پمپ تولید خلأ بوستر

(نحوه تأمین خلا بوستر در موتورهای توربو دار)

هدف از تکنولوژی افزایش ایمنی و آسایش کاربران است. اما گاهی ارائه یک تکنولوژی جدید سبب می‌شود در بخشی از فعالیتش با تکنولوژی موجود تداخل پیدا کند که در نهایت سبب تضعیف عملکرد کلی خواهد شد. یکی از این سیستم‌های توربوشارژر است. در این مقاله اثر استفاده از توربو شارژر روی سیستم ترمز و روش کنترل آن مورد بررسی قرار می‌گیرد.

تداخل کار توربو و بوستر ترمز

در نظر اول ممکن است عجیب بیاید که چگونه ممکن است عملکرد توربو و سیستم ترمز تداخل کاری داشته باشند اما اگر عملکرد این دو سیستم مورد بررسی قرار بگیرد بخش مورد نظر قابل مشاهده خواهد بود. به صورت ساده باید گفت وظیفه توربو افزایش راندمان حجمی موتور با کمک ارسال هوای اضافی به اتاق احتراق است.این کار سبب افزایش فشار در مانیفولد هوا خواهد شد. از طرف دیگر سیستم ترمز برای تقویت نیروی فشار پای راننده در زمان ترمز گیری از بوستر استفاده میکند. بوستر با کمک خلأ مانیفولد هوا این فرایند را انجام میدهد.(در صورتی که علاقه مند به دریافت اطلاعات بیشتر در مورد عملکرد توربو و بوستر هستید میتوانید به مقاله‌های توربوشارژر و بوستر ترمز خودرو مراجعه کنید. بنابراین در زمانی که توربو فعال میشود خلأ نسبی مانیفولد از بین خواهد رفت. اگر در این لحظه بخواهیم ترمز بگیریم عملکرد بوستر دچار مشکل خواهد شد. چون بدون خلأ نسبی مانیفولد بوستر نمیتواند عملکرد مناسبی داشته باشد بنابراین در آن زمان ترمز گیری ضعیف خواهد بود. با توجه به اینکه سیستم ترمز یک سامانه فوق ایمنی در خودرو به شمار میرود باید به این مورد توجه بیشتری داشت.

استراتژی‌های موجود برای حل مشکل

شکل 1 استراتژی‌های موجود برای کنترل این تداخل عملکرد را نشان می‌دهد.

شکل 1- روش‌های کنترل تداخل عملکرد توربو و بوستر

بالابردن لحظه شروع فعالیت توربو

در واقع این روش استراتژی خاصی به شمار نمی‌رود. فقط باتوجه‌به توان و راندمان موتور لحظه فعال شده توربو در دورهای بالاتر انجام می‌شود. عموماً زمان فعال‌شدن توربو در این خودروها بالای دور 2500 است. معمولاً در شرایط حرکت در جاده‌های معمولی در این دور سرعت خودرو به نزدیک 100 کیلومتر در ساعت می‌رسد؛ بنابراین تا قبل از این دور و سرعت توربو فعال نشده عملکرد بوستر دچار اختلال نمی‌شود. در سرعت‌های بالا هم باتوجه‌به اینکه در لحظه ترمزگیری پا از روی پدال گاز برداشته می‌شود. دور موتور افت کرده و در نتیجه توربو خاموش می‌شود. برخی خودروسازان از این ایده برای موتور خود استفاده کرده‌اند. اگرچه فکر قدرتمندی به شمار نمی‌رود. مخصوصاً به دلیل فوق ایمنی بودن بحث ترمز بهتر است یک سیستم کمکی برای آن در نظر گرفته شود.

استفاده از پمپ خلا کمکی

بهترین ایده برای این کار استفاده از پمپ خلا کمکی است. خلأ روی بوستر علاوه بر مانیفولد از محل دیگری نیز تأمین شود، یا اینکه به‌صورت کاملاً مجزا از جای دیگری تأمین شود. همانطور که در شکل 1 نیز اشاره شد پمپ‌های خلایی می‌تواند از نوع مکانیکی و یا الکتریکی باشد. شکل 2 این دو نمونه پمپ را نشان می‌دهد.

: پمپ خلا برقی (تیگو 8) B: پمپ خلا مکانیکی ( پژو 2008)

شکل 2- نمونه پمپ خلایی کمکی بوستر

هر دو نوع پمپ‌های خلایی ترمز در خودرو ها متداول هستند. اگرچه در خودرو های هیبریدی، اگر موتور مکانیکی آن دارای توربوشارژر باشد عموماً از پمپ خلا برقی استفاده می‌شود. در این مقاله به ساختار و عملکرد پمپ مکانیکی پرداخته خواهد شد.

