارت مشتری بر روی کارت استفاده می‌شود. در دستگاه‌های جدید علاوه بر قابلیت تعریف اندازه قلم (Font)، توانایی تعریف قلم‌های گوناگون نیز تعبیه شده ‌است، به‌ صورتی‌که دستگاه‌های حاضر توانایی پشتیبانی از قلم‌های فارسی را نیز دارند. در ارتباط با محل درج برجسته بر روی کارت نیز استانداردهایی موجود می‌باشند ولی در حالت عادی به جز محل خواندن Head محدودیتی برای محل درج وجود ندارد.

رمزنگاری چیپ/مغناطیس

پس از انجام کلیه مراحل چاپی در نهایت عمل رمزنگاری چیپ/مغناطیس صورت می‌گیرد. در این مرحله اطلاعات لازم مورد نیاز از طریق دستگاه به حافظه کارت انتقال ‌یافته و کارت برای استفاده آماده می‌گردد.
در کارت‌های هوشمند از آنجا که رمزهای تولید شده و سایر کلیدها نیز در این مرحله بر روی کارت منتقل می‌شوند، از الگوریتم‌ها و تمهیدات ویژه‌ای برای بالا بردن ضریب امنیتی استفاده می‌گردد.
در این قسمت رمز اولیه اختصاص داده شده به مشتری بر روی کاغذهای مخصوص چاپ و با پوششی مناسب پوشانده می‌شود. چون که رمزها جداگانه و مستقلاً در این ماجول استفاده می‌شوند، معمولاً بین محل نگهداری رمزها و این قسمت از سخت افزارهای امنیتی ویژه نظیر HSM استفاده می‌شود. بدیهی است که پس از چاپ رمزها به هیچ وجه رمزها نگهداری نشده و قابلیت دسترسی به آنها وجود ندارد.

پوشش کارت

پس از انجام کلیه مراحل و اطمینان از صحت آنها، کارت‌ها توسط این ماجول به‌طور اتوماتیک درون پاکت‌های مخصوص از قبل چاپ شده قرار گرفته که حاوی نام صاحب کارت، مشخصات، آدرس و بروشرهای لازم جهت استفاده است.

میکروپروسسور درکنترل فرکانس :

520B یک دستگاه فرکانس متوسط است که بوسیله میکروپروسسور کنترل می شود، دارای نمایشگر LCD یا (Liquid Crystal Display و دو خروجی می باشد.
کنترل های تاچ سوییچ و نمایشگر LCD این امکان را به استفاده کننده می دهد که با سرعت و دقت پارامترها را انتخاب کرده و بر روی نمایشگر LCD به وضوح مشاهده نماید. تراپیست به سرعت با کنترل ها آشنا شده و از سهولت استفاده در درمانهای کلینیکی لذت خواهد برد.
خصوصیات منحصر به فرد :520B مانند هر دستگاه اینترفرنشیال می تواند به صورت دو الکترودی، چهار الکترودی، چهار الکترودی با سیستم وکتوراسکن مورد استفاده قرار گیردوآن به خاطر کنترل آن به وسیکه ی میکروپروسسور است. اما آنچه این دستگاه را متمایز می سازد جریان های کاملاً اختصاصی است.

میکرو پروسسور در دستگاههای کارت خوان :

این سیستم با استفاده از کارت-بلیت هوشمند بدون تماس قادر به ثبت اعتبار مالی و دیگر اطلاعات دارنده کارت میباشد. و موارد استفاده ی آنها در این مکانهایی است .
? مترو، اتوبوسرانی، عوارض اتوبان
? تعاونی فرهنگیان، تسهیلات رفاهی و بُن کارمندی
? مراکز تفریحی و باشگاههای ورزشی
? شناسنامه پزشکی بیمار
? سلف سرویس دانشگاهها و ادارات
? پارکینگها
? کارت تلفن،
? پارکومتر،
? جایگاههای سوختگیری

مشخصات سختافزاری دستگاه:

? میکروپروسسور: 16 بیت
? پردازنده رمزنگار کمکی
? ارتقاء خودکار نرم افزاری با فلاش بایوس (منحصر بفرد در ایران)
? حافظه: 512Kb اصلی و 512Kb برای Bios
? بازسازی هوشمند اطلاعات کارت
? سازگاری ساختار کارت با استاندارد بین المللی
? ذخیره سازی دوگانه اطلاعات برای بازیافت اضطراری
? رابط: RS232, RS422 و مودم ‏(RS485 بنا به سفارش)
? پورت چاپگر
? مجهز به UPS داخلی جهت کار هنگام قطع برق
? باتری پشتیبان برای نگهداری اطلاعات
? 2 رله برای کنترل چراغ سبز و قرمز (و آژیر)
? نمایشگر با کیفیت FSTN دارای لامپ پس زمینه

امکانات جانبی:

? اتصال به راه بند،
? نمایشگر بزرگ بیرونی،
? صفحه کلید بیرونی

مشخصات کارت:

? چیپ MIFARE
? ابعاد: ISO 7816
? حافظه: 1024 بایت ‎(*8 BIT) EEPROM
? عمر خدماتی چیپ: 100000 بار نوشتن،
? 10 سال حفظ اطلاعات

گزارش پاسخهاو سؤالات منتخب

پاسخ سؤال1 : لطفا توضیحاتی در خصوص سیستمهای حمل‌و‌نقل هوشمند ارائه فرمایید، با توجه به صدور کارت هوشمند برای رانندگان و ناوگان جاده‌ای مراتب را اعلام فرمایید.

یک از موارد ایده‌ال بکارگیری سیستم‌های حمل‌ونقل ( ITS ) است که می‌تواند افق تازه‌ای برای دستیابی به تحرک مستمر درجامعه ارتباطی و اطلاعاتی را ایجاد کند.
سیستم حمل‌ونقل هوشمند ( ITS ) شامل طیف وسیعی از ابزارهای جدید برای اداره شبکه حمل‌ونقل و سرویس دهی به مسافران است. ابزارهای ( ITS ) که حمل‌ونقل تله ماتیک نیز خوانده می‌شود بر سه مشخصه اصلی اطلاعات ارتباطات و تجمع استوار می‌باشد. جمع‌آوری،‌ پردازش، تجمع و عرضه اطلاعات اساس( ITS ) است. کسانی که مستقیماً از مزایای ( ITS ) بهره‌ می‌جویند،‌ از مالکان و اداره کنندگان شبکه‌های حمل‌ونقل جاده‌ای و راه آهن،‌ استفاده کنندگان و کاربران وسایط نقلیه و دیگر مسافران گرفته تا آنهایی که مخارج زندگیشان از طریق شبکه جاده‌ای تأمین می‌گردد. همه و همه با شرایط و نیازهای گوناگون از ( ITS ) سود خواهند برد. با استفاده از ( ITS ) مسافران از ایمنی و آسایش بیشتری، اطلاعات بهتر و زمان سفر کوتاهتر بهره
خواهند جست. ( ITS ) به شبکه و اپراتورهای ناوگان برای ارائه بهتر و موثرتر خدمات کمک نموده و مسؤولین مربوطه در تعیین سیاستگذاری و اجرای اقدامات لازم برای حصول اطمینان از سیستم حمل‌ونقل پایدار در قرن آینده کمک خواهد کرد.
( ITS ) موجب مزایای ذیل برای ناوگان خودرویی و اپراتورهای زیر ساخت‌های بزرگراهها می‌شود:
1- موقعیت‌یابی خودکار وسیلة نقلیه و محموله‌ها ( AVL )
2- ارسال محموله‌ها به کمک کامپیوتر ( CAD )
3- مدیریت ناوگان حمل‌ونقل
4- نظارت دقیق بر راننده‌ها ( کاهش خسارات)
5- اخذ الکترونیکی عوارض ( ETS )
6- کرایه‌های حمل‌ونقل عمومی و صدور بلیط
در مورد صدور کارت هوشمند توسط سازمان حمل‌ونقل موارد مشروحه ذیل مورد توجه قرار گرفته است:
1- شناسایی دقیقی رانندگان فعال و غیر فعال
2- جلوگیری از صدور کارتهای تقلبی
3- پیش‌بینی مراحل صدور، تمدید، المثنی و تجدید کارت
4- استفاده از کارت و سهولت در صدور بارنامه
5- ثبت تخلفات
6- تسریع در راه‌اندازی بارنامه الکترونیکی
7- شماره پلاک، موتور و شاسی که رد ان ثبت شده است.
8- مشخصات راننده شامل: بیمه،‌ آدرس،‌ سوابق و ...
( ITS ) در واقع اختلاط فن‌آوریهای اطلاعاتی و ارتباطی با وسایل نقلیه با شبکه‌های راهی است که مسافران و کالاها بوسیلة آنها جابجا می‌شوند. استفاده کنندگان از وسایل حمل‌ونقل عمومی همه و همه از خدمات ( ITS ) استفاده می‌نمایند. سیستم حمل‌ونقل ( ITS ) باعث افزایش کارایی، امنیت، راحتی و بهبود شرایط زیست محیطی می‌گردد.
چهار مورد اصلی توسعه و ایجاد ( ITS ) به شرح ذیل می‌باشد:
1- خودروهای شخصی
2- حمل‌ونقل عمومی
3- خودروهای تجاری
4- بستر و مسائل زیربنایی جاده‌ای
ادامه دارد.....

وسایل انتقال و ذخیره انرژی

در این مقاله با گروهی از اجزاء سر و کار داریم که وجه اشتراک آنها انتقال یا ذخیره انرژی دورانی است. این اجزاء که به تفصیل به توضیح آنها می پردازیم عبارتند از: کلاچ? ترمز ? کوپلینگ و فلایویل .

کلاچ

کِلاچ (به انگلیسی: Clutch) نام یکی از قطعات خودرو است. ریشه لغوی کلاچ یک کلمه انگلیسی است و به معنی اتصال است. لیکن معنی مصطلح آن به وسیله ای اتلاق می گردد که عمل اتصال یا قطع کردن را انجام می دهد.
کلاچ دستگاهی است که به وسیله آن راننده هر زمان که بخواهد می‌‌تواند موتور را از جعبه‌دنده جدا نماید، یعنی موتور بچرخد بدون اینکه دنده‌ها در جعبه‌دنده بچرخند و در نتیجه خودرو حرکت نماید.

کاربرد کلاچ در مواقع تعویض دنده یا متوقف کردن خودرو است آن ‌هم برای اینکه موتور خاموش نشود.
دستگاه کلاچ به وسیله پدال کلاچ که زیر پلی چپ راننده قرار گرفته بکار می‌‌افتد. برای بکار انداختن کلاچ، راننده می‌‌بایست با پای چپ پدال کلاچ را تا انتها فشار بدهد.

کاربرد و چگونگی عمل کلاچ

مفهوم کلی کلاچ در واقع یک وسیله قطع کردن و یا وصل کردن است که در سیستم های انتقال نیرو بکار می رود. اصولاً در سیستم های انتقال نیرو، توان و نیروی تولید شده در موتور برای استفاده به شکلی دیگر و یا استفاده در جایی دیگر نیاز به جابه جایی و انتقال دارد. حال برای آنکه بتوان بر روی این انتقال نیرو کنترلی را اعمال کرد. ساده ترین راه استفاده از یک کلاچ است تا هر زمان که نیاز به توقف انتقال نیرو باشد، این عمل انجام پذیرد و یا بالعکس. بارزترین کاربرد کلاچ که بهترین مثال آن نیز هست، استفاده از کلاچ در اتومبیل ها و وسایل نقلیه دیگر است.
آنچه بیان شد، ساختار ساده و اساس کار یک کلاچ صفحه ای است. که در بیشتر اتومبیل ها و خودروها بکار گرفته می شود. که یک اتصال اصطکاکی میان موتور اتومبیل به عنوان منبع تولید توان و جعبه دنده اتومبیل برقرار می کند. در حالی که کلاچ اتومبیل درگیر است توان از موتور به جعبه دنده و از آنجا به چرخها انتقال می یابد. لیکن گاهی لازم می شود که دنده مورد استفاده در جعبه دنده ماشین بر حسب شرایط جاده و سرعت حرکت ماشین تغییر کند. برای آنکه بتوان این تغییر را به راحتی انجام داد، ابتدا لازم است که توان را از چرخ دنده‌های موجود در جعبه دنده قطع کرد. در این زمان است که کلاچ بکار گرفته می شود. برای قطع کردن این ارتباط توانی میان جعبه دنده و موتور از کلاچ استفاده می شود. این کار برای راننده اتومبیل می تواند به راحتی فشار دادن یک پدال به کمک پای خویش باشد. لیکن فشار دادن این پدال پایی باعث فاصله گرفتن محور جعبه دنده از صفحه در حال چرخش موتور (فلایویل) خواهد همانطوری که در مثال ذکر شده توضیح داده شد، بوجود آمدن فاصله، معادل است با قطع ارتباط و انتقال توان. در این حالت راننده برای مدت کوتاهی پدال کلاچ را نگه می دارد و در حالی که جعبه دنده تحت هیچ نیروی خاصی قرار ندارد دنده مناسب را انتخاب کرده و جعبه دنده را در آن دنده مطلوب قرار می دهد و سپس پدال کلاچ را رها می کند. در این حالت انتقال توان از موتور به جعبه دنده دوباره از سر گرفته خواهد شد.

