X انجام پروژه های نرم افزار های مهندسی مکانیک
منیفولد ساده و متغیر - وبلاگ مهندسی مکانیک
مهندسی مکانیک // ۳:٠٧ ‎ب.ظ - یکشنبه ۱٩ دی ۱۳۸٩

منیفولد ساده و متغیر

 

در خودروها دو نوع منیفولد وجود دارد یکی منیفولد بنزین که هوا را به درون سیلندرها می‌کشد و
دیگری منیفولد دود برای تخلیه دود.

منیفولد دود:
منیفولدهای دود با اشکال مختلف ساخته می شوند. در یک موتور ردیفی، منیفولد در کنار موتور قرارمی گیرد و در یک موتورخورجینی به هر یک از بلوک سیلندر یک منیفولد دود نصب می شود.
وظیفه دیگر منیفولد دود، گرم کردن منیفولد گاز در موقع سرد بودن می باشد که با این وسیله سوخت به صورت بخار درآمده و از مایع شدن آن جلوگیری می کند.
منیفولد گاز:
منیفولد گاز تقریبا مشابه منیفولد دود می باشد که با اشکال مختلف ساخته می شود و در کنار موتور بین کاربراتور و سر سیلندر قرار می گیرد. وظیفه آن رساندن سوخت و هوایی که کاربراتور مخلوط می کند به وسیله این رابط (منیفولد گاز ) به شکل گازی به محفظه احتراق در سر سیلندر می باشد.
توربو شارژر:
توربوشارژر شامل یک کمپرسور و یک توربین می باشد که هر دو روی شفت نصب شده اند و
توربین توسط گازهای خروجی حاصل از احتراق چرخانیده می شود به این ترتیب انرژی این گازها
که در صورت نبودن توربوشارژ تلف می شد برای چرخانیدن کمپرسور استفاده می شود و هوای
بیشتری برای سیلندرها موتور تامین می کند توربو شارژ دارای یک قسمت دوار (روتور) است که
شامل یک شفت می باشد و یک سر ان توربین و سر دیگر ان یک کمپرسور نصب شده است این
قسمت دوار داخل یک پوسته قرار گرفته که دارای دو محفظه یکی توربین و دیگری برای کمپرسور
می باشد گازهای خروجی موتور مستقیما وارد محفظه توربین شده و توربین و در نتیجه کمپرسور
را با سرعت بالایی به چرخش وا می دارند از هوا از مرکز محفظه کمپرسور مکیده شده و تحت
فشار قرار گرفته و توسط نیروی گریز از مرکز که بواسطه سرعت بسیار بالای چرخش کمپرسور
ناشی می شود به درون موتور رانده می شود به این ترتیب هوای بیشتری به داخل سیلندر
ارسال می گردد اگر سوخت بیشتری به داخل سیلندرها تزریق شود انرژی گازهایخروجی نیز
افزایش یافته و در نتیجه سرعت چرخش توربوشارژ نیز بالاتر می رود این امر سبب افزایش
هوایتامین شده برای موتور می گردد .
سنسور اکسیژن:
این سنسور مقدار اکسیژن گازهای خروجی را که در منیفولد دود می‌باشند اندازه گرفته و ولتاژ
مناسب با اکسیژن موجود در سیستم که نشانه رقیق یا غنی بودن مخلوط می‌باشد را به واحدECU
گزارش میدهد.
مواد مناسب برای ساخت قطعه منیفولد دود خودرو:
منیفولد دود، قطعه‌ای است که وظیفه هدایت و انتقال دود و گازهای داغ خروجی از موتور به لوله اگزوز را برعهده دارد. این قطعه باید مسیر مناسب و بدون مانعی را برای خروج و فرار گازهای خروجی ایجاد کند و دوام و مقاومت خوبی در برابر گازهای داغ و دما‌های تا حدود 1000 درجه سانتی‌گراد از خود نشان دهد.
برای ساخت این قطعه معمولاً از دو نوع ماده استفاده می‌کنند:

الف- فولادهای مقاوم به حرارت یا فولادهای نسوز

ب- چدن‌ها که با توجه به شرایط کاربرد، میتوان ا: چدن اکستری، گرافیت فشرده، داکتیل و یا داکتیل
آلیاژی استفاده کرد.

