بخشی از مقاله
چکیده :
هدف اصلی در طراحی سیستم هوا رسانی بیشینه کردن مقدار هوای ورودی به موتور جهت تولید توان بیشتر است. یکی از پارامترهای موثر بر جرم هوای ورودی به موتور فشار ورودی هوا می باشد که متاثر از چندین عامل مختلف مانند فشار هوای محیط، افت فشار مسیر هواکش، افت فشار فیلتر هوا و غیره می باشد.
در این مقاله به این موضوع پرداخته میشود که در خودروهای دیزل سنگین خاص، همواره مشکل جانمایی قطعاتی از جمله فیلتر هواکش وجود خواهد داشت. بنابراین ناگزیر نیاز به تغییراتی در سیستم هوارسانی وجود خواهد داشت. بنابراین در اینجا تغییرات ایجاد شده در سیستم هوارسانی خودروی هدف نسبت به یک خودروی مبنا استاندارد - که در اینجا خودروی اکسور میباشد - بررسی میشود.
بنابراین ابتدا با مدل سازی و تحلیل مدل در نرم افزار فلوئنت به بررسی تغییرات ایجاد شده در مسیرهوارسانی خودروی هدف پرداخته خواهد شد. بعد از تحلیلهای صورت گرفته و مقایسه نتایج شبیهسازی با تستهای میدانی آنچه از نتایج بر میآید این است که افت فشار حاصل از تغییرات هندسی ایجاد شده در بازه استاندارد قرار دارد و مشکلی برای تنفس خودرو ایجاد نخواهد کرد.
-1 مقدمه
یک خودرو با موتور احتراق داخلی از دور آرام تا دور بیشینه بایستی کارکرد نرم داشته باشد، تا بازده خروجی بالا و قابلیت رانندگی بهتر داشته باشد. در موتورهای احتراق داخلی مکانیزم تولید قدرت بر پایه احتراق هوا و سوخت در داخل سیلندر میباشد.
هوای مورد نیاز جهت احتراق در موتور از محیط خارجی موتور و تحت فشار محیط وارد موتور میگردد. از این رو تولید قدرت بیشتر در موتور نیازمند ورود حداکثر هوای ممکن به داخل سیلندر میباشد.
مقدار هوای ورودی به داخل سیلندر وابسته به عوامل متعددی میباشد. مهمترین این عوامل عبارتند از:[2]
· حجم سیلندر
· سطح مقطع و ضریب تخلیه سوپاپ های ورودی
· زمان بندی سوپاپ ها
· فشار و دمای هوای ورودی در پشت سوپاپ های ورودی
· فشار داخل سیلندر در لحظه باز شدن سوپاپهای ورودی
مهمترین عاملی که مقدار هوای ورودی به داخل سیلندر در موتور را تعیین می کند حجم سیلندر است اما به دلیل اینکه بر روی خودروی هدف و خودروی مبنا هر دو، موتور OM457 با حجم سیلندر یکسان نصب شده است، عامل حجم سیلندر معیار مقایسه قرار نمیگیرد. سطح مقطع سوپاپهای ورودی و مقدار ضریب تخلیه آنها نیز یک خاصیت ذاتی متعلق به هندسه سوپاپ و نشیمن آن میباشد که این پارامتر نیز در این مقایسه بی تاثیر خواهد بود. بنابراین تنها عوامل تاثیرگذار بر روی عملکرد موتور در خودروی هدف تاثیر مسیرهای هواکش و خروجی بر روی فشار هوای ورودی درپشت سوپاپ هوا و همچنین فشار داخلی سیلندر در حین تخلیه و تنفس میباشد.
مسیر هوا
اجزای اصلی مسیر هوا، چندراههی ورودی، چندراههی خروجی و توربوشارژر میباشند. روند کاری این حلقه، اینگونه میباشد که کمپرسور براساس شرایط کارکردی موتور، هوای تازه را به سمت چندراههی ورودی پمپ کرده و هوا وارد محفظهی احتراق میشود. در انتهای فرایند تراکم، پاشش سوخت به مقدار مشخص متناسب با شرایط کاری موتور صورت گرفته و پس از اختلاط با هوا محترق میشود. گازهای حاصل از احتراق وارد چندراههی خروجی شده و به سمت توربین توربوشارژر میروند. بدین ترتیب توربین، توان لازم برای چرخش خود را از انرژی گازهای خروجی دریافت میکند و بوسیلهی آن کمپرسور، دبی هوا و فشار لازم را متناسب با شرایط کارکردی تامین مینماید
اما به صورت جزئیتر مسیر هوا در یک موتور احتراقی از ورودی هواکش تا توربوشارژر شامل قطعات مختلفی میباشد که این قطعات عبارتند از :
توربوشارژر: توربوشارژر از یک توربین و یک کمپرسور تشکیل شده است. کمپرسور توربوشارژر، توان محرک خود را از توربینی میگیرد که در مسیر جریان گازهای خروجی موتور قرار دارد و درنتیجه کمپرسور میتواند جرم و فشار هوای ورودی را افزایش دهد که در شکل - 1 - طرحوارهای از این سیستم مشاهده میشود.
شکل : - 1 - نمایی از یک توربوشارژر معمولی ورودی هواکش: ورودی هواکش در ابعاد و اندازههای متفاوت و معمولا به شکل یک شیپوره با دهانه بزرگتر از سطح مقطع کانال هوا ساخته می شود. در خودروی هدف ورودی هواکش در قسمت فوقانی کابین خودرو نصب شده است. معمولا ورودی هوا کش باید در ارتفاع مناسبی از سطح زمین تعبیه شود تا از ورود گرد و خاک ناشی از حرکت خودرو در مسیر های خاکی و همچنین ورود آب در صورت حرکت خودرو در بسترهای رودخانه و یا کانالهای آب جلوگیری شود.
نکته مهم در طراحی هواکش جلوگیری از کاهش سطح مقطع موثر در ورودی هوا به دلیل پدیده انقباض جریان است. لوله و کانال کشی از ورودی تا فیلتر هوا : لوله کشی میتواند بر اساس هندسه فضای موجود بر روی کابین و محل استقرار فیلتر هوا متفاوت باشد. نکته حائز اهمیت در طراحی کانالهای هوا اجتناب از تغییرات ناگهانی سطح مقطع و خمهای زیاد و طراحی براساس حداقل سطح مقطع با سرعت جریان مناسب است. سرعت جریان در کانالهای ورودی نباید بالا باشد زیرا تولید نویز زیاد و ارتعاشات و همچنین افت فشار خواهد کرد.
فیلتر هوا: کلیه وسایل مجهز به موتورهای درونسوز به فیلترهای هوا و روغن احتیاج دارند و در انواع گازوئیلسوز، فیلتر گازوئیل را نیز باید به این مجموعه اضافه کرد، البته در سالهای اخیر با افزایش آلودگی هوای شهرها، خودروهای جدید به فیلترهای مخصوص تهویه هوای داخل کابین هم مجهز شدهاند. فیلتر هوا بایستی به حد کافی آلودگی ها را جذب کند و نباید آنقدر مسدود شود که توان مکش موتور را کاهش دهد. برای محترق شدن یک گالون سوخت در درون موتور، 01111 الی 00111 گالن هوا از میان فیلتر هوا توسط موتور مکش می شود، این مقدار زیادی هوا است که ذرات فراوان موجود در آن جذب فیلتر می شوند؛ به خصوص اگر خودرو در یک محیط آلوده یا جاده های خاکی حرکت کند.
