الشاحن التوربيني موجود منذ فترة طويلة. صدق أو لا تصدق ، كانت جنرال موتورز أول من أدخل توربو لسياراتهم في عام 1962 باستخدام أولدزموبيل توربو جت فاير. تضيف التربينات أطنانًا من الطاقة دون الحاجة إلى محرك أكبر ، وتعمل على نفس غازات العادم التي تنتجها سيارتك بالفعل.
التوربينات هي إنجازات هندسية رائعة انتشرت بسرعة عبر صناعة السيارات. لقد بدأت كترقية نادرة للأداء تقتصر على السيارات الفخمة والرياضية ولكنها أصبحت الآن وظيفة إضافية في كل مكان تزيد من الكفاءة.
تابع القراءة لمعرفة المزيد حول كيفية عمل التوربينات.
لماذا تستخدم السيارات الحديثة شاحن توربيني
يعود تاريخ الشاحن التوربيني إلى عام 1905 ، عندما مُنح ألفريد بوتشي براءة اختراع لشاحن توربيني مبكر. إنه لأمر مدهش كيف ترجع التكنولوجيا إلى أكثر من قرن ، لا سيما بالنظر إلى مقدار الطفرة التي تشهدها الشواحن التوربينية الآن.
ومن المثير للاهتمام أن التوربينات المبكرة تم تطويرها مع وضع أداء الطائرة في الاعتبار. تستخدم محركات الاحتراق الداخلي الهواء والوقود المشتعلين في غرفة احتراق المحرك لأسفل على المكبس ، مما يسمح للمحرك بتوليد الطاقة.
قبل التوربينات ، كانت الطريقة الوحيدة لزيادة قدرة المحرك هي زيادة الإزاحة. عن طريق جعل غرفة الاحتراق أكبر فعليًا وتوسيع المحرك بأكمله ، أو بإضافة المزيد الاسطوانات ، يمكن لمصنعي المحركات حرق المزيد من الوقود والهواء ، وبالتالي زيادة قوة المحرك انتاج. لهذا السبب أصبح القول الشهير "لا يوجد بديل للإزاحة" عنصرًا أساسيًا في عالم السيارات.
ولكن ، هناك طريقة أكثر فاعلية لإضافة الطاقة دون الحاجة إلى زيادة الإزاحة: الشاحن التوربيني. تسمح هذه الأجهزة للمحرك بتوليد المزيد من الطاقة دون زيادة الإزاحة جسديًا ، مما يثبت وجود بديل مطلق للإزاحة.
أفضل المركبات الكهربائية عالية الأداء اثبت ان القول خاطئ ايضا. مثال واحد هو طائرة Lucid Air فائقة السرعة، وهي أسرع من سيارات العضلات الكلاسيكية V8 أثناء الركض على الإلكترونات.
ما هو توربو؟
ببساطة ، الشاحن التوربيني هو ضاغط هواء يعمل بغازات عادم المحرك. يسمح هذا الضاغط للمحرك بابتلاع المزيد من الهواء ، مما يسمح للمحرك بوضع المزيد من الوقود في غرفة الاحتراق دون إضافة المزيد من الإزاحة. في حالة الطائرات ، تعتبر الشواحن التوربينية تطبيقًا مناسبًا للغاية.
مع استمرار الطائرة في الصعود ، يصبح الهواء أقل كثافة ؛ وبالتالي ، فإن نفس المحرك سوف يولد طاقة أقل على ارتفاعات أعلى مما يفعله بالقرب من مستوى سطح البحر. هذه مشكلة كبيرة ، لكن الشاحن التوربيني يوفر حلاً رائعًا.
تسمح الشواحن التوربينية المضافة إلى محركات الطائرات بدفع المزيد من الهواء إلى المحرك أكثر من المعتاد على ارتفاعات عالية ، مما يحل مشكلة فقدان الطاقة عند الطيران. مثل محركات الطائرات ذات السحب الطبيعي (NA) ، تعاني سيارات NA أيضًا من فقدان الأداء على ارتفاعات عالية مقارنة بالمحركات ذات الشحن التوربيني.
كيف يعمل شاحن توربيني؟
الشاحن التوربيني هو ضواغط هواء ، كما يوحي الاسم ، يقوم التوربو بعمل واحد: ضغط الهواء ووضعه في المحرك. الطريقة التي تنجز بها هذه المهمة بسيطة نسبيًا. ينتج المحرك غازات العادم بسبب الاحتراق الذي يمد السيارة بالطاقة ، ويستخدم التوربينات ذلك الاحتراق لتشغيل التوربينات مما يؤدي في النهاية إلى ضغط الهواء الذي يتم دفعه إلى داخل محرك.