جنس منیفولد دود برخی خودروها از فولادهای نسوز است، اما به دلیل هزینه بیشتر، نیاز به جوشکاری و پیچیدگی زیاد ساخت این قطعه، معمولاً منیفولد دود بیشتر خودروهای معمولی از جنس چدن است. جدول 1، جنس منیفولد دود چند خودرو را به همراه ترکیب شیمیایی آنها نشان می‌دهد.

چدن، برای کاربرد در دمای بالا، مفید است. در مقایسه با چدن خاکستری، مقاومت چدن نشکن در برابر حرارت بهتر می‌باشد . بنابراین استفاده از این ماده برای ساختن منیفولد دود بسیار عالی خواهد بود. محاسن چدن نشکن نسبت به چدن خاکستری برای تولید منیفولد دود موتورهای داغ‌تر به شرح زیر است:

.1چدن نشکن با میزان سیلیسیم بالاتر و منگنز پایین‌تر دارای دمای استحاله یا یوتکیوئید بالاتری می‌باشد. بنابراین اگر درجه حرارت کارکرد یون قطعه دچار تغییر فاز شود، بالا می‌رود.

.2 در چدن‌های خاکستری، اکسید شدن با سرعت در سطوح گرافیت لایه‌ای اتفاق می‌افتد، ولی در چدن نشکن گرافیت‌ها به صورت کروی پراکنده شده و به علت دارا بودن ماهیت تغییر شکل پلاستیک، مقاومت بیشتری نسبت به چدن خاکستری در برابر افزایش درجه حرارت دارند .


جنس مانیفولد دود خودروهای مختلف




گرم و سرد کردن مکرر، باعث ایجاد شوک حرارتی در قطعه و توسعه شیب‌های حرارتی و ایجاد نشت‌های داخلی می‌شود. این مسائل موجب تابیدگی یا تخریب ناشی از خستگی حرارتی قطعه خواهد شد. بنابراین برای طراحی قطعاتی نظیر منیفولد دود علاوه‌بر معیارهای طراحی باید به مسائلی از قبیل حداکثر دمای کارکرد میزان انتقال حرارت، شیب‌های حرارتی و میزان انبساط در اثر گرما توجه کامل داشت.

انبساط و رشد قطعات چدنی در دماهای بالا

قطعات چدنی وقتی در دمای بالا قرار می‌گیرند، حتی اگر تنش هم به آنها اعمال نشود، باز هم تمایل به رشد از خود نشان می‌دهند و مقدار رشد به ترکیب شیمیایی، ساختار میکروسکوپی، زمان قرار داشتن در دمای بالا و تغییرات دمایی بستگی دارد.