قطعات کلاچ

• صفحه کلاچ
• دیسک کلاچ
• پدال
• دوشاخه کلاچ
• بلبرینگ کلاچ

عملکرد کلاچ

کلاچ دستگاهی است که نیروی موتور را از گیربکس قطع یا وصل می کند یا به عبارت ساده تر عمل کلاچ برای تعویض دنده های گیربکس است این عمل به وسیله پدال که زیر پای چپ راننده قرار دارد انجام می شود به این ترتیب که با فشار به پدال کلاچ صفحه فلایویل جدا می شود و نیرو به گیربکس (جعبه دنده) نمی رسد و در نتیجه چرخ های وسیله نقلیه ازاد می شود بر عکس بارها کردن کلاچ صفحه کلاچ به فلایویل می چسبد ونیروی موتور تابع سرعت و قدرت دنده گیربکس می شود قطعات کلاچ عبارتند از صفحه کلاچ و دو شاخه کلاچ و صفحه فلایویل و بلبرینگ کلاچ و اهرم و شاخک ها صفحه دهنده و دیسک کلاچ که از یک کاسه مانند از نوع چدن تشکیل شده است
همانطور که گفته شد کلاچ وسیله ای را برای جدا کردن دستگاه مولد نیرو و از سایر قسمت های استفاده از نیرو تامین می کند کلاچ انواع مختلفی دارد :
یک صفحه ای و دو صفحه ای و روغنی و خشک و کلاچ های اتوماتیک قطع کردن نیرو به علل نیرو زیر لازم است
1- گشتاور حاصل از پیستون یک موتور جرقه ای در سرعت خیلی کم صفر بوده و با زیاد شدن سرعت موتور زیاد می شود تا به حد متوسطی می رسد بنابراین برای وارد کردن گشتاور کافی به قسمت های به حرکت دراورنده خودرو (چرخ ها) در لحظه شروع به حرکت لازم است موتور قبل از انتقال نیروی خود به قسمت مورد استفاده قرار دهنده نیرو با سرعت کم و بدون بار حرکت کند
2- تعویض دنده ها تقریبا برای یک راننده در هنگام ارتباط موتور با دستگاه انتقال نیرو و غیره ممکن است کلاچ باعث قطع شدن انتقال نیرو از موتور به قسمت های حرکت کننده شده و در نتیجه عوض کردن دنده اسان می شود
3- در هنگام راه اندازی موتور بهتر است که گشتاور اینرسی قسمت های دوار را که راه انداز را به در می اورد به حداقل رساند این عمل با قطع کردن قسمت های مورد استفاده قرار دهنده نیرو از میل لنگ به وسیله کلاچ عملی می شود

صفحه کلاچ

این وسیله سبب به حرکت درامدن سایر قسمت های کلاچ می باشد صفحه کلاچ شامل رویه های اصطکاکی (لنت های صفحه کلاچ ) است که به یک صفحه فولادی پرچ شده اند صفحه فولادی حرکت دورانی را توسط فنرهای پیچشی به صفحه داخلی منتقل می کند صفحه داخلی با محور خروجی از موتور که محور ابتدایی دستگاه انتقال حرکت است درگیر است رویه های اصطکاکی بین دو عضو محرک یعنی چرخ طیار و صفحه فشار در اثر نیروی وارد از فنرهای بین روپوش و صفحه فشار کاملا تحت فشار قرار می گیرد

ازاد شدن کلاچ

برای ازاد کردن کلاچ (جدا کردن دستگاه مولد نیرو از دستگاه انتقال نیرو) کاسه ساچمه ازاد کننده (بلبرینگ کلاچ) به وسیله زائده ای که ان را به پدال کلاچ مربوط می کند به طرف چپ رانده می شود حرکت کاسه ساچمه ازاد کننده باعث می شود که اهرم ازاد کننده مانع از فشار دادن صفحه فشار شده و فنرها را تحت فشار قرار دهد رویه های اصطکاکی کلاچ (لنت های صفحه کلاچ) دیگر بین چرخ طیار و صفحه فشار دهنده تحت فشار قرار نمی گیرد عضو به حرکت درایند یعنی صفحه کلاچ ازاد خواهد بود که مستقل از اجزای متحرک یعنی چرخ طیار و صفحه فشار می چرخد

درگیر شدن کلاچ

به منظور درگیر کردن کلاچ (مربوط کردن دستگاه مولد نیرو به دستگاه انتقال نیرو) نیروی وارد به پدال کلاچ حذف می شود فنرهای صفحه فشار در این موقع سبب فشردن صفحه فشار به رویه های صفحه کلاچ می شوند بنابراین عضو به حرکت درایند بین دو عضو متحرک تحت فشار قرار می گیرد و گشتاور حاصل از موتور به طور مساوی بین چرخ طیار و صفحه فشار تقسیم می شود و بر اثر نیروی اصطکاکی مماسی بین اعضای متحرک و عضو به حرکت درایند به دستگاه انتقال نیرو منتقل می شود پمپ کلاچ برای سهولت کار کلاچ تعبیه شده و دو نوع می باشد :
یکی پمپ بالا و دیگری پمپ پایین

حذف ارتعاش میل لنگ

به علت فاصله زمانی موجود بین ضربات قدرت منطقه میل لنگ گاهی در میل لنگ ارتعاش های پیچشی شدید به وجود می اید اگر این ارتعاش ها به بدنه منتقل کننده نیرو منتقل شود صدای شدیدی تولید شده و دنده نیز به زودی سائیده می شود برای جلوگیری از این وضع بعضی انواع طرح های حذف کننده ارتعاش لازم است کلاچ بهترین جای تعبیه این طرح هاست این طرح معمولا شامل فنرهای لوله های و واشرهای اصطکاکی تعبیه شده و در صفحه کلاچ می باشد بنابراین در هنگامی که میل لنگ به طور پیچشی ارتعاش دارد حرکت نسبی بین رویه های اصطکاکی و تیغه محوری به وسیله فنرهای لوله ای امکان پذیر است و نیروی ارتعاشی به وسیله واشر اصطکاکی حذف می شود

معایب سیستم کلاچ

1- لرزش اتومبیل هنگام رها کردن کلاچ
به علت خسته شدن و از فنریت افتادن توپی صفحه کلاچ نیروی وارد به صفحه کلاچ خنثی شده و درنتیجه هنگام حرکت اتومبیل دچار لرزش می شود معیوب بودن فنرهای صفحه فشار دهنده دیسک هم همین عیب را دارد برای رفع این عیب باید صفحه کلاچ به طور کامل تعویض شود
2- بکسواد کلاچ
به علت تمام شدن لنت صفحه کلاچ یا چرب شدن لنت کلاچ بکسواد کرده و در نتیجه نیروی موتوربه یکدیگر به طور کامل منتقل نمی شود برای رفع عیب باید اقدام به تعویض لنت و رفع چربی روی لنت کرد
نکته : عواملی که باعث چرب شدن لنت می شود معیوب شدن کاسه نمد جلو گیربکس و انتهای میل لنگ است

انواع کلاچ

1- کلاچ های یک صفحه ای

یکی از متداول ترین کلاچ هایی که در صنعت اتومبیل سازی مورد استفاده قرار می گیرد کلاچ های یک صفحه ای هستند از مزایای این نوع کلاچ ها می توان به ساختار ساده، حجم کم، نیروی تماس زیاد، سایش لنت نسبتا کم و غیر حساس به سرعت های زیاد و شرایط محیطی نام برد.

2- کلاچ چند صفحه ای

یک کلاچ چند صفحه ای در شکل زیر نشان داده شده است. این نوع کلاچها از نظر ساختمان نظیر کلاچهای یک صفحه ای هستند با این تفاوت که در اینجا به بدنه محور محرک و همچنین به گلویی محور متحرک دیسکهای زیادی بسته شده اند. و از طرفی دیسکها بدون پوشش بوده و از فولادهای سخت کاری شده ساخته می شوند. این کلاچها به کلاچهای سینوسی نیز مشهورند و بین دیسکها ، ورقهای فنری b به کار برده می شوند. این فنرها باعث می شوند تا کلاچ تدریجاً و به راحتی قطع و وصل شود و در سطح تماس فشار زیادی بوجود آید. در کلاچهایی که سطوح تماس آنها از فولاد- فولاد معمولی ساخته شده است ، روغن در جدار بین دیسکها باعث چسبیدن آن دو به یکدیگر می شود. در نتیجه زمانیکه نیروی فشار را برداریم صفحات به راحتی از جدا نمی شوند. به همین دلیل وجود فنرها باعث جدا شدن آسان صفحات از یکدیگر می شود.

3- کلاچ های مخروطی :

در این نوع کلاچ نیروی اصطحکاک توسط درگیر شدن سطح جانبی یک مخروط خارجی با یک مخروط داخلی انجام می پذیرد.

4- کلاچ های اتوماتیک:

این نوع کلاچ های بدون استفاده از نیروی خارجی به طور اتوماتیک عمل قطع و وصل را انجام می دهند و معمولا به سه دسته تقسیم بندی می شوند:
الف) کلاچ های ایمنی
این کلاچ ها زمانی به کار می افتند که گشتاور چرخشی سیتم از گشتاور چرخشی تنظیم شده آن ها زیاد تر شود در این صورت ارتباط دو محور محرک و متحرک را به طور اتوماتیک قطع می کنند. لازم به ذکر است که این نوع کلاچ ها از اعمال گشتاورهای بیش از حد به سیتم جلوگیری می کند. این نوع کلاچ ها به8 صورت پینی، خشک، اصطحکاکی قابل تنظیم ساخته می شوند.
ب) کلاچ های سانتر یفیوژ
این نوع کلاچ ها در یک سرعت زاویه ای مشخص ارتباط بین دو محور محرک و متحرک را برقرار می سازند این نوع کلاچ ها با طرح های متنوع ساخته و وارد بازار می شوند.
ج) کلاچ های یک جهته
این نوع کلاچ ها حرکت را فقط در یک جهت با توجه به یک جهت چرخشی محور محرک انتقال می دهد

5- کلاچ های قطع و وصل شونده الکتریکی

این کلاچها به شکلهای یک صفحه ای ساخته می شوند. عامل اصلی عمل قطع و وصل حرکت ، انرژی حاصل از الکترومغناطیسی است. این کلاچها سریع قطع و وصل می شوند و از نظر ابعادی نسبتاً کوچک می باشند. اگرچه گران قیمت هستند ولی در سیستمهای کنترل اتوماتیک ، ماشینهای افزار و مخصوصاً در دستگاههای NC و CNC مصرف زیادی دارند. در این کلاچها برای فشاردادن صفحات به یکدیگر از نیروی الکترومغناطیسی استفاده می شود و دائماً به جریان برق احتیاج دارد. همچنین به دلیل جریان برق مداوم احتیاج به یک سیستم خنک کننده نیز می باشد. شکل زیر نمایی از یک نوع از این کلاچهاست.

6- کلاچ های قطع و وصل شونده هیدرولیکی و پنوماتیکی

سیستم ارتباط دهنده این نوع کلاچها پنوماتیکی و یا هیدرولیکی می باشند. و عمل ارتباط مکانیکی و از نوع اصطکاک است.
این کلاچ به راحتی قطع و وصل می شوند. چون تاثیر ناهمواریهای مهندسی و یا ساخت موجود در بین محورها را در موقع کار از بین می برند و همانند یک کلاچ لاستیکی عمل می کنند. از طرفی سیستم پنوماتیک آنها خیلی گران قیمت است. دیگر عیب آنها این است که فشار موجود در سطوح تماس در اثر گریز از مرکز و نیروی تولیدی آن کاهش یافته به طوریکه هرچه قدر سرعت زیاد شود فشار سطح کم می شود. کلاچهای هیدرولیکی ساختمانی مشابه کلاچهای پنوماتیکی دارند با این تفاوت که در آنها از روغن به جای گاز استفاده می شود.

ترمز

به ابزاری که برای بازداشتن یک وسیله از حرکت بکار می‌رود تُرمُز گفته می‌شود.
واژه ترمز از زبان روسی وارد فارسی شده‌است.
ترمز ای بی اس (ABS(Anti lock Brake System به معنی سیستم ضد قفل ترمز
ترمز در خودروها به چند صورت وجود دارد:
1- ترمزهای سیمی
2- ترمزهای هیدرولیکی
3- ترمزهای پنوماتیکی .
ترمزهای سیمی در خودروها کاربرد زیادی ندارند و در ترمز دستی خودرو کاربرد دارند نوع هیدرولیکی بیشترین کاربرد رادارد و رایج ترین ترمز مورد استفاده در خودروهای سبک وسنگین می‌باشد ترمزهای پنوماتیکی در خودروهای سنگین بکار می‌رود و به وسیله? فشار هوا عمل ترمز گیری صورت میپذ یرد.طرز کار کلی ترمزهای هیدرولیکی به این صورت است که بر اثر فشار وارده به پدال ترمز به وسیله? اهرم بندی نیرو به پمپ اولیه? روغن وارد شده و پیستون موجود در پمپ روغن مقابل خود رابافشار به داخل لوله‌ها می‌فرستد و روغن به داخل دستگاه ترمز می‌رود و دستگاه ترمز با توجه به نوع خود که ممکن است کاسه‌ای یا دیسکی باشد عمل ترمز گیری راانجام می‌دهد
در اینجا به تعریف نوع خاصی از ترمز می پردازیم:

ترمزهای ضد قفل

نگه داشتن ناگهانی یک اتومبیل در جاده ی لغزنده می تواند بسیار خطرناک باشد.ترمزهای ضد قفل خطر های این واقعه ی ترسناک را کاهش می دهد.در واقع روی سطوح لغزنده حتی راننده های حرفه ای بدون ترمزهای ضد قفل نمی توانند به خوبی یک راننده ی معمولی با ترمزهای ضد قفل ترمز کنند.