پمپ خلایی مکانیکی ترمز

پمپ‌های خلایی مکانیکی معمولاً روی موتور نصب می‌شوند و انرژی خود را از میل‌سوپاپ یا میل‌لنگ دریافت می‌کنند. این کار می‌تواند به‌صورت مستقیم با شفت میل‌سوپاپ انجام شود و یا اینکه از طریق چرخ‌دنده‌های زنجیر تایم و یا اویل پمپ متصل می‌شود. نظر به دسترسی بیشتر نوع ارتباط با میل‌سوپاپ عموماً خودروها از این نوع استفاده می‌کنند. بل از اینکه این نوع پمپ‌ها برای بوستر ترمز استفاده شوند در موتورهای دیزل برای کنترل دریچه گازهای خلایی استفاده می‌شدند. پمپ‌های خلایی مکانیزم انواع مختلفی دارند؛ اما نوعی که برای ترمز استفاده می‌شود از نوع Vane type (پره دوار) است. شکل 3 نمونه‌های دیگر پمپ خلایی ترمز را نشان می‌دهد.

A: (BMW-E46) B: (Benz – W221)
C: (Toyota -land crouse J40) D: (Hyundai- Genuine)

شکل 3- نمونه‌های مختلف پمپ خلا مکانیکی روی خودروهای برند

همانطور که مشاهده می‌شود استفاده از پمپ‌های مکانیکی در برندهای شاخص نیز متداول است. فشار منفی (خلأ) ایجاد شده در این مدل پمپ‌ها بین 0.7 الی 0.9 بار است که در مقایسه با خلأ موردنیاز در بوستر ترمز، مقدار معقولی به نظر می‌رسد.

اجزا پمپ خلا مکانیکی ترمز

پمپ‌هایی خلایی که به‌عنوان کمکی برای سیستم ترمز استفاده می‌شوند عموماً مکانیزم بسیار ساده‌ای دارند. شکل 4 اجزا داخلی نمونه‌ای از این پمپ‌ها را نشان می‌دهد.

1- محفظه افت فشار 2- مجرای ورودی (از بوستر) 3- بدنه پمپ 4- جهت حرکت 5- محفظه فشاری
6- مجرای خروج (به داخل فضای سرسیلندر) 7- روتور 8- پره 9- مجرای تعادل (از داخل فضای سرسیلندر)
شکل 4- اجزا داخلی پمپ خلایی مکانیکی

همانطور که مشاهده می‌شود پس از جداکردن درپوش پمپ اجزا مطابق شکل 4 قابل‌مشاهده خواهد بود.

عملکرد پمپ خلا مکانیکی ترمز

به‌صورت ساده اساس کار پمپ‌های خلایی با پمپ‌های معمولی تفاوت چندانی ندارد. به‌صورت ساده هر نوع پمپ در یک سمت فشار و در سمت دیگر خلأ ایجاد می‌کند. بر اساس شکل 4 فضای داخلی پمپ با پره (شماره 8) به دو بخش تقسیم می‌شود. این پره طوری روی روتور (شماره 7) قرار گرفته است که حرکتی خاص خواهد داشت طرفین پره با بدنه پمپ (شماره 3) با کمک یک بخش لاستیکی و روغن ورودی از سرسیلندر سبب ایجاد فضای آب‌بندی‌شده در دو طرف پره خواهد شد؛ بنابراین دو ناحیه‌ای که با رنگ‌های سبز و قرمز نشان‌داده‌شده است نسبت به یکدیگر آب‌بندی خواهند بود. حجم این دو ناحیه بر اساس دوران متغیر است. ناحیه سبز که به مجاری ورودی از بوستر (شماره 2) ارتباط دارد. طوری طراحی شده است که به سمت محفظه افت فشار (شماره 1) راه دارد حجم این محفظه به‌مرور افزایش پیدا می‌کند به همین دلیل افت فشار نسبی ایجاد می‌شود و انتقال این افت فشار توسط شیلنگ‌های اتصال به بوستر در نهایت باعث ایجاد خلأ نسبی در بوستر خواهد شد. شکل 5 این وضعیت را نشان می‌دهد.

شکل 5- نحوه ارتباط سمت خلایی پمپ خلایی مکانیکی با بوستر

برای ایجاد تعادل فشاری در هر دو طرف پمپ خلایی، این دو طرف توسط دو مجرای تحت کنترل به سمت فضای داخلی سرسیلندر راه دارند. اگر به هر دلیلی میزان خلأ در یک سمت و یا میزان فشار در سمت دیگر بیش از حد استاندارد باشد، مجرای کنترلی ارتباط بین محفظه مکشی و یا فشاری را به داخل فضای سرسیلندر برقرار می‌کند. در نتیجه میزان فشار یا خلأ در محدوده موردنظر باقی می‌ماند. بعلاوه از این مجرا مقداری از روغن موجود در فضای سرسیلندر وارد محفظه‌های پمپ خلایی می‌شود. در نتیجه به‌صورت هم‌زمان فرایند روان‌کاری و آب‌بندی بهتر نیز انجام خواهد شد.

در مقاله مرتبط بعدی در مورد پمپ خلا الکتریکی مطالبی بیان خواهد شد. مشکلات مرتبط به خرابی این سیستم نیز در یک مقاله مجزا مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

نویسنده: مهندس بهروز خطیبی