حفظ خواص مکانیکی و ابعادی قطعه چدن نشکن در معرض حرارت، بستگی به ثبات ساختار میکروسکوپی و مقاومت به اکسیداسیون دارد. ساختار چدن نشکن فریتی یا چدن نشکن آنیل شده تا دمای بحرانی 730 درجه سانتی‌گراد ثابت است. در فریت خواصی مانند استحکام و مقاومت در برابر حرارت، بستگی به ترکیب شیمیایی آن دارد. میزان بالای Si و افزودنی‌های دیگر نظیر نیکل، آلومینیم و مولیبدن اثر مستقیمی بر خواص فریت در درجه حرارت‌های بالا دارند.
ساختار چدن نشکن پرلیتی تا دمای 420 درجه سانتی‌گراد ثابت می‌ماند. بالاتر از 540 درجه سانتی‌گراد سمانتیت موجود در پرلیت تدریجاً حالت کروی پیدا کرده و به کربن و آهن تجزیه می‌شود. کربن تجزیه شده با رسوب بر روی گرافیت کروی باعث گرافیت‌زایی می‌شود. میزان سرعتگرافیت‌زایی در دمای بالاتر از 650  درجه سانتی‌گراد افزایش می‌یابد.
سرعت گرافیت‌زایی به ترکیب شیمیایی به‌ویژه میزان Si و عناصر کاربید‌زای موجود بستگی دارد.
چدن‌های داکتیل فریتی تا دمای بحرانی 730 درجه سانتی‌گراد پایدار بوده، در دماهای پایین‌تر از 815 درجه سانتی‌گراد چدن‌های نشکن فریتی آنیل شده رشد نداشته، اما چدن‌های نشکن پرلیتی به علت گرافیت‌زایی رشد از خود نشان می‌دهند و چدن‌های داکتیل غیرآلیاژی هم پرلیتی و فریتی بالای 815 درجه سانتی‌گراد رشد مؤثری داشته و در حالت پرلیتی رشد آنها سریع‌تر است.
با افزایش سطح مقطع، رشد کاهش یافته و با افزایش Si و استفاده از کرم و مولیبدن می‌توان رشد را متوقف کرد. چدن خاکستری به دلیل گرافیت‌زایی و اکسیداسیون بیشتر، رشد بیشتری نسبت به چدن داکتیل از خود نشان می‌دهد.

به‌طور کلی منیفولدهای چدنی دمای بالا از چدن داکتیل فریتی ساخته می‌شود که با توجه به دمای کارکرد آنها عناصر آلیاژی نظیر Mo،کرم، Ni و یا AL استفاده می‌شود. این مواد را می‌توان در قالب 4 گروه زیر دسته‌بندی کرد:

الف- چدن داکتیل فریتی: دارای کربن معادل 8/4 درصد و Si 3 درصد بوده و انعطاف‌پذیری آنها 20- 16 درصدمی‌باشد. قابلیت ماشینکاری عالی و قابل استفاده در درجه حرارت‌هایمتوسط می‌باشد.

ب- چدن‌های داکتیل Si-Mo Mo در قطعاتی که در دمای بالا کار می‌کنند نقش مؤثری داشته و باعث افزایش خستگی حرارتی و پایداری ابعادی و ساختاری می‌شود. در این چدن‌ها قابلیت ماشینکاری نسبتاً پایین است و دمای کارکرد بالاتری
دارند. این گروه نیز دارای 3 درصد Si، 8/4 درصد کربن و 15-10 درصد پرلیت و شامل کاربید‌های مولیبدن می‌باشد که با توجه به درصد مولیبدن به 3 گروه تقسیم می‌شود.

A)ا 9-7 درصد مولیبدن
B)ا 7/0-5/0 درصد مولیبدن
C)ا 5/0-3/0 درصد مولیبدن
پ- چدن‌های Niدار
ت- چدن‌های با Si و Mo بالا


این چدن‌ها مشابه گروه ب ولی با انعطاف‌پذیری پایین، شکننده و مشکل برای ریخته‌گری می‌باشند، از این چدن‌ها زیاد استفاده نمی‌شود.
شکلA، حداکثر دمای کارکرد منیفولد دود با گریدهای مختلف مواد را نشان می‌دهد. با توجه به این جدول،اختلاف دمای کارکرد منیفولد دود از جنس چدن داکتیل بدون Mo و با Si بالا با چدن حاوی Mo و Si بالا درحدود 37 درجه سانتی‌گراد می‌باشد.