بدست آوردن یک مفهوم کلی از ترمزهای ضد قفل:

تئوری ترمز های ضد قفل بسیار ساده است.یک چرخ در حال لیز خوردن(به طوری که سطح تماس تایر نسبت به زمین سر بخورد) نسبت به چرخی که لیز نمی خورد نیروی اصطکاک کمتری دارد.اگربا اتومبیل خود در یخ گیر کرده باشید می دانید که اگر چرخها بچرنخد هیچ نیروی جلو بری به اتومبیل وارد نمی شود زیرا سطح تماس چرخ نسبت به یخ لیز می خورد.
ترمزهای ضد قفل با جلوگیری کردن از سر خوردن چرخ ها در هنگام ترمز کردن،دو مزیت را بوجود می آورند:اول اینکه خودرو زود تر متوقف می شود و دوم اینکه می توان خودرو را هنگام ترمز کردن نیز هدایت کرد.
در ترمز های ضد قفل چهار بخش اصلی وجود دارد:
? حسگر های سرعت
?پمپ
?سوپاپ ها
?کنترل کننده

پمپ وسوپاپ های ترمز ضد قفل

حس گرهای سرعت:
سیستم ترمز ضد قفل باید بداند چه موقع چرخ در حال قفل کردن است،حسگرهای سرعت که در هر چرخ یا در بعضی مواقع در دیفرانسیل قرار گرفته اند این اطلاعات را فراهم می کنند

سوپاپ ها:

در هر لوله ی ترمز که به هر ترمز می رود یک سوپاپ وجود دارد که با کنترل کننده کنترل می شود،در بعضی از سیستم ها سوپاپ سه حالت دارد:
?در حالت اول سوپاپ باز است و فشار از سیلندر اصلی مستقیما به ترمز می رسد
?در حالت دوم سوپاپ لوله ی ترمز را می بندد و ترمز را از سیلندر اصلی جدا می کند،این حالت از افزایش بیش از حد فشار ترمز وقتی راننده روی پدال فشار می آورد،جلو گیری می کند
?در حالت سوم سوپاپ مقداری از فشار ترمز را کم می کند

پمپ:

چون سوپاپ می تواند فشار ترمز را کم کند باید به طریقی این فشار از دست رفته را جبران کرد واین کاری است که پمپ انجام می دهد.بعد از اینکه سوپاپ فشار را در یک ترمز کم کرد پمپ دو باره فشار ایجاد می کند

کنترل کننده:

کنترل کننده یک پردازنده است که با توجه به حسگرهای سرعت، سوپاپ ها را کنترل می کند.

ترمز ضد قفل هنگام عمل کردن:

انواع مختلف و الگوریتم های کنترل گوناگونی برای ترمز های ضد قفل وجود دارد.ما درباره ی طرز کار یکی از ساده ترین انواع آن توضیح می دهیم.
کنترل کننده همیشه حسگرهای سرعت را کنترل می کند و به دنبال کاهش سرعت غیر معمول در چرخ ها می گردد.دقیقا قبل از اینکه چرخی قفل کند کاهش سرعت شدیدی را تجربه می کند اگر این چرخ کنترل نشود بسیار زودتر از زمانی که خودرو برای متوقف شدن نیاز دارد قفل خواهد کرد.یک خودرو که با سرعت 60مایل در ساعت حرکت می کند درشرایط ایده آل حدود 5 ثانیه زمان لازم دارد تا بایستد اما یک چرخ در کمتر از یک ثانیه از چرخیدن می ایستد و قفل می کند.
کنترل کننده می داند که یک چنین کاهش سرعتی در چرخها غیرممکن است.بنابراین در چرخی که کاهش سرعت غیر معمول داشته فشار ترمز را کاهش می دهد تا زمانی که حسگر آن چرخ افزایش سرعت را ثبت کند آنگاه کنترل کننده دوباره فشار ترمز را افزایش می دهد تا اینکه حسگر ها کاهش سرعت را گزارش کنند.کنترل کننده این کار را بسیار سریع وقبل از آنکه تایر تغییر سرعت زیادی داشته باشد انجام می دهد نتیجه این است که حرکت چرخ ها با همان شدتی که از سرعت خودرو کم می شود کند می گردد و ترمز ها چرخ ها را نزدیکی نقطه ی قفل کردن نگه می دارند که این به سیستم بیشترین نیروی ترمز کردن را می دهد.
وقتی ترمز ضد قفل در حال کار کردن است شما ضربات منظمی در پدال ترمز احساس می کنید که به خاطر باز و بسته شدن سریع سوپاپ ها است.بعضی از ترمزهای ضد قفل تا 15بار در ثانیه این کار را انجام می دهند.

انواع ترمزهای ضد قفل:

ترمزهای ضد قفل طراحی های مختلفی دارند که به نوع ترمز به کار رفته بستگی دارد.ما به آنها بر اساس تعداد کانال ها(تعداد سوپاپ هایی که به طور جداگانه کنترل می شوند) و تعداد حسگر های سرعت اشاره می کنیم:
?ترمز ضد قفل با چهار کانال و چهار حسگر سرعت:این بهترین طراحی است که در آن برای هر چرخ حسگر و سوپاپ جداگانه ای وجود دارد با این روش کنترل گر هر چرخ را به طور مجزا بررسی می کند تا به هر چرخ بیشترین نیروی اصطکاک وارد شود.
?سه کانال و سه حسگر:این روش بیشتر در وانت ها و کامیون ها با چهار چرخ ضد قفل استفاده می شود و در آن برای هر چرخ جلو یک حسگر و یک سوپاپ وجود دارد اما برای دو چرخ عقب فقط یک حسگر و یک سوپاپ وجود دارد.حسگر سرعت چرخ های عقب روی محور عقب قرار دارد.
در این حالت برای هر چرخ جلو کنترل جداگانه وجود دارد بنابراین چرخ های جلو به بیشترین نیروی ترمزی می رسند. چرخ های عقب قبل از فعال شدن سیستم ضد قفل، قفل می کنند. با این سیستم ممکن است یکی از چرخهای عقب هنگام ترمز کردن قفل کند که نسبت به حالت چهار کاناله باعث کاهش کارایی ترمز می شود.
?یک کانال و یک حسگر:این سیستم در وانت ها و کامیون ها با محور عقب ضد قفل وجود دارد که یک سوپاپ برای کنترل هر دو چرخ عقب و یک حسگر سرعت واقع در محور عقب دارد
این سیستم مشابه قسمت عقب سه کاناله عمل می کند دو چرخ عقب با هم کنترل می شوند و قبل از فعال شدن سیستم ضد قفل هر دو قفل می کنند.در این روش هم ممکن است یکی از چرخ های عقب هنگام ترمز کردن قفل کند که باز هم باعث کاهش کارایی ترمز می شود.
این سیستم به سادگی قابل تشخیص است.معمولا یک لوله ی ترمز وجود دارد که با یک اتصالT شکل به دو چرخ عقب وصل می شود.شما می توانید حسگر های سرعت را با مشاهده ی اتصالات الکتریکی نزدیک دیفرانسیل در محورعقب پیدا کنید.

جنس مصرفی برای کلاچ ها و ترمزها

تاحدود سال 1930 برای ایجاد اصطکاک از اجسامی چون چرم و چوب و چوب پنیر و غیره را به عنوان عصر اصطکاک در تماس با فلزاتی چون چدن ، فولاد ، برنج قرار می دادند هرچند این اجسام دارای ضریب اصطکاک قابل قبولی بودند ولی عواملی چون رطوبت و روغن و درجه حرارت بالا عملکرد صحیح آن ها را مختل می نمود.
از سال 1930 لنت هایی از ماده اولیه آسبست و پود فلزات ساخته شد که دارای سائیدگی کم و مقاومت در درجه حرارت بالا ، داشتن ضریب اصطکاکی بالا و بالاخره کمتر بودن اثر رطوبت و روغن استفاده می شود این لنت ها به چهار دسته تقسیم می شود.

1- لنت با آسبست بافته شده

از الیاف آسبست حول سیمهایی از مس ، برنج ، سرب و قلع بافته شده و سپس در لاستیک ، نوعی آسفالت ( مخروطی از قیر و ذرات فلزی ) و یا اجسام دیگری پخته شده است که بعداً بمقدار زیادی فشرده می شود. آسبست بافته شده دارای عمر نسبتاً زیاد بود و مقدار معینی ارتجاعی می باشد.

2- لنت با آسبست ریخته شده

از الیاف کوتاه آسبست که در جوار اجسام دیگری که بافته شده است ساخته می شود.

3- لنت ریخته شده نیمه فلزی

تشکیل می شود از آسبست و پودر مس با اجسام سنتزی ( مصنوعی ) چسبان ، که معمولاً بضخامت تا اینچ برروی کفشکهای فلزی ریخته می شود. وجود پودر مس در آن باعث می شود که ضریب هدایت حرارتی بهتری نسبت به آسبست ریخته شده داشته باشد.

4- لنت مالشی پودر فلزی

که از پودر فلزات مس ، قلع ، آهن ، سیلیسیم یا اجسامی از قبیل آلومین ، سیلیکا ، کاربیت و گرافیت درست می شود. که این اجسام دارای سائیدگی کم و بدین ترتیب می توان آنها را با ضخامت های آسبست ، سیلیکات کلسیم و منیزیمکم مانند 006/0 تا 010/0 اینچ بکار برد.

کوپلینگ

کوپلینگ ها اجزایی از ماشین هستند که حرکت و توان را از انتهای یک محور دریافت و به محور دیگر منتقل می کنند. در کوپلینگ ها قطع ارتباط بین محور محرک و متحرک وجود ندارد. در یک دسته بندی کلی کوپلینگ ها به دو نوع صلب و انعطاف پذیر تقسیم بندی می شوند.

1- کوپلینگ های صلب (سخت)

این نوع کوپلینگ ها جهت اتصال دو محور کاملا هم راستا در تجهیزاتی که در آن ها هم محوری دقیق دو محور ضروری و قابل دسترس است استفاده می شود لازم به ذکر است که هر گونه عدم تقارن محوری در این نوع کوپلینگ ها خرابی های سریع را در اثر تشت های بالا به دنبال دارد این نوع از کوپلینگ ها به دو دسته تقسیم بندی می شوند:
1-1 کوپلینگ های پوسته ای
در این نوع کوپلینگها ، دو نصفه پوسته با فشار پیچها روی محور بسته شده و گشتاور چرخشی بوسیله اصطکاک به محور منتقل می گردد. هردو محور با خار انطباقی به پوسته متصل می شوند ، مونتاژ این کوپلینگها آسان است ولی فقط امکان انتقال قدرت بین دو محور هم قطر را میسر می سازد. این نوع کوپلینگ انتقال گشتاورهای کم را امکان پذیر می نماید.
2-1 کوپلینگ های فلنچی
سطح بیرونی بوش لغزشی مخروطی بوده و لذا در اثر محکم کردن پیچها اتصال فشاری و اصطکاک کافی بین فلنچ و بوش برقرار می گردد. دو محور در این اتصال بایستی کاملاً همراستا باشند ، مونتاژ و دمونتاژ این نوع کوپلینگ به آسانی انجام می شود.

2- کوپلینگ های انعطاف پذیر

کوپلینگ های انعطاف پذیر در انواع مختلف تجاری در دسترس هستند که هر یک برای شرایط کاری خاصی مناسب می باشند این نوع کوپلینگ ها می توانند عدم تقارن محوری شعاعی و زاویه ای را بین محور محرک و متحرک تحمل کنند.
کوپلینگهای انعطاف پذیر چهار وظیفه اصلی بر عهده دارند :
1- انتقال گشتاور و سرعت از محرک به متحرک
2- خنثی و مستهلک کردن ارتعاشات
3- جبران نامیزانیها
4- تاثیر بر فرکانس طبیعی سیستم
مقادیر ناهمراستایی مجاز کوپلینگها را باید از کاتالوگهای سرندگان بدست آورد ولی به طور کلی ناهمراستایی محوری مجاز در کوپلینگهای کوچک به in 005/0 و در کوپلینگهای بزرگ به in 03/0 محدود می باشد. حداکثر نامیزانی زاویه ای مجاز هم معمولاً در حدود در نظر گرفته می شود.
با توجه به طیف وسیعی از انواع کوپلینگ های انعطاف پذیر ، وجود یک دسته بندی جامع که بتواند تمام انواع را در برگیرد در دسترس نیست. لذا از دسته بندی انواع کوپلینگهای انعطاف پذیر صرف نظر می شود.
1-2 کوپلینگ توربوفلکس
این کوپلینگ از دو فلنچ و یک قطعه واسطه که اکثراً یک محور تو خالی می باشد تشکیل شده است. گشتاور چرخشی توسط واشر فنری منتقل می گردد و به کمک آن مقداری جابجایی محوری و زاویه ای میسر می شود. این نوع کوپلینگ توانایی تحمل نیروهای شعاعی زیاد ( مانند نیروهای اعمال شده به غلتکهای دستگاه نورد ) را دارا می باشد.
2-2 کوپلینگ شبکه ای ( فالک )
در این نوع کوپلینگ ، گشتاور از طریق یک فنر انعطاف پذیر به شیارهای فولادی روی کوپلینگ انتقال می یابدو بین دو نیمه کوپلینگ کمی فاصله وجود دارد که تا حدی نامیزانی محوری را جبران نموده و قابلیت تحمل بارهای ناگهانی سبک را بدلیل وجود فنریت پیچشی را بوجود می آورد. استفاده از محفظه و گریسکاری برای این کوپلینگ لازم است.
3-2 کوپلینگ های زنجیری
کوپلینگ زنجیری از دو چرخ زنجیر تشکیل شده است که توسط یک زنجیر دو ردیفه به یکدیگر متصل می گردند بدلیل وجود کمی لقی بین اجزاء رنجیر ، این نوع کوپلینگ مقادیر کم نامیزانی زاویه ای ، محوری و شعاعی را تحمل می کند. جهت طولانی شدن عمر کاری ، دندانه های چرخ زنجیرها سخت کاری می گردد.
کوپلینگ بایستی گریسکاری شده و درون یک محفظه بسته پر از گریس قرارداده شود.
4-2 کوپلینگ های چرخ دنده ای
کوپلینگ چرخ دنده ای از دو توپی متصل به چرخ دنده تشکیل شده که یک بوش هزار خاری آنها را به یکدیگر متصل می کند. بدلیل وجود لقی بین دنده ها و همچنین خاصیت عملکرد کشویی امکان جذب نامیزانی های دورانی ، زاویه ای و محوری و محوری را دارا می باشد. قابلیت انتقال توانهای زیاد در مقایسه با سایر انواع کوپلینگ ( به نسبت ابعاد و وزن ) از مشخصات کوپلینگ چرخ دنده ای است. مقدار نامیزانی مجاز و ظرفیت انتقال بار به شکل و لقی و زاویه فشار دنده ها بستگی دارد.
5-2 کوپلینگ فکی
کوپلینگ فکی یکی از متداولترین انواع کوپلینگهای انعطاف پذیر است که با استفاده از یک ضربه گیر الاستومری از انتقال ارتعاش و ضربه جلوگیری نموده و نامیزانیهای محور را جذب می نماید. این نوع کوپلینگ علیرغم حجم و ابعاد کم قابلیت انتقال توانهای بالا را دارا بوده و در طرحهای متنوع جهت کاربردهای عادی و اختصاصی استفاده می شود. مقدار سختی عضو الاستومری ، دمای کاری ، مقاومت شیمیایی و صلبیت پیچشی آن بسته به شرایط عملکرد تعیین می گردد.
معمولاً درجه حرارت کاری این نوع کوپلینگ در محدوده 40- تا 120 درجه سانتیگراد می باشد. توپی های کوپلینگهای فکی معمولاً از فولاد یا چدن ساخته می شوند.
6-2 کوپلینگ رولکس
اصلی ترین ویژگی این نوع کوپلینگ قابلیت انعطاف زیاد در جهت دورانی و جلوگیری از انتقال ضربه و ارتعاش می باشد.
7-2 آکارد ئونی
قابلیت تحمل نامیزانیهای زاویه ای و محوری و جذب ارتعاشات پیچشی مهمترین ویژگی این کوپلینگ است.
8-2 پارافلکس ( چرخی )
این نوع کوپلینگ ضمن تحمل ناهمراستایی محوری و زاویه ای قابلیت جذب ارتعاشات پیچشی را نیز دارا می باشد.
9-2 کوپلینگ متغیر زاویه ای ( یونیورسال)
کوپلینگهای انعطاف پذیر بسته به طرح و ساختمان داخلی می توانند ناهمراستایی زاویه ای را تا حدود 3 درجه و ناهمراستایی محوری را تا تحمل کنند. ولی در برخی از کاربردها لازم است که دو محور ناهمراستایی بیشتری داشته باشند. در این گونه کاربردها از چهارشاخه یا اتصال یونیورسال استفاده می شود. مفصلهای یونیورسال در سرعتهای بسیار پائین امکان کار تحت زاویه را نیز دارا هستند. ولی حداکثر زاویه قابل توصیه جهت سرعتهای بیشتر از rpm10 ، می باشد. در سرعتهای بالاتر از rpm600 این زاویه به حداکثر محدود می گردد.
معرفی پارامترهای موثر در انتخاب و فاکتورهای مشخصه هر کوپلینگ
برای انتخاب کوپلینگ فقط اطلاع از مقدار بار و قطر محور کافی نیست بلکه می بایست کلیه شرایط حاکم بر انتقال قدرت مورد بررسی قرار گیرد. نحوه سوار شدن دو نیمه کوپلینگ ، مقدار نامیزانی محورها ، محدوده گشتاور انتقالی و دمای سیستم از جمله مواردی است که بایستی قبل از انتخاب کوپلینگ مورد توجه قرار گیرد.
قبل از انتخاب کوپلینگ موارد زیر را مشخص کنید :
1- نوع سیستم محرک ( موتور الکتریکی ، موتور احتراقی ، تعداد سیلندر و ... )
2- نوع سیستم متحرک ( فرم پمپ ، سنگ شکن ، مخلوط کن و .... )
3- گشتاور نامی ( در عملکرد پیوسته )
4- گشتاور حداکثر در شروع و خاتمه حرکت و هنگام مواجهه با اضافه بار )
5- گشتاور ارتعاشی T ( میزان نوسان گشتاور حول مقدار نامی )
6- تعداد خاموش و روشن شدن در یک ساعت
7- مقدار و نوع نامیزانی بین محور های محرک و متحرک ( زاویه ای ، محوری ، هردو )
8- طریقه نصب کوپلینگ روی محور ( محور به محور ، محور به چرخ طیار ، انطباقی و .... )
9- اندازه محور ( قطر محورهای محرک و متحرک )
10- دمای کاری
11- محدوده سرعت دوران ( محدوده های حداقل و حداکثر سرعت )
12- ضریب عملکرد ( ضریبی که بتواند اثر مجموعه پارامترهای فوق را اعمال نماید. )