إن الشيء العظيم في التربو هو أنه يعيد تدوير غازات العادم لتشغيل آلية الضاغط. تنقسم التربينات إلى نصفين: المنطقة الساخنة الملامسة لغازات العادم والمنطقة الباردة.
ما يعنيه هذا هو أن أحد النصفين (النصف الساخن) متصل بمشعب العادم. عندما يتم إزاحة الهواء الساخن من المحرك ، فإنه يدور توربينًا موجودًا في النصف الساخن من الشاحن التوربيني ، والذي بدوره يقوم بتدوير مروحة الضاغط الموجودة في المنطقة الباردة من التوربو.
يتم توصيل عنصري الغزل من خلال عمود ، والذي يسمح للتوربين الجانبي الساخن بتدوير الضاغط الجانبي البارد مع اندفاع غازات العادم للداخل. أثناء حدوث هذه العملية ، يبدأ الجانب الساخن للشاحن التوربيني في التوهج باللون الأحمر ، وهذا هو السبب في أن الشاحن التوربيني غالبًا ما يُرى على جانب واحد صدئ والآخر أصلي.
ويرجع ذلك إلى درجات الحرارة القصوى التي تتعرض لها المنطقة الساخنة من التربو من غازات العادم. تسمح غازات العادم للضاغط الجانبي البارد بالدوران وامتصاص الهواء ، وضغطه ودفعه مرة أخرى إلى المحرك. هذا ينتج قوة أكبر من الناحية النظرية.
ومع ذلك ، فإن ضغط الهواء يولد أيضًا حرارة ، مما ينفي فوائد الضاغط. الحل هو إضافة مبرد بين الشاحن التوربيني ومشعب السحب. يسمح هذا للهواء بالدخول إلى غرفة الاحتراق ليبرد ، مما يؤدي إلى زيادة الأداء. لهذا السبب ترى بعض السيارات المزودة بشاحن توربيني مع مجارف غطاء محرك السيارة ، والتي تستخدم الهواء المار لتبريد الهواء المضغوط.
قد تتسبب الشاحن التوربيني في بعض التأخير مع ارتفاع البكرات التوربينية. هذا لأنه يحتاج إلى غازات العادم لجعله يصل إلى السرعة قبل أن يتمكن في الواقع من تعزيز المحرك. تقوم بعض شركات قطع غيار السيارات ما بعد البيع أيضًا بإنشاء أنظمة مضادة للتأخر لحل مشكلة التأخر. ومع ذلك ، فهي باهظة الثمن وعادة ما تستخدم فقط من قبل فرق السباق المحترفة.
تعتبر المنافذ العادمة أيضًا مكونات أساسية تسمح بتحرير ضغط الهواء قبل أن يدور التوربين ، مما يمنع حدوث عطل كارثي في المحرك. إذا لم تكن البوابات العادمة موجودة في أنظمة الشاحن التوربيني ، فمن المحتمل أن يفرط المحرك في دوران التوربين ويدفع ضغطًا كبيرًا في حجرة المحرك. هذا سيناريو غير مرغوب فيه تمامًا وقد يؤدي إلى عطل كارثي في المحرك.
اعتمد المصنعون الشحن التوربيني عبر اللوحة في تشكيلة سياراتهم ، من أجل الكفاءة في المقام الأول. ومع ذلك ، لا يزال المتحمسون يفكرون في التوربينات كمصدر انتقالهم لمزيد من القوة في سيارتك.
التربينات تسمح بسيارات أكثر كفاءة
بفضل الشاحن التوربيني ، تعمل المحركات الحديثة ذات الأربع أسطوانات على نفس مستوى أداء محركات V8 القديمة من حيث القوة مع توفير أرقام أفضل لأميال الغاز. تحول العديد من المصنّعين إلى الشحن التوربيني لسياراتهم مؤخرًا - حتى فورد أضافت محركات شحن توربيني صغيرة الحجم لشاحناتهم الصغيرة من طراز F-150 لجعلها أكثر كفاءة.
لا يزال الحكم قائمًا بشأن ما إذا كانت هذه المحركات أفضل أو أكثر متانة من محركات الإزاحة الأكبر. ولكن ، هناك شيء واحد مؤكد: مع هجوم السيارات الهجينة والمركبات الكهربائية ، قد لا تتمكن حتى التوربينات من إنقاذ محرك الاحتراق الداخلي.