جدولA:حداکثر دمای کارکرد منیفولد دود با گریدهای مختلف مواد 




در منیفولد دود دو عنصر Si و Mo نقش مهمی را ایفا می‌کنند. Si با پایدار کردن زمینه فریتی و تشکیل لایه سطحی غنی از Si که از اکسیداسیون پیشگیری می‌کند، عملکرد چدن داکتیل در دمای بالا را افزایش می‌دهد. با افزایش میزان Si، مقاومت قطعه در برابر اکسیداسیون افزایش می‌یابد. با افزایش Si استحکام‌های تسلیم و شکست افزایش یافته و انعطاف‌پذیری کاهش می‌یابد. سیلیسیم تا دمای 540 درجه سانتی‌گراد، استحکام‌دهی خوبی دارد و در دماهای بالای 540 درجه سانتی‌گراد اثر کمتری دارد.
برای مقادیر بالای 6 درصد Si قطعه ممکن است خیلی ترد و شکننده باشد. بهترین ترکیب مقاومت حرارتی و خواص مکانیکی بالا در مقدار Si 6-4 درصد به دست می‌آید. سیلیسیم برای افزایش مقاومت در برابر پوسته شدن بسیار مؤثر بوده و دلیل آن این است که با افزایش Si،ترکیب پوسته از حالت اکسید آهن به سمت سیلیکات تغییر می‌یابد و این پوسته مقاومت بیشتری در برابر نفوذ یون‌های فلزی و اکسیژن از خود نشان می‌دهد و به این ترتیب میزان پوسته شدن کاهش می‌یابد.

در دماهای بالا Mo نقش مؤثرتری داشته و با افزایش Mo به میزان 1-0 درصد به چدن‌های داکتیل با Si بالا، خستگی حرارتی بهبود می‌یابد. در جدولB، تأثیر درصدهای مختلف سیلیسیم و مولیبدن بر رفتار خستگی حرارتی نشان داده شده است.

افزایش Si و افزود ی نظیر AL و Mo به‌طور مؤثر اکسیداسیون چدن داکتیل را تا فولادهای آستنیتی کاهش می‌دهد. 


(B)تأثیر سیلیسیم و مولیبدن بر رفتار خستگی حرارتی چدن‌های داکتیل فریتی




مقدمه ای برتئوری مسیر جریان درمانیفولدها:
مدل های مانیفولد برخاسته از عرصه های گوناگون مانند ریاضیات و تصویرپردازی وداده های مدلی یا به وسیله علم کامپیوتر.
سطوحی از معیارهای ارادی وبعدی درمدل های غیر خطیاستفاده می شود.و همچنین در مدل های جدید فرایند تدریجی رادنبال می کند. در تصویب کردن روش های عددی ناپایدارو بهره برداری از شکل غیر خطی
خلاصه زبده اطلاعات مناسب برای عناصر داده ها لازم می باشد.این روش شامل مطالعه در خصوص موضوعات محاسباتدیفرانسیلی (عامل مربوطه لاپلاس و این گونه ها هستند) و در کل روشهای مسیری (مربوط به محاسبه کوتاه ترین مسیر بین دو نقطه در سطح) در این
مسافت شما به این نتیجه می رسید که تفاضلی و خط ترسیم شده بین دو نقطه در روی سطح محاسبه درعکس ها و حجم ها وابعادهای نمایش هندسی بالا برقرار است.





منیفولدهای ورودی متغیر :

(1) منیفولدهای طول متغیر
(2) سیستم ورودی انعکاسی
منیفولدهای ورودی متغیر از اواسط دهه 90 بطور گسترده رایج شدند. با استفاده از اینسیستم گشتاور پایین دردور متوسط افزایش یافته بدون این که تاثیری بروی مصرف سوخت یا قدرت در دورهای بالا داشته باشد.
بد ینوسیله انعطاف پذیری موتور بهبود می یابد. یک منیفولد معمولی برای قدرت درسرعت بالا یا گشتاو در دورپایین و یا یک توازن بین آنها بهینه سازی می شود اما منیفولد ورودی متغیر یک یا بیش از دومرحله برای انجام وظیفه در سرعت مختلف موتورمطرح میکند گفته میشود نتایج استفاده ازاین سیستم شبیه استفاده ازسیستمتایمینگ متغیرسوپاپ(VVT) می باشد.
اما مزیت منیفولد ورودی متغیر این است کهگشتاور دور پایین را بیش ازقدرت در
در دور بالا افزایش می دهد. این سیستم برای خودروهای چهار در(sedan) که هر روز سنگین و سنگین تر می شوند خیلی مفید می باشد. با افزایش خودروهایی کهخصوصیات اسپورت دارند مانند Ferrari 360 Mو550 Mاز منیفولدهای ورودی متغیر در کنار تایمینگ متغیر سوپاپ برای قابلیت بهتر در حرکت استفاده می شود.