مشخصه های کوپلینگ

پس از تعیین شرایط عملکرد سیستم ، می بایست ضمن مقایسه مشخصه های کوپلینگ با شرایط عملکرد ، بهترین کوپلینگ را انتخاب نمود و مشخصه های هر کوپلینگ عبارتند از :
1- ظرفیت انتقال گشتاور ( Torque capcity )
2- حداقل و حداکثر قطر سوراخ کوپلینگ ( Bore size )
3- طریقه نصب (Type f mounting )
4- نامیزانی مجاز ( Permissiable misalignment )
5- محدوده حداکثر سرعت مجاز ( Maximum speed range )
6- انعطاف پذیری جسم ( Material fle ility )
و قابلیت کار در محیطهای گرم روغنی و صلبیت پیچشی کافی.

انتخاب کوپلینگ

اولین قدم جهت انتخاب کوپلینگ برمبنای گشتاور انتقالی و قطر محور برداشته می شود. سپس مناسب بودن کوپلینگ جهت شرایط نصب مقدار نامیزانی مجاز و سرعت و دمای عملکرد کنترل می گردد. بررسی امکان بروز پدیده تشدید ( رزونانس ) نیز نباید فراموش شود. البته در مواردی که محرک موتور الکتریکی دارای عملکرد آرام و مقادیر بار کم باشد ، معمولاً نیازی به بررسی پدیده تشدید نخواهد بود. برای سیستمهایی که دارای حرکت آرام هستند. معمولاً ضریب عملکردی برابر 5/1 در نظر گرفته می شود که این ضریب در گشتاور نامی ضرب شده و گشتاور بدست آمده مبنای انتخاب کوپلینگ قرار خواهد گرفت.
به عنوان یک ملاک کلی ، کوپلینگ ها بایستی سیکل دوران تحت حداکثر گشتاور در شرایطی که فرکانس نوسانات گشتاور بیش از 60 هرتز در ساعت نباشد تحمل کنند.
در ارتباط با نیروهای ارتعاشی ، کوپلینگ بگونه ای انتخاب می گردد که ارتعاشات وارد شده به آن عمدتاً جذب و مستهلک گردیده و به محور بعدی منتقل نشود. نرخ استهلاک ارتعاشات به میزان قابلیت جذب ارتعاش در عضو انعطاف پذیر وابسته است. جنس های نرمتر از قابلیت جذب ارتعاش بیشتری برخوردارند.
در ارتباط با نامیزانی مجاز ، اولاً کوپلینگ باید بتواند بین دو محور که نسبت به یکدیگر نامیزانی دارند قرار گرفته و گشتاور را منتقل کند و ثانیاً در اثر قرار گرفتن بین دو محور نامیزان نیروی زیادی به آنها وارد ننماید.
فرکانس طبیعی یک سیستم با توجه به مقدار اینرسی و صلبیت آن تعیین می گردد. پس از طراحی و ساخت یک سیستم تغییر مقدار صلبیت آن کار دشواری است در حالیکه با انتخاب کوپلینگ مناسب و کنترل صلبیت سیستم به راحتی می توان فرکانس طبیعی را تغییر داد.

فلایویل

درقسمت انتهای میل لنگ فلایویل قرار دارد فلایویل که بنام چرخ طیار یا چرخ لنگر نیز خوانده می شود وزنه سنگینی است که در کار موتور تاثیر بسزایی دارد و عملیات زیر به عهده فلایویل قرار دارد
الف : در زمان احتراق که پیستون از نقطه مرگ بالا به نقطه مرگ پایین می اید جلوی ضربه را گرفته و لرزش موتور را از بین می برد
ب: چون قدرتی که از طرف پیستون به میل لنگ داده می شود یکنواخت نیست موجب می شود که سرعت میل لنگ کم یا زیاد شود اینرسی فلایویل تمایل دارد که انرا با سرعت ثابت حرکت دهد بنابراین فلایویل در موقعی که میل لنگ تمایل به افزایش سرعت داشته باشد قدرت را گرفته و هنگامیکه تمایل به کاهش سرعت داشته باشد قدرت به ان پس میدهد این عمل ضربات وارده از پیستون را خنثی کرده و مانع شکسن و پیچش میل لنگ می شود بزرگی و سنگینی فلایویل نسبت عکس باتعداد سیلندرها دارد مثلا فلایویل ماشین چهار سیلندر از فلایویل ماشین هشت سیلندر بزرگتر و همین طور سنگین تر می باشد
ج: نیروی انفجاری را در خود ذخیره نموده و برای تکمیل عملیات سه گانه بعدی به میل لنگ کمک می کند
د: در سطح خارجی (محیط میل لنگ) دنده های مخصوصی نصب شده که به منظور گردانیدن موتور به وسیله دستگاه الکتریکی استارت این دنده با دنده استارت درگیر شده و باعث گردش میل لنگ و روشن شدن موتور می شود
و : فلایویل یکی از قطعات دستگاه انتقال نیرو محسوب شده و نیروی موتور بوسیله کلاچ از این قطعه به جعبه دنده منتقل می شود فلایویل روی صفحه مدور نعلبکی شکلی که در انتهای میل لنگ قرار دارد و بنام فلانچ معروف است توسط پیچشهای متصل می شود در مرکز دایره فلانچ سوراخی وجود دارد که بعنوان تکیه گاه سر شفت ورودی گیربکس بوده و برای جلوگیری از اصطکاک داخل سوراخ از بوش یا بلبرینگ استفاده شده است در ضمن در جلوی میل لنگ چرخ دنده میل لنگ قرار گرفته که با زنجیر یا تسمه یا درگیری مستقیم با دنده میل سوپاپ درگیر می شود که این دنده نصف دنده میل سوپاپ بوده ضمنا نیروی میل لنگ به وسیله پولی سر میل لنگ و تسمه پروانه باعث گردش پولی پروانه و پولی دینام می شود
آزمایشهای فلایول (چزخ طیار یا چرخ لنگر)
ساده ترین کنترل فلایویل موقعی است که فلایویل در محل خودش یعنی روی میل لنگ و موتور سوار و همچنین برای کنترل ان می توان از پایه های جناغی بلند و یا مرغک تراش استفاده کنیم
الف: کنترل مسطح بودن فلایویل (تاب نداشتن)
ب: کنترل مرکز بودن محل بلبرینگ شفت
ج: کنترل لنگی عمودی فلایویل
د: کنترل دنده فلایویل
ه: بررسی و دراوردن دنده فلایویل
خ: خط افتادن دنده فلایویل
ز: گشاد شدن محل پیچ های فلایول

منابع:

http://khodroha.com
http://fa.wikipedia.org
http://3305.blogfa.com
http://science-ak.blogfa.com
http://forum.gigapars.com

رعایت ایمنی در تست تجهیزات برق دار (راهنمای عمومی)

هدف از نگارش این راهنما چیست؟

این نوشتار راهنمای اولیه پبرامون تست ایمن تجهیزات برقی را ارایه نموده و مورد استفاده افرادی قرار می گیرد که در کارگاه تست وسایل برقی کار کرده و یا فرآیند تست را مدیریت می کنند. همچنین این راهنما برای کسانی که مستقیماً با تست تجهیزات برقی سر و کار دارند، مفید بوده و حاوی مطالب و اطلاعات تفصیلی در باره انواع خاص تست وسایل برقی نیز می باشد. تست تجهیزات برقی به دلایل متعددی انجام می شود که از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد:
1. تست های تضمین کیفیت قطعات به کار رفته در تجهیزات برقی
2. تست های مربوط به تشخیص عیب وسایل برقی
3. تست شناسایی خطای دستگاه های برقی
4. کنترل های روتین ایمنی
این راهنما همچنین حاوی توصیه هایی است که می توان به کمک آنها از خطرات الکتریکی جلوگیری به عمل آورده و یا میزان خطرات را کاهش داد. برخی از روش هایی که به کمک آنها می توان به این کار مبادرت نمود، عبارتند از:
1. به کار بردن سیستم های ایمنی در کار، برای مثال:
الف) اقدامات پیشگیرانه برای جلوگیری از تماس افراد با قسمت های برقدار تجهیزات به ویژه افرادی که کار تست را انجام نمی دهند.
ب) اقدامات پیشگیرانه برای جلوگیری از تماس افراده تست کننده تجهیزات با قسمت های برقدار دستگاه ها
پ) حفاظت و عایق کاری تجهیزات برقی که اپراتورها بر روی آنها کار می کنند و نیز عایق کاری و حفاظت دستگاه هایی که به کمک آنها، عملیات تست انجام می شود.
2. استفاده از تجهیزات مناسب برای انجام عملیات تست
3. حصول اطمینان از به کار گماردن افرادی که در زمینه تست تجهیزات آموزش های لازم را دیده و تجربه کافی دارند و نیز در زمینه عملیات ایمنی کار با تجهیزات دارای آگاهی های لازم هستند.
به چه نوع تست هایی در این راهنما اشاره شده است؟
این راهنما دربردارنده تست تجهیزات برقی (عمدتاً تجهیزات فشار ضعیف تا سطح ولتاژ 1000 ولت AC یا 1500 ولت DC) بوده و مربوط به مواقعی است که تجهیزاتی نظیر لوازم برقی خانگی مورد استفاده قرار می گیرند. بیشتر این تجهیزات به منابع تغذیه اصلی 230 ولت AC تکفاز و 400 ولت AC سه فاز وصل می شوند که البته می توان منابع تغذیه با ولتاژهای بالاتر و در برخی موارد ولتاژهای بیش از محدوده فشار ضعیف را نیز مورد استفاده قرار داد. در فرآیند تست تجهیزات برقی، برخی از ولتاژهای اعمال شده به تجهیزات ممکن است بیش از ولتاژهای محدوده فشار ضعیف باشد ولی در صورتی که ماکزیمم جریان خروجی دستگاه تست کننده بیش از 5 میلی آمپر نباشد، این ولتاژها خطرناک نخواهند بود (توجه داشته باشید که قبلاً جریان 5 میلی آمپر AC ملاک عمل قرار می گرفت اما از ماه می 2001، حداکثر جریان دستگاه های جدید تست کننده بایستی به 3 میلی آمپر AC محدود شود).

