أولاً: التيربو أو الشاحن التوربيني (Turbocharger) يعد التيربو من أهم الإبداعات التي ظهرت في هذا العصر، تم إختراع التيربو سنة 1915 بواسطة الم...
أولاً: التيربو أو الشاحن التوربيني (Turbocharger)
يعد التيربو من أهم الإبداعات التي ظهرت في هذا العصر، تم إختراع التيربو سنة 1915 بواسطة المخترع السويسري ألفريد بوتشي، وفي سنة 1916 تم إستخدام التيربو للمرة الأولى على محركات الطائرات الحربية المقاتلة الفرنسية والتي كانت من تصنيع شركة رينو. وبعدها في سنة 1917 تم تركيب التيربو على محركات الطائرات الأمريكية. وتعتبر صناعة الطائرات الحربية هي السبب الأول لاختراع وصناعة Turbo، و ظهر بالضبط خلال الحروب العالمية لزيادة قوة محركات الطائرات.
بعدها جاءت فكرة استخدام التيربو في صناعة السيارات، وخصوصاً في المحركات ذات الأداء العالي الخاصة بسيارات الفورميلا 1 و التي كانت تسمح قوانينها في تلك الفترة باستخدام التيربو، كما تعتبر سيارة saab900 السويدية أول سيارة إنتاجية استعملت التيربو وكان ذلك سنة 1978. وبعد ذلك برزت بقوة في عالم السيارات. وفي ظل التقديم التكنولوجي الكبير الذي يصاحب هذا العصر، من إحدى صوره وتجسيده بشكل فعلي بالتقدم الكبير في مجال الشواحن التيربو.
استخدامات التيربو
- زيادة قدرة المحرك
تم من خلال التيربو الحصول على المزيد من القوة الحصانية، والتي قد تصل إلى حوالي إلى ضعفي أو ثلاثة أضعاف من القوة الفعلية أو القياسية للمحرك نفسه، فمثلاً إذا كانت القوة الأساسية لمحرك إحدى السيارات حوالي 300 حصان، فقد تصل قوته بقوة التيربو أو الشواحن التيربونية إلى حوالي من 900 أو 1000 حصان وتختلف على حسب القطع المستخدمة.
- لخفض استهلاك الوقود
يستخدم الشاحن التوربيني أيضا لتحسين احتراق الوقود بصرف النظر عن تحسين القدرة. ويحدث ذلك