در مقایسه با VVT منیفولدهای ورودی متغیرارزانترمی باشند. برای اینکه فقط به چند
منیفولد ریخته گری شد و دد کمی سواپهای لکتریکی احتیاج دارند در مقابل VVT به تعدادی
کارانداز هیدرولیکی دقیق ومناسب و یا حتی تعدادیبادامک مخصوص و میل بادامکنیاز دارد.
هر دو آنها از هندسهمنیفولدهای ورودی برای رسیدن به یک هدف مشابه استفاده می کنند. منیفولدهای ورودی طول متغیرمعمولا در خودروهای سواری چهار در((sedan استفاده می شونددربیشتر طراحی ها از دو منیفولد با طول متفاوت برای تغذیه هر سیلندر استفاده میشود. منیفولدهای با طول بلندبرای دورهای پایین و منیفولدهای کوتاه برای دورهای بالا استفاده میشوند. فهمیدن اینکه چرا دور بالا بهمنیفولد کوتاه احتیاج دارد ساده است؟ چون که با استفاده از آن مکش موتور بطور آزادانه و آسان صورتمی گیرد. اما چرا
دردورهای پایین منیفولدهای با طول بلند مورد نیاز است ؟
چونکه استفاده از لوله های بلندتر باعث کاهش فرکانس هوای ورودی به سیلندر میشود به گونه ای که با کاهش دور موتور تطابق زیادی دارد و باعث بهتر پر شدن سیلندر می شود و بدین ترتیب گشتاور خروجی را افزایش می دهد. از طرف دیگر منیفولد ورودی بلند تر جریان هوا را به آرامی هدایت می کند که باعث بهتر مخلوط شدن سوخت و هوا می شود.
بعضی از سیستمهای طول متغیرارائه شده سه مرحله دارند که از این نوع درAudi V8 استفاده شده است.
درحقیقت Audi از منیفولدهای جداگانه استفاده نمی کند. در عوض از یک منیفولد ورودی دورانی که ورودی آن در مرکز روتور آن واقع است استفاده می کند. چرخش مجرای ورودی به وضعیتهای مختلف باعث ایجاد طولهای مختلف در منیفولد می شود.
ترتیب احتراق به گونه ای است که سیلندرها بطور متناوب از هر یک از محفظه ها تنفس می کنند که باعث ایجاد یک موج فشاری بین آنها می شود.
اگر فرکانس موج فشار با دور تطابق داشته باشد می تواند به پرشدن سیلندرکمک کند بدین ترتیب راندمان مکش افزایش یافته. فرکانس تولیدی به سطح مقطع لوله های متصل شدهبستگی دارد.
با بستن یکی ازآنها دردور پایین سطح مقطع به خوبی فرکانس را کاهش می دهد بدین گونهگشتاور خروجی در دور متوسط افزایش می یابد. در دور بالا سوپاپ باز شده و بهتر پر شدن سیلندر را فراهم می کند. 

خلاصه منیفولدهای ورودی متغیر
مزایا :
بهبود گشتاور تحویلی در دور پایین بدون کاهش قدرت در دور بالا و ارزانتر بودن نسبت به تایمینگ
متغیرسوپاپ VVT)).
معایب:
تقریبا فضای زیادی اشغال می کند و تاثیری در افزایش گشتاور در دور بالا ندارد.
منیفولد ورودی برای حجم های بالا(v10موتور)


مانیفولد ورودی با طول متغیر


موضوعات

صفحات