منظور از خطرات منجر به حوادث و صدمات چیست؟

حوادث و ضایعات زمانی رخ می دهند که قسمت های برقدار تجهیزات لخت بوده و افراد با این قسمت ها تماس برقرار کنند و یا بدنه دستگاه ها که می بایست به سیم ارت وصل شوند، با ولتاژ خطرناکی برقدار شده باشند. در خلال تست تجهیزات برقی و هنگام یافتن خطاها به ویژه موقعی که هادی های بدون روکش حامل ولتاژهای خطرناک باشند، احتمال تماس با قسمت های برقدار تجهیزات افزایش می یابد. چنانچه تست در حالی انجام پذیرد که تجهیزات برقی از هر منبع تغذیه خطرناکی ایزوله شوند، می توان خطرات منجر به حوادث و صدمات را به حداقل ممکن رساند. اگر چه ایزوله کردن تجهیزات برقی همیشه امکان پذیر نیست، ولی بایستی مراقب بود تا از تماس با هر ولتاژ تولیدی خطرناک جلوگیری به عمل آید. خطرناک ترین صدمات در نتیجه حوادث ناشی از برق گرفتگی به وجود می آید و این بدین خاطر است که اثرات برق گرفتگی عمدتاً غیرقابل پیش بینی بوده و به سادگی می تواند منجر به حوادث مرگبار شود. همچنین خطر صدمه و سوختگی ناشی از آرک زدگی که در اثر تماس هادی ها با یکدیگر و در نتیجه اتصال کوتاه پدید می آید، نیز وجود دارد. از دیگر خطرات تهدید کننده، می توان به خطر ناشی از واکنش بدن فرد در برابر حوادثی مانند سقوط یا وارد شدن شوک به بدن مصدوم در اثر برق گرفتگی اشاره کرد. برق گرفتگی زمانی رخ می دهد که تماس با هادی برقدار سبب عبور جریان کافی از طریق بدن انسان شده و منجر به آسیب و صدمه گردد. در حالت کلی، ولتاژهای بیش از 50 ولت AC یا 120 ولت DC بدون ریپل در مکان های خشک و نیز فضاهای باز و نارسانا را بایستی جزو ولتاژهای خطرناک به شمار آورد. چنانچه محل کار نمناک، محدود و یا رسانا باشد، مقادیر ولتاژهای مزبور را باید کاهش داد و بنابراین وقتی چنین محیط کار متفاوتی وجود داشته باشد، متصدیان کار و نیز افرادی که مستقیماً عملیات تست را انجام می دهند، باید از افزایش احتمالی خطرات منجر به صدمات و حوادث آگاهی کامل داشته باشند. در برخی تجهیزات از قبیل مایکروفر، ولتاژهای فشار قوی با پتانسیل چندین هزار ولت مورد استفاده قرار گرفته و چنانچه با هادی های حامل این ولتاژها تماس ایجاد شود، خطر بسیار زیادی متوجه فرد شده و ممکن است منجر به صدمات مرگبار شود. جریان های در حد 5 میلی آمپر و یا بارهای ذخیره شده در تجهیزات برقی می توانند منجر به بروز جراحت و صدمه بدنی شوند. بنابراین باید اقدامات مناسبی انجام شود تا از تماس فرد با بارهای ذخیره شده بیش از 350 میلی ژول جلوگیری به عمل آید. اگر در نقطه تماس بدن با قسمت های خطرناک تجهیزات برقی، پوست بدن سوراخ شده و یا بریدگی در آن ایجاد شود، جریان شوک وارده به بدن و در نتیجه میزان جدیت خطر بیشتر خواهد بود. البته پوست سالم هم ممکن است در زمان تماس با برق یا در اثر سوختگی ناشی از جریان و یا در نتیجه نفوذ هادی های لخت و نوک تیز به آن صدمه ببیند.

ارزیابی ریسک و خطرات

افزون بر عواملی همچون سطح ولتاژ، میزان بار ذخیره شده یا میزان جریان برق و نیز طبیعت محیط، عوامل دیگری هم وجود دارند که برای ارزیابی خطرات ناشی از جراحات و صدمات ناشی از تست تجهیزات برقی می بایست مد نظر قرار گیرند. ارزیابی خطر بایستی قبل از شروع تست انجام گیرد و این کار به شما کمک می کند تا اقدامات پیشگیرانه لازم را شناسایی نمایید. برخی از پرسش هایی که در حین انجام فرآیند ارزیابی خطرات مطرح می شوند، عبارتند از:
1. آیا می توان کار با تجهیزات بدون برق یا برقدار را در ولتاژ یا جریان ایمن انجام داد؟
2. آیا مطلقاً ضرورت دارد افراد بر روی تجهیزات برقدار و یا در نزدیکی آنها در شرایطی کار کنند که جریان ها و ولتاژهای خطرناک پیرامون تجهیزات وجود دارد؟
3. ماکزیمم ولتاژی که بر روی هادی ها در خلال فعالیت کاری دستگاه ها به وجود می آید، چقدر است؟
4. آیا افرادی که تست تجهیزات را انجام می دهند، شایستگی های لازم برای این کار را دارا هستند؟ آیا آموزش های لازم را فراگرفته و دانش کافی برای انجام کارهای خاص را دارند و آیا اطمینان حاصل شده که دیگران را در معرض خطر قرار نخواهند داد؟
5. چنانچه تست کنندگان صلاحیت کامل نداشته باشند، آیا بر کار آنها نظارت کافی صورت می گیرد؟
6. چه نوع حفاظ ایمن فیزیکی (مانند استفاده از فنس های موقت یا دائمی) می بایست برای تجهیزات تحت تست به کار رود تا از صدمه و جراحت پیشگری به عمل آید؟
7. آیا دستگاه های مخصوص تست از طراحی ایمن برخوردارند؟ آیا این دستگاه ها به خوبی نگهداری شده اند؟
8. آیا ضرورت دارد که محدوده ای دائمی برای تست تجهیزات جدا از محل استقرار آنها ساخته شود و یا ساخت محدوده تست موقت در پیرامون تجهیزات ضروری است؟
9. آیا تست کنندگان قادرند که حوزه کاری را به حد کفایت نظارت کرده و در هر زمان از بروز خطر برای دیگران جلوگیری کنند؟
10. در مواقعی که عملیات تست بخشی از "خدمات پس از فروش" باشد، چه میزان از این عملیات جزو تعهدات مشتری است؟ چنانچه تست در منزل مشتری انجام شود، چه اقدامات ویژه ای مورد نیاز است تا بتوان از فرد تست کننده و سایرین حفاظت نمود؟
11. تا چه میزان می بایست تست کنندگان تحت نظارت قرار گرفته و یا در کار تست همراهی شوند؟
12. آیا اقدام تست کنندگان در خصوص طراحی، ساخت یا استفاده از هر گونه تجهیزات ویژه تست با استاندارد BS EN 61010-1 مطابقت دارد؟
13. اندازه دستگاه مورد نظر برای تست چقدر بوده و چه مقدار فضا پیرامون آن جهت انجام تست به صورت ایمن و بدون محدودیت وجود دارد؟
14. اگر نیاز باشد که تمامی کارگران شاغل در کارگاه ها، به دستگاه های برقی نزدیک شوند، آیا شایستگی لازم برای پرهیز از خطر را دارند؟ اگر کارگران فاقد صلاحیت لازم در این زمینه باشند، چگونه از نزدیک نشدن آنها به دستگاه ها اطمینان حاصل می کنید؟
15. آیا زمانی که دستگاه به برق متصل بوده و درگیر فرآیند تست می باشد، به صورت برقدار رها می شود؟
16. آیا میز کار یا محدوده مجزای مربوط به تست، نیاز به وسیله هشدار دهنده مانند لامپ دارد تا نشان دهد که تست در حال انجام است؟
17. آیا نیاز به تهیه منابع اضطراری و یا وسایل اضافی برای دستگاه هایی که سایر کارگران از آنها استفاده می کنند، احساس می شود تا بتوان با اتصال دستگاه های مذکور به این منابع، میزان صدمه به تست کنندگان را کاهش داد؟ آیا کلیدهای محافظ جان (RCD) را می توان به عنوان وسایل تکمیل کننده حفاظت مورد استفاده قرار داد؟ (توجه: این راهنما و اطلاعات تکمیلی ضمیمه آن، توضیحاتی درباره کلیدهای RCD در حالت کلی و نیز کلیدهای RCD با جریان 30 میلی آمپر را ارایه می دهد. برای اخذ اطلاعات بیشتر، بخش مربوط به کلیدهای محافظ جان در صفحات آتی همین نوشتار را ملاحظه نمایید.)
18. آیا امکان کاستن از تعداد مسیرهای مرتبط با زمین برای کاهش احتمال شوک ناشی از تماس فاز به زمین با استفاده از وسایلی مانند حصار فلزی، فنس و فیبر عایقی یا فرش لاستیکی وجود دارد؟
19. آیا امکان استفاده از سایر منابع تغذیه مانند ترانس ها یا باتری های ایزوله برای کاهش احتمال بروز خطر ناشی از شوک فاز به زمین وجود دارد؟

مدیریت بر فرآیند تست تجهیزات برقی

فراهم نمودن محیطی ایمن برای کار و نیز استقرار یک سیستم ایمن کاری برای کارگران ضروری است. نتایج ناشی از ارزیابی ریسک و خطرات به شما کمک خواهد کرد تا مراحلی را که نیاز به انجام این ارزیابی دارید، شناسایی کنید. کارگران نیز باید همکاری کرده و در حین کار مراقبت های منطقی در خصوص ایمنی خود و سایر افراد را به کار بندند. توصیه های زیر را باید در مورد تمامی فعالیت ها و از جمله عملیات تست تجهیزات به کار برد:

الف) ایمنی پرسنل

تمامی پرسنل بایستی:
1. بدانند که حتی با انجام عملیات تست در منطقه ایزوله از زمین و یا استفاده از ترانسفورماتورهای ایزوله و حتی استفاده از کلیدهای محافظ جان (RCD) ، باز هم خطر برق گرفتگی وجود دارد.
2. به طور کامل از اتفاقات ناگواری که ممکن است در اثر برق گرفتگی و صدمات حاصل از آن در محیط کار رخ دهد، آگاهی داشته باشند.
3. آموزش های لازم در زمینه کمک های اولیه از جمله CPR را فرا گیرند (CPR مخفف Cardiac Pulmonary Resuscitation به معنی برگرداندن قلب و شش مصدوم به حالت نرمال اولیه می باشد).

ب) نواحی تست دائم

این نواحی می بایست:
1. تحت کنترل یک فرد مسئول باشند.
2. به وسیله فنس از سایر نقاط جدا شوند تا بدین وسیله از ورود افراد غیرمجاز به منطقه جلوگیری شود.
3. دارای علائم هشدار دهنده مناسب در ابتدای ورود به منطقه باشند.
4. در خلال عملیات تست و تنها برای پرسنل مجاز و نیز افرادی که تحت نظارت مستقیم پرسنل واجد شرایط کار می کنند، قابل دسترسی باشند.
5. دارای چراغ های هشدار دهنده مناسبی باشند که نشان دهنده انجام تست بوده و نیز مجهز به چراغ های دیگری باشند که نشان دهد ورود به منطقه مزبور ایمن است (غالباً از چراغ های سبز و قرمز استفاده می شود).
6. دارای شستی های قطع اضطراری یا سایر وسایل کارآمد باشند تا قطع تمام منابع تست در مواقع اضطراری امکان پذیر باشد. کنترل های اضطراری بایستی به دقت شناسایی شوند و باید توجه کرد که این کنترل های اضطراری نباید منابع تغذیه مربوط به روشنایی عمومی منطقه را از مدار خارج نمایند.
7. حاوی پوستری در باره برق گرفتگی باشد. این پوستر می تواند مثلاً نشان دهنده خطر برق گرفتگی و کمک های اولیه در این زمینه باشد. همچنین پوستر مزبور باید در نقاط حساس نصب شده و اقدامات مربوط به ایمنی به ویژه شماره تلفن های مربوط به امداد رسانی در آن درج گردد.
8. دارای نظم و آراستگی در چیدمان وسایل و دستگاه ها بوده و فواصل بین تجهیزات به طور مناسب رعایت گردد.

پ) نواحی تست موقت

در برخی مواقع ممکن است انتقال تجهیزات به محل دائمی انجام عملیات تست، عملی و یا منطقی نباشد، مثلاً موقعی که تجهیزات بسیار بزرگ هستند که در این صورت امکان استقرار آنها در منطقه دائمی ویژه عملیات تست وجود ندارد. همچنین زمانی که تست تجهیزات برقی جزو تعهدات مشتری است، نمی توان این گونه تجهیزات را به محل دائمی عملیات تست منتقل نمود. بنابراین چنانچه نیاز به انجام تست در حالت برقداربودن تجهیزات باشد، یک منطقه تست موقت بایستی پیرامون تجهیزات ایجاد گردد. در هنگام ایجاد منطقه تست موقت، تمامی اقدامات پیشگیرانه ای که در مورد مناطق تست دائم به آنها اشاره شد، بایستی مد نظر قرار گیرند و چنانچه این کار مقدور نباشد، نیاز به انجام ارزیابی است تا بتوان اقدامات لازم جهت کاهش خطرات را تا حد ممکن به عمل آورد. توجه داشته باشید که تسترهای کوچک مجهز به دوشاخه مخصوص تست (Plug-in Tester) که دارای دو وضعیت “Go/No go” هستند، در حالت کلی فقط پلاریته منبع را کنترل کرده و حداکثر می توانند وجود اتصال زمین را نشان دهند ولی قادر به تشخیص میزان تأثیر اتصال زمین نیستند.

ت) مناطق ایزوله از زمین

منطقه تست را به گونه ای ایجاد کنید که حتی الامکان از زمین ایزوله باشد و همچنین سعی کنید از منابع تغذیه ایزوله استفاده نمایید. برای نیل بدین منظور، اقدامات زیر را به انجام رسانید:
1. میز تست مورد استفاده باید از مواد عایق ساخته شده و قاب و پایه های آن عایق باشد تا از امکان تماس با زمین در حین تست جلوگیری نماید.
2. تمامی لوله ها، رادیاتورها، سازه ها و قطعات فولادی ساختمان، لوله های فلزی، وسایل برقی ارت شده، سوکت های فلزی، و غیره را از دسترسی به میز دور نمایید و یا آنها را به طور دائم با مواد عایقی بپوشانید تا از تماس آنها با میز تست جلوگیری شود.
3. در جایی که نیاز به استفاده از هویه یا چراغ های مخصوص روشنایی میز کار باشد، از نوع فشار ضعیف این وسایل استفاده کنید که برق آنها از ترانسفورماتور ایزوله مطابق استاندارد BS 61558 تأمین شود. در این صورت نیازی به استفاده از میله اتصال زمین در منطقه تست نخواهید داشت.
4. اگر نیاز به نصب پریز مربوط به آنتن تلویزیون و یا رادیو در منطقه تست باشد، نصب این پریز بایستی مطابق با استاندارد BS 415 صورت پذیرد.
5. فرش عایق لاستیکی بایستی با استاندارد BS 921 مطابقت داشته و نیز تمیز و خشک باشد ضمن این که فرش مزبور باید به طور منظم تست گردد و همچنین بایستی برای عملیات تست به حد کافی بزرگ باشد تا زمانی که فرد تست کننده در حالت ایستاده و یا نشسته قرار دارد، بتواند به راحتی بر روی آن قرار گیرد (توجه داشته باشید که پایه های صندلی هنگام نشستن فرد تست کننده، ممکن است به فرش مذکور آسیب برسانند).
6. اگر از نوارهای مچی مخصوص تخلیه الکتریسیته ساکن استفاده شود، این نوارها بایستی دارای مقاومت مناسب باشند (مقامتی در حد 1 مگا اهم یا بیشتر). استفاده از نوارهای مچی که سبب ارتباط مستقیم فرد با زمین می شود، مجاز نمی باشد. برای کسب اطلاعات بیشتر در این زمینه، به استاندارد BS IEC 61340-5-1: 1998 مراجعه نمایید.

ث) تغذیه تجهیزات تحت تست

هر قطعه ای از تجهیزات تحت تست بایستی از طریق منبع تغذیه خاص خود به برق متصل شود. این منابع باید از سوکت ها یا ترمینال های مربوطه تأمین شده و دارای پوشش های عایق مناسب باشند. منابع تغذیه بایستی دارای سیستم حفاظتی مناسبی در برابر اضافه بار و اضافه جریان در صورت بروز خطا در وسایلی مانند فیوزها باشند. توجه داشته باشید که:
1. در جایی که از ترانسفورماتور ایزوله به عنوان منبع تغذیه برای تست تجهیزات استفاده می کنید، بایستی علاوه بر رعایت استاندارد BS 61558 ، از ترانسفورماتورهای جداگانه برای هر میز تست استفاده نمایید. چنانچه این کار به طور منطقی عملی نباشد، از یک ترانسفورماتور ایزوله می توان برای تغذیه میزهای دیگر استفاده نمود ضمن این که بایستی خطر اتصال این منبع تغذیه به زمین را در هر میز به درستی کنترل کرده و بدین وسیله از نبودن جریان نشتی به زمین مطمئن شد.
2. تأمین انر‍ژی از ترانسفورماتور ایزوله باید از طریق یک سوکت مخصوص انجام گرفته و بر روی آن عبارت "فقط برای استفاده به منظور تست تجهیزات برقدار" به وضوح نوشته شود. هیچ سیمی نباید به طور ثابت به ترمینال زمین سوکت وصل شود و نیز قاب سوکت بایستی از ماده عایق ساخته شده باشد. همچنین نباید قسمت های برقدار تجهیزات در حال تست در معرض دید قرار داشته باشند.
3. در شرایط خاص، تجهیزات تحت تست از نوع کلاس I بایستی به طور کامل ارت شوند مگر این که برای تغذیه آنها از ترانسفورماتور ایزوله استفاده شود. ارت نمودن تجهیزات، خطر برق گرفتگی را افزایش می دهد که البته می توان به کمک سایر اقدامات ایمنی، این خطرات را به حداقل ممکن کاهش داد.
4. وقتی تجهیزات تحت تست از نوع کلاس I باشند، هر گونه خطای زمینی که از قبل در تجهیزات موجود بوده، بایستی آشکار شده و رفع خطا گردد. این کار باید پیش از اتصال تجهیزات به برق انجام شود. در صورت تأمین برق از ترانسفورماتور ایزوله، خطای به وجود آمده بدین معنی است که تماس همزمان با محفظه دستگاه و یک قطب و یا هر دو قطب منبع تغذیه ایزوله ممکن است سبب برق گرفتگی خطرناکی شود.
5. کلیه هادی های حفاظتی مدار (مسیر ارت) در مجموعه تجهیزات کلاس I نوع پرتابل پس از تکمیل شدن چیدمان میزهای ویژه تست، بایستی دوباره آزمایش شوند تا اطمینان حاصل شود که هیچ خطای زمینی قبل از وصل دستگاه به برق وجود ندارد.

ج) ارزیابی خطرات موجود در تجهیزات تست و منابع تغذیه برق

تمامی اقداماتی که برای کنترل خطر برق گرفتگی به کار می روند، باید مطابق سلسله مراتب زیر به انجام رسند:
1. اولین و مهمترین مورد این است که تا حد ممکن به کمک روش های سخت افزاری کنترل های لازم را انجام دهید.
2. دوم این که تمام خطرهای قابل پیش بینی را با استفاده از سیستم های ایمن کاری کنترل کنید. این موارد بایستی شناخته شده و تمامی پرسنل مربوط از آنها اطلاع کافی داشته باشند. همچنین باید خطرات به پرسنل گوشزد شده و به طور مکتوب به ایشان ابلاغ شود (این کار مرجع مناسبی است که به کمک آن می توان دستورالعمل های ایمنی را در صورت نیاز اصلاح نمود).
3. و نهایتاً استفاده از پرسنل مجرب (یا سایر پرسنلی که زیر نظر افراد مجرب کار می کنند) به طوری که این افراد باید دارای تجربه و دانش فنی لازم باشند تا بتوانند از خطرات و صدمات تهدید کننده جلوگیری کنند.
اگر استفاده از ترانسفورماتورهای ایزوله به عنوان منابع تغذیه جهت تست تجهیزات، جزو اقدامات سخت افزاری لازم برای ارزیابی خطرات باشند، این فرآیند باید به طور نرمال انجام شده و ترانسفورماتور ایزوله بایستی جدا از تجهیزات زیر تست بررسی شود. همچنین ضرورت دارد قفسه ای حاوی وسایل لازم برای تست هر یک از تجهیزات تعبیه گردد. با قرار دادن تمامی وسایل مورد نیاز برای تست تجهیزات بر روی قفسه های عایق که در بالای میز مخصوص تست تعبیه شده اند، می توان برخی از خطرات مربوط به استفاده از تجهیزات تست را کاهش داد ولی باید توجه داشت که امکان حذف کامل خطرات وجود ندارد. همچنین این کار امکان اتصال همزمان وسایل تست کننده با تجهیزات تحت تست را کاهش خواهد داد.
وقتی که استفاده از ترانسفورماتورهای ایزوله به عنوان منابع تغذیه جهت تست تجهیزات، جزو اقدامات سخت افزاری مربوط به ارزیابی خطرات باشد، همه منابع متصل به تجهیزات تست باید توسط کلیدهای محافظ جان (RCD) با جریان 30 میلی آمپر حفاظت شوند. توجه داشته باشید که برای منابع تغذیه ای که جریانی بیش از 16 آمپر را به تجهیزات تحت تست وارد می کنند، و یا در جایی که تجهیزات زیر تست دارای جریان نشتی بالایی هستند، ممکن است استفاده از کلیدهای RCD بدلیل ایجاد نویز در سیستم، عملی نباشد. به منظور مطالعه سایر توصیه های ایمنی مربوط به این قسمت، به بخش 607 استاندارد BS 7671 مراجعه نمایید.

ساخت مناطق ایمن برای تست

حصول اطمینان از این که افراد غیر دخیل در تست باید از خطرات دور نگهداشته شوند، حائز اهمیت است. این کار با منحصر کردن انجام امور تست در نواحی مشخص شده برای این منظور، امکان پذیر است. در برخی کارگاه ها امکان ساخت و ایجاد یک منطقه تست همراه با میز کار ثابت وجود دارد که تنها پرسنل تست کننده تجهیزات بتوانند به آن دسترسی داشته باشند. در غیر این صورت، با قرار دادن فنس و موانع فیزیکی و یا سایر روش های محصور کننده بایستی افراد غیر مجاز را از نزدیک شدن به تجهیزات زیر تست دور نگهداشت. منطقه ویژه تست می تواند به یکی از صورت های زیر باشد:
1. اتاقی مخصوص که به منظور عملیات تست ساخته شده و دارای وسایل حفاظتی وی‍ژه باشد. همچنین این اتاق باید مجهز به درهای ایمن باشد تا از دسترسی افراد غیرمجاز جلوگیری شود (این درها با توجه به میزان و درجه خطر، باید امکان قفل شدن هم داشته باشند).
2. منطقه ای مشخص شده در یک کارگاه مجهز به مانع فیزیکی و فنس دائمی.
3. یک میز کار که برای عملیات تست طراحی شده و برای تعمیر تجهیزات و تست آنها مورد استفاده قرار گیرد.
4. یک محل کار مشخص شده در خلال فرآیند تولید و یا در انتهای خط تولید.
5. یک منطقه موقت ساخته شده در اطراف تجهیزات با استفاده از فنس ها و موانع فیزیکی ایجاد شده به همین منظور.
6. یک منطقه ساخته شده در پیرامون تجهیزات ثابت مانند سوئیچ گیرها یا کلیدهای کنترل کننده مدار که در این منطقه افراد ماهر بتوانند کارهای تعمیراتی را انجام داده و عیب و نقص تجهیزات را رفع نمایند و یا در خلال روند نگهداری تجهیزات، بتوانند فرآیند تست را به انجام رسانند.
در کارگاه هایی که تمام پرسنل آن به خوبی آموزش های لازم را فرا گرفته و از دستورالعمل های مربوط به ایمنی آگاهی کامل دارند و از سوی دیگر هیچ فرد غیرمجازی را در جمع خود نپذیرفته اند، ایجاد فنس در درون کارگاه و در پیرامون میز کار یا محدوده کاری ایشان ممکن است ضرورت نداشته باشد. علاوه بر این، همه کارگران باید آگاه باشند که نبایستی تمرکز افرادی که به انجام عملیات تست مشغول هستند، توسط سایرین که درگیر فرآیند تست نیستند، بر هم زده شود.

چگونگی حفاظت از افرادی که به انجام عملیات تست مبادرت می نمایند

اقدامات انجام شده برای حفاظت افرادی که مبادرت به انجام عملیات تست می کنند، باید مؤثر بوده و بتواند ایشان را از تماس با هادی های لخت برقدار که منجر به وارد شدن صدمه به پرسنل و ایجاد حادثه می شود، برحذر دارد. این تماس می تواند به صورت برخورد یکی از دست ها با منبع انرژی باشد که یکی از هادی های تغذیه اش به زمین وصل شده و یا تماس مزبور می تواند از طریق قسمت دیگری از سطح بدن صورت گیرد. تجهیزات کلاس I در این طبقه بندی قرار می گیرند زیرا بیشترین خطر در منبع هنگام ارتباط آن با زمین به وجود می آید. بنابراین خطر مربوط به تجهیزات الکترونیکی در محلی است که سطوح بزرگ فلزی (یا شاسی ها) به منبع تغذیه متصل می شوند. همچنین خطر صدمه ناشی از منابع تغذیه در جایی که اتصال زمین وجود نداشته و یا در محلی که اتصال همزمان با قطب های منبع صورت می گیرد، زیاد است. روش های کاهش خطر برق گرفتگی ناشی از اتصال همزمان با هادی ها عبارتند از:
1. انجام تست در جریان ها و ولتاژهای کم و بی خطر
2. استفاده از محفظه های تست مجهز به قفل که بتوان تجهیزات تحت تست را در درون آنها قرار داد.
3. استفاده از عایق کاری موقت.
4. استفاده از پوشش هایی که برای انجام عملیات تست نیاز به برداشتن آنها نباشد که عایق کاری اولیه سیم های متصل به منبع تغذیه، مثالی از این مورد است.
5. ایجاد منطقه ای که حتی الامکان ایزوله از زمین باشد.
6. استفاده از ترانسفورماتورهای ایزوله به عنوان منبع تغذیه اصلی
7. استفاده از کلیدهای RCD با جریان 30 میلی آمپر
مطالب مندرج در بخش های ذیل، اطلاعات تفصیلی بیشتری درباره هر یک از اقدامات حفاظتی ارایه می نمایند:

جریان ها و ولتاژهای ایمن

امکان تست تجهیزات از طریق برقدار کردن آنها با سطوح ولتاژ و جریان بدون خطر وجود دارد. این موضوع بایستی قبل از تصمیم به استفاده از سطوح ولتاژ و جریان خطرناک، همواره مد نظر قرار گیرد.

محفظه های تست مجهز به قفل

این محفظه ها ممکن است از لحاظ اندازه با یکدیگر تفاوت داشته باشند به طوری که محفظه های مزبور می تواند به صورت جعبه ای کوچک همراه با درپوش مجهز به قفل باشد که بر روی میز کار نصب می شود و یا به صورت محفظه ای بزرگ همراه با درهای مجهز به قفل باشد (بزرگی محفظه به گونه ای است که افراد می توانند وارد آن شوند). حصول اطمینان از این که عملکرد ایمنی سیستم قفل مزبور همانند عملکرد عایق به کار رفته در تجهیزات مناسب است، حائز اهمیت فراوان می باشد که بدین منظور استفاده از سیستم قفل و کلید مخصوص موسوم به trapped key یا key exchange با عایق مناسب می تواند به این اطمینان کمک کند. در حالت کلی قفل نمودن محفظه و استفاده از سیستم کنترلی برای بازرسی آن به تنهایی مورد قبول نبوده و منبع تغذیه هم بایستی از طریق سیستم قفل مذکور، ایزوله شود.
در شرایط معین مانند استفاده از خازن ها، ممکن است پتانسیل ناشی از بارهای ذخیره شده خطرساز باشد. در چنین شرایطی منبع تغذیه مربوط به تجهیزات زیر تست را باید قبل از هر گونه اقدام برای تست ترجیحاً به صورت اتوماتیک به زمین ارت کرد. چنانچه امکان ارت اتوماتیک تجهیزات وجود نداشته باشد، بایستی با ابزار مناسب و مخصوص ارت نسبت به اتصال زمین دستی اقدام کرد. همچنین در زمان به کار بردن ارت اتوماتیک، استفاده از وسیله ارت دستی برای ارت کردن تجهیزاتی که قبلاٌ برقدار بوده اند، اهمیت فراوان دارد. ضمناً توجه داشته باشید که وقتی محفظه های بزرگ مورد استفاده قرار می گیرند، باید اطمینان حاصل شود که هنگام بروز خطر در تجهیزات زیر تست، افراد نتوانند به درون محفظه ها راه پیدا کنند.

عایق کاری موقت

وقتی که خطر تماس همزمان با هادی های خطرناک وجود دارد، نباید فرض را بر این بگذاریم که کارگران قادر به جلوگیری از چنین تماس های خطرناکی هستند. استفاده از عایق کاری موقت که می تواند به کمک صفحات مخصوص و یا ورقه های عایقی (به صورت انعطاف پذیر و یا غیر قابل انعطاف) باشد، را مد نظر قرار دهید. البته ممکن است یک محدودیت عملی در استفاده از صفحات مزبور در زمان تست و سوارکردن تجهیزات الکترونیکی کمپکت وجود داشته باشد.

مناطق ایزوله از زمین

دستیابی به یک منطقه کامل ایزوله از زمین بسیار دشوار است زیرا برای این منظور ضرورت دارد اطمینان حاصل کنیم که تمامی سقف ها و دیوارها جریان را از خود عبور نمی دهند چرا که شوک حاصل از عبور جریان موجب آسیب و صدمه به افراد می شود. بنابراین استفاده از مواد عایقی مناسب مانند فرش های عایق لازم است تا منطقه ای ایزوله از زمین ایجاد شود. سپس این مناطق باید در فواصل منظم تست شوند تا اطمینان حاصل شود که خواص عایقی آنها ثابت مانده است. ایجاد منطقه ایزوله از زمین به آسانی عملی و امکان پذیر است اما ارزیابی کلی از خطرات ضرورت دارد تا اطمینان حاصل شود که افراد تست کننده با هیچ یک از هادی های ارت شده تماس خطرساز برقرار ننمایند. اقلامی همچون لوله های هدایت آب و گرما و نیز رادیاتورها بایستی مجهز به حفاظ باشند و یا منطقه تست باید به گونه ای باشد که از تماس همزمان افراد تست کننده با تجهیزات زیر تست و دستگاه های ارت شده جلوگیری نماید. مناطق ایزوله از زمین باید به گونه ای باشد که امکان تماس با قسمت های هادی و رسانا به حداقل ممکن برسد. ضمناً می توان از یک کلید RCD با جریان 30 میلی آمپر به عنوان وسیله تکمیلی حفاظت استفاده نمود. مناطق ایزوله از زمین اغلب همراه با ترانسفورماتورهای ایزوله مورد استفاده قرار می گیرند. وقتی که امکان ایجاد منطقه ایزوله از زمین به خاطر ضرورت ارت کردن تجهیزات زیر تست وجود نداشته باشد، می توانید از میزان قطعات فلزی غیر ضروری تا حد ممکن بکاهید.

ترانسفورماتورهای ایزوله

در صورت تماس فرد با یک هادی برقدار در منبع تغذیه ایزوله شده و تماس قسمت دیگری از بدن وی به هادی ارت شده، ترانسفورماتور ایزوله مورد استفاده به عنوان منبع تغذیه در عملیات تست، می تواند از خطر برق گرفتگی جلوگیری نماید. اما باید توجه داشت که اگر فردی به طور همزمان با هر دو هادی ثانویه ترانسفورماتور تماس برقرار کند، ترانسفورماتور ایزوله نمی تواند از برق گرفتگی وی جلوگیری نماید مگر این که ولتاژ خروجی کمتر از 50 ولت متناوب ( یا 120 ولت مستقیم) در محیط خشک بوده و یا ولتاژ مزبور کمتر از 16 ولت متناوب (یا 35 ولت مستقیم) در محیط نمناک باشد. شرایط ایزوله بودن از زمین بایستی به طور منظم تست شود و یا باید اقدام به نصب وسایل نشان دهنده ارت فالت نمود تا اطمینان حاصل شود که ارت فالت های خطرناک تشخیص داده شده و رفع عیب می شوند.

کلیدهای محافظ جان (RCD)

این کلیدها وسایل تکمیلی حفاظت هستند که از برق گرفتگی جلوگیری نمی کنند ولی می توانند از مدت زمان وقوع برخی از شوک های الکتریکی جلوگیری کنند. این کلیدها توانایی قطع سریع منبع تغذیه برق را در صورت عبور جریان نسبتاً کم از طریق زمین (مانند زمانی که برق گرفتگی رخ می دهد) دارا هستند. بنابراین کلیدهای RCD قادر به ایجاد سطح حفاظتی بالاتری در برابر خطرات ناشی از برق گرفتگی شدید در هنگام استفاده از منابع تغذیه حفاظت نشده می باشند. یک کلید RCD مورد نیاز برای به حداقل رساندن خطرات و ضایعات انسانی بایستی دارای حداکثر جریان قطع نامی 30 میلی آمپر بوده و نباید دارای زمان تأخیر قابل تنظیم باشد. اگرچه اغلب از کلیدهای با جریان 30 میلی آمپر استفاده می شود، ولی کلیدهای با جریان قطع کمتر (10 میلی آمپر یا کمتر) نیز موجودند که می توان از آنها برای حفاظت تکمیلی در جایی که ایجاد نویز مشکل خاصی محسوب نشود، استفاده کرد. هنگامی که حفاظت فردی تا اندازه ای بستگی به عملکرد کلید RCD داشته باشد، این کلید بایستی با استفاده از تجهیزات تست مربوطه و در فواصل زمانی مناسب تست گردد (برای نمونه کلیدهای RCD قابل حمل قبل از هر بار استفاده باید به طور هفتگی مورد بررسی قرار گیرند). افزون بر این، تمامی کلیدهای RCD بایستی حداقل سالی یکبار با استفاده از تست کننده مخصوص RCD تست شوند که این دستگاه تست کننده، جریان قطع و سرعت عمل کلید را تست می کند.

دستگاه های ویژه تست تجهیزات برقی

در صورت امکان، دستگاه های تست کننده باید از یک طراحی ویژه برخوردار باشند. در این حالت سازنده باید عملیات ایمنی لازم در خلال استفاده از دستگاه را در طراحی خود مد نظر قرار دهد. در صورت امکان تجهیزات تست باید مطابق استاندارد BS EN 61010 ساخته شوند. دستگاه های ویژه تست تجهیزات برقی باید با همان استاندارد ایمنی تجهیزات مربوطه طراحی و ساخته شوند. وقتی تجهیزات از طریق منبع تغذیه برق راه اندازی می شوند، استفاده ایمن از آنها باید به شیوه صحیح انجام پذیرد. علاوه بر این، چگونگی اتصال دستگاه های ویژه تست به تجهیزات باید با ایمنی لازم صورت گیرد.
دستگاه های تست عایقی می توانند ولتاژهای زیادی در خروجی خود تولید کنند و برخی از آنها دارای قابلیتی هستند که می توانند جریان خروجی را به سطح ایمن و بدون خطر کاهش دهند. عموماً جریان بدون خطر و ایمن برابر با 5 میلی آمپر می باشد (قبلاً جریان 5 میلی آمپر متناوب به عنوان جریان ایمن در نظر گرفته می شد ولی از ماه می 2001 جریان خروجی تجهیزات جدید باید به 3 میلی آمپر محدود شود). اگر تماس خطرناکی با هادی های خروجی برقرار شود، خطر صدمه و جراحت در صورتی که این سطوح جریان افزایش نیابند، به حداقل می رسد. چنانچه سطوح جریان بالاتری مورد نیاز باشد، اقدامات خاص نیاز است تا از آسیب و ضایعات جلوگیری شود. این اقدامات شامل استفاده از رابط های تست متصل به کلیدهای کنترل و یا استفاده از محفظه های مجهز به قفل برای جلوگیری از دسترسی به قسمت های خطرناک و ایجاد محدودیت در انجام تست توسط افراد غیرمجاز می باشند. اکثر تست های عایقی را می توان تحت جریان های ایمن مشخص شده در فوق به انجام رساند.
نحوه اتصال تجهیزات برای تست باید به گونه ای باشد که حفاظت مناسبی در برابر برق گرفتگی ایجاد نماید. تنها استثناء در این مورد هنگامی است که تجهیزات مورد نظر برای تست در درون محفظه قفل دار به دستگاه های تست کننده وصل شده و یا رابط اتصال آنها قطع می شود که در این گونه موارد منبع تغذیه بایستی ایزوله بوده و نیز می بایست اطمینان حاصل شود که هر گونه انرژی ذخیره شده در منبع، از بین رفته باشد تا خطری برای افراد ایجاد ننماید. در این حالت، هادی های اتصال دهنده قسمتی از هادی های تحت تست را تشکیل داده و بنابراین دارای خطری مشابه همان هادی ها خواهند بود.

نمونه دستگاه های تست کننده

پاراگراف های زیر عمدتاً مربوط به اسیلوسکوپ می شود اما می توان برخی اوقات آنها را برای دستگاه های دیگر نظیر سیگنال ژنراتور نیز مورد استفاده قرار داد.
ولتاژهای خطرناک ممکن است در قاب اسیلوسکوپ ارت شده کلاس I یا در برخی موارد در انواع معینی از اسیلوسکوپ های کلاس II با عایق دوبل پدید آیند. ولتاژهای خطرناک ممکن است از ولتاژهای اندازه گیری شده بر روی تجهیزات زیر تست ناشی شوند و یا در بعضی موارد به خاطر شکست عایقی خود اسیلوسکوپ پدید آیند. مشکلات اندازه گیری از آنجا بوجود می آیند که بیشتر اسیلوسکوپ ها دارای ترمینال "سیگنال مشترک" متصل به شاسی اسیلوسکوپ و نیز قاب و اتصالات آن هستند. در یک اسیلوسکوپ کلاس I، این قسمت ها به هادی حفاظتی منبع تغذیه وصل می شود. این بدین معنی است که همه اندازه گیری ها باید نسبت به زمین انجام شود که البته این امر سبب محدود شدن اندازه گیری ها با اسیلوسکوپ می شود. اخیراً تکنیکی به وجود آمده که به کمک آن می توان اسیلوسکوپ را به صورت شناور وصل نمود (منظور از شناور بودن این است که اتصال اسیلوسکوپ از طریق هادی حفاظتی منبع تغذیه حذف می شود). در این صورت قاب و محفظه اسیلوسکوپ در بالای پتانسیل زمین شناور می ماند که احتمالاً خطرات برق گرفتگی خاص خود را خواهد داشت (در این حالت می توان از اسیلوسکوپ برای ولتاژهای بالا و نیز در برخی از انواع اندازه گیری ها استفاده نمود). راه اندازی یک اسیلوسکوپ با حذف هادی حفاظتی بدین معنی است که دستگاه دیگر در برابر شکست عایق داخلی حفاظت نمی شود. عیب دیگر این وضعیت از این قرار است که نیاز به ایجاد یک منطقه ایزوله از زمین وجود دارد. چنین استفاده ای نیز مفهوم حفاظت اولیه سازنده تجهیزات را در باره حفاظت کلاس I زیر سؤال برده و بایستی از آن اجتناب نمود. تاکنون روش هایی به کار رفته اند تا به کمک آنها اندازه گیری ایمن در حالت شناور بودن اسیلوسکوپ امکان پذیر گردد. یکی از این روش ها تغذیه نمودن اسیلوسکوپ از طریق ترانسفورماتور ایزوله بوده که در این حالت مرجع زمین در منبع تغذیه حذف گردیده و امکان اندازه گیری شناور فراهم می شد. مزیت این روش این است که منطقه ایزوله از زمین نیاز نبوده ولی عیب آن این است که اسیلوسکوپ در برابر شکست عایقی نسبت به شاسی محل استقرار خود حفاظت نمی شود (همچنین در صورت انجام اندازه گیری فشار قوی، عایق داخلی اسیلوسکوپ می تواند تحت فشار مضاعف قرار گیرد). روش دوم استفاده از مانیتور ایزوله مخصوص در تغذیه اسیلوسکوپ می باشد (که البته به آن مانیتور ایزوله خط یا مانیتور ایزوله زمین هم می گویند). این روش به اسیلوسکوپ امکان می دهد که بدون نیاز به هادی حفاظتی، به کار خود ادامه دهد که در این صورت مانیتور به طور مدام ولتاژ بین محفظه اسیلوسکوپ و نقطه مرجع زمین را کنترل می کند. اگر ولتاژ روی محفظه اسیلوسکوپ به حد خطرناکی برسد، مانیتور منبع تغذیه اصلی را حذف کرده و معمولاً دوباره هادی حفاظتی منبع تغذیه را وصل می کند. ولتاژ نمونه برای عملکرد مانیتور باید در حدود 30 ولت مؤثر باشد. در این ولتاژ است که اسیلوسکوپ در برابر شکست عایق داخلی حفاظت می شود.
عیب این روش در آن است که تنها برای اندازه گیری سیگنال های فشار ضعیف به کار می رود زیرا در غیر این صورت، عایق داخلی اسیلوسکوپ تحت فشار فراوان قرار می گیرد.
در سال های اخیر، پیشرفت های تکنولوژی منجر به ساخت وسایل متنوعی شده است که می توانند در سیم رابط اندازه گیری اسیلوسکوپ مورد استفاده قرار گیرند. همچنین در این صورت، امکان ارت اسیلوسکوپ کلاس I نسبت به منبع تغذیه اصلی وجود داشته و می توان ولتاژهای اندازه گیری شده را ایزوله نمود تا از بروز پتانسیل در محفظه اسیلوسکوپ جلوگیری به عمل آید. برای وسایل مدرن و مخصوص از تکنیک های گوناگونی استفاده می کنند تا مشکل عایقی آنها را برطرف نموده و بتوانند به طور مثال در محدوده میلی ولت تا هزار ولت اقدام به اندازه گیری نمایند (عایق های اپتیکی موسوم به opto-isolators که به آنها optical isolators هم می گویند، از این نمونه تکنیک های به کار رفته هستند). در ضمن به یاد داشته باشید که عایق های به کار رفته به عنوان حفاظ های عملی و منطقی، ممکن است خطراتی نیز داشته باشند. وسایل عایقی در اشکال متنوعی عرضه شده و ممکن است مطابق میل سازنده نام هایی مختلف داشته باشند. برخی از نام های متداول برای این وسایل عبارتند از: تقویت کننده های ایزوله، تقویت کننده های دیفرانسیل، و رابط های ایزوله. انتخاب درست وسیله عایقی مطابق نوع اندازه گیری مورد نظر حائز اهمیت بوده و کاربر بایستی به توصیه سازنده نیز عمل نماید. برخی سازندگان اینک اسیلوسکوپ هایی با ورودی های ایزوله (یعنی جایی که ورودی های اندازه گیری شده از یکدیگر و نیز از شاسی اسیلوسکوپ ایزوله هستند) تا سطوح ولتاژ فشار قوی (به طور نمونه 850 ولت ماکزیمم متناوب و مستقیم) ارایه می کنند. در مورد استفاده از این تجهیزات و نیز همه اسیلوسکوپ های کلاس II تمام عایق بایستی ملاحظات لازم را به عمل آورد. اسیلوسکوپ هایی که با باتری راه اندازی می شوند را می توان برای سطوح اندازه گیری فشار قوی موجود مورد استفاده قرار داد که البته این وسایل دارای نقطه مرجع صفر نیستند.
استفاده از کلید RCD با حداکثر جریان قطع نامی 30 میلی آمپر همراه با وسایلی مانند منابع تغذیه دستگاه های کلاس I، هویه های مورد استفاده و یا سایر تجهیزات برقی می تواند اقدام مناسبی باشد. برخی اوقات ترانسفورماتورهای ایزوله به عنوان بخشی از سیستم توزیع و تأمین کننده برق سوکت های ثابتی به کار می روند که این سوکت ها در واقع منابع تغذیه جهت تست تجهیزات می باشند. در این صورت سوکت های فوق بایستی متفاوت از سوکت های معمولی و نیز استاندارد بوده و یا از نوع پولاریزه شده باشند تا اطمینان حاصل شود که فقط به منظور تست در نظر گرفته شده اند.

سیستم های ایمنی کار

چنانچه از لحاظ منطقی امکان پذیر باشد، باید جزئیات سیستم های ایمنی کار برای فعالیت های مربوط به تست تجهیزات به تفصیل نوشته شوند. برای ایجاد یک سیستم کاری مناسب، تمامی پرسنل باید در فرآیند ایمن سازی محیط کار درگیر باشند. اسناد تکمیلی که گهگاهی نیاز به مرور نیز دارند، باید در دسترس کارگران قرار گیرند.
در جایی که فرآیند تست کردن محدود به تست تشخیص سیستم های توزیع برق و تجهیزاتی مانند سوئیچ گیر بوده و این کار توسط اشخاص متخصص صورت گیرد، محتویات اسناد مکتوب بایستی عملیات ضروری و کاری مربوط به ایمنی را در بر گیرد. البته اسناد فوق ممکن است حاوی مطالبی نباشد که افراد در اثر تجربه و دانش ذاتی خود کسب می کنند زیرا دانش هر فرد ذیصلاح بستگی به تجربه وی دارد و اسناد مکتوب یاد شده، بیانگر موضوعات عمومی هستند. پرسنلی که کار تست را مطابق تعهد سازمان خود برای مشتریان به انجام می رسانند، باید مطابق قوانینی متفاوت از دستورالعمل های مربوط به تست تجهیزات در کارخانه ها رفتار کنند. این بدین معنی است که ممکن است نیاز به دو مجموعه قانون و دستورالعمل باشد که این موضوع بایستی در ایجاد سیستم ایمن کاری در نظر گرفته شود. محتویات سیستم های مکتوب جهت کار ایمن، حداقل باید شامل جزئیات زیر باشند:
1. افراد مجاز به انجام تست، مکان مناسب برای تست، و نیز چگونگی دسترسی به منطقه تست و همچنین شناسایی افرادی که نباید به این مناطق وارد شوند.
2. مکانی که می توان در آن جا اقدام به ساخت مناطق موقت تست نمود و نیز چگونگی ساخت مناطق مزبور.
3. قوانین مربوط به عایق کاری تجهیزات و نحوه ایمن نگهداشتن عایق این تجهیزات.
4. سایر اقدامات مناسب برای حفاظت، برای مثال چگونگی استفاده از عایق های قابل انعطاف برای برداشتن پوشش تجهیزات قبل از اقدام جهت تست آنها. ضمناً توجه داشته باشید که چنانچه استفاده از عایق های مذکور برای برداشتن پوشش تجهیزات در زمان برقدار بودن دستگاه ضروری باشد، خطر برق گرفتگی ناشی از این کار بایستی مورد ارزیابی قرار گیرد.
5. منبع تغذیه مناسب برای تأمین انرژی تجهیزات زیر تست و مخصوصاً بررسی مکان هایی که در آنها استفاده از منبع تغذیه نامناسب به بحث ایمنی لطمه نمی زند.
6. نحوه کنترل و بازرسی دستگاه های تست کننده قبل از استفاده از آنها برای فرآیند تست و نیز چگونگی گزارش نقایص موجود در دستگاه های مذکور.
7. نحوه درست استفاده از تمامی تجهیزات هشدار دهنده که بخشی از سیستم ایمنی را در مناطق مورد نظر برای تست تشکیل می دهند.
8. دستورالعمل های مربوط به اقدامات لازم در شرایط اضطراری.

آموزش

تمامی پرسنل درگیر در فرایند تست بایستی آموزش های خاص ایمنی را مطابق کاری که انجام می دهند، فرا گیرند. در مورد افرادی که ممکن است مبادرت به ورود به مناطق تست نموده و یا به میزهای مخصوص تست دسترسی داشته باشند، باید آموزش های لازم داده شده و نیز دستورالعمل های مربوطه به آگاهی ایشان رسانده شود. در هنگام رویارویی با موارد زیر، احتمالاً نیاز به آموزش های جدید خواهد بود:
1. تغییرات در طراحی محصول تولیدی و نیز تغییر در جانمایی و نصب تجهیزات
2. تغییرات در روش های تولید یا متدهای کاری
3. تغییرات در دستگاه های تست و روش های انجام تست
4. تغییرات در پرسنل تست کننده تجهیزات و سایر افرادی که ممکن است این تغییرات بر آنها اثرگذار باشد.

صلاحیت تست کنندگان

در شرکت های کوچک، برخی اوقات برق کاران و تکنسین های ماهر عملکرد سیستم های برقی را به طور روزانه کنترل می کنند. اگر این افراد درگیر تنظیم کردن دستگاه های تست کننده به منظور آماده نمودن آنها جهت انجام فرآیند تست باشند، بایستی اطمینان حاصل شود که این افراد از تمامی جنبه های ایمنی مربوط به تست آگاهی دارند. در این گونه موارد، توصیه افراد متخصص و ذیصلاح ممکن است ضروری باشد تا به ما اطمینان دهد که روش تست به صورت ایمن انجام می شود.
وقتی اقدام به ساخت منطقه تست می شود، در امان نگهداشتن افراد غیرماهر یا بی تجربه از رویارویی با خطرات برقی، حائز اهمیت فراوان است. همچنین اقدامات مناسبی باید به انجام رسد تا از صدمه زدن به افراد ماهر و دارای دانش فنی برق جلوگیری شود. به یاد داشته باشید که در صورت عدم حفاظت، حتی ممکن است افراد ماهر نیز در تماس حادثه ساز با هادی های برقدار و خطرناک قرار گیرند. بنابراین بدون ایجاد محیطی ایمن و حفاظت شده نباید تنها بر صلاحیت فنی افراد برای انجام کارهای برقی تکیه کرد.
اقدامات انجام شده را باید به طور منظم مرور کرد تا اطمینان حاصل شود که این اقدامات به خوبی انجام شده و نیز برای کار مورد نظر مناسب هستند. از جمله موضوعات مهم در مرور اقدامات ایمنی، این است که کارگران باید آموزش های کافی را فراگرفته و از نحوه اصلاح روش های کاری ایمن آگاهی یابند. این مورد مخصوصاً در زمان بروز تغییر در طراحی محصول تولیدی و انجام تست های مربوطه و نیز لحاظ نمودن موارد مربوط به حفاظت، اهمیت ویژه ای دارد. وظیفه مرور اقدامات مربوط به طراحی محصول تولیدی و انجام تغییرات مورد نظر در باره روش های ایمنی را می توان به فردی ذیصلاح محول کرد تا از طریق مذاکره با پرسنل تست کننده بتواند در زمینه مسایل ایمنی اقدام مناسبی به انجام رساند. مرور اقدامات ایمنی را بایستی هنگامی به انجام رساند که تغییراتی به وقوع پیوسته و این تغییرات بر کار تست اثر گذار باشند، مانند تغییر در روش های تولید، تغییر در نحوه عرضه محصول، تغییر در دستگاه های تست کننده و روش های تست و یا تغییر در پرسنل تست کننده تجهیزات.
وقتی که کار تست توسط پیمانکاران دعوت شده به سایت انجام می شود، ترتیب کار ایمن بایستی مورد بحث و بررسی قرار گرفته و پیش از شروع کار ترجیحاً در مرحله مذاکره برای قرارداد مورد توافق قرار گیرد. این کار سبب می شود که هر فرد درگیر در فرآیند تست، بداند که چه کسی در حال انجام تست بوده و چه کسی مسئول انجام کار است و بدینسان کار با ایمنی و بدون بروز خطر برای کارگران پیمانکار، کارگران سایت و سایر افرادی که ممکن است به نحوی در معرض خطر باشند، انجام خواهد شد. در حالت خاص فردی که مسئول ایمن سازی محیط و تجهیزات مربوطه است، بایستی شناسایی شده و صلاحیت وی مورد توافق طرفین قرار گیرد.

نیازمندی های قانونی

دستور العمل های مربوط به کار با وسایل برقی مربوط به سال 1989، قوانین اصولی مربوط به فعالیت های تست برق را تشکیل می دهند. به موجب دستورالعمل شماره (3)4 ضرورت دارد که: "کار در نزدیکی و یا بر روی سیستم برق باید به گونه ای انجام شود که حتی الامکان سبب برورز خطر نشود". دستورالعمل شماره 14 بیانگر ممنوعیت جدی کار در نزدیکی و یا بر روی هادی های برقدار بوده و تنها در حالت های زیر می توان به این کار مبادرت نمود:
الف) قطع برق تجهیزات غیرمنطقی باشد.
ب) کار در نزدیکی و یا بر روی هادی برقدار منطقی باشد.
پ) اقدامات مناسبی برای جلوگیری از صدمات و ضایعات به انجام رسد.
افزون بر این، مطابق دستورالعمل شماره 3 مدیریت ایمنی و بهداشت کار مصوب سال 1999، کارفرمایان ضرورت دارد که خطرات مربوط به ایمنی و بهداشت کارگران را در حین کار ارزیابی کنند تا بدین وسیله اقدامات لازم برای ایمنی شناسایی شده و به کار بسته شود.

منابع

1. ایمنی در تست تجهیزات برقی: سرویس و تعمیر وسایل برقی خانگی، قسمت اطلاعات مهندسی EIS35 HSE Books 2002
2. ایمنی در تست تجهیزات برقی: سرویس و تعمیر تجهیزات صوتی، تلویزیون و کامپیوتر، بخش اطلاعات مهندسی EIS36 HSE Books 2002
3. ایمنی در تست تجهیزات برقی: سوئیچ گیر و کلیدهای کنترل، قسمت اطلاعات مهندسی EIS37 HSE Books 2002
4. ایمنی در تست تجهیزات برقی: محصولات نهایی خطوط تولید، بخش اطلاعات مهندسی EIS38 HSE Books 2002
5. استاندارد BS EN 50191: 2001 مربوط به نصب و بهره برداری از دستگاه های تست کننده تجهیزات برقی
6. استاندارد BS EN 61010-1: 1993 که مربوط به نیازمندی های ایمنی برای تجهیزات برقی به منظور اندازه گیری، کنترل و استفاده های آزمایشگاهی بوده و کل سند در 11 قسمت ارایه شده است.
7. برق گرفتگی: روش های انجام کمک های اولیه از سری HSE Books 2002 با شابک ISBN 0 7176 2264 9
8. استاندارد BS EN 61558-1, -2-1, -2-2, -2-4, -2-6: 1998 که مربوط به ایمنی ترانسفورماتورهای قدرت، منابع تغذیه و موارد مشابه بوده و نیز حاوی نیازمندی های خاص برای ایمنی ترانسفورماتورهای ایزوله و استفاده عمومی از آنها می باشد.
9. استاندارد BS 415: 1990 که مربوط به نیازمندی های ایمنی برای دستگاه های برقی الکترونیکی و تجهیزات مورد استفاده در وسایل خانگی و عمومی است.
10. استاندارد BS 921: 1976 که مربوط به مشخصات فرش لاستیکی مورد نیاز برای کارهای برقی است.
11. استاندارد BS IEC 61340-5-1: 1998 که مربوط به الکتریسیته ساکن بوده و شامل موارد کلی مربوط به حفاظت وسایل الکترونیکی در برابر پدیده الکترواستاتیک است.
12. استاندارد BS 7671: 2001 که مربوط به نیازمندی های تأسیسات برقی (دستورالعمل های سیم کشی IEE، ویرایش شانزدهم) است.
13. استاندارد BS PD 6536: 1992 که مربوط به محدوده افزایش ولتاژ فشار ضعیف (ELV) می باشد.
منابع : انتشارات HSE یا Health & Safety Executive
www.hse.gov.uk/pubns/indg354.pdf

منبع: www.articles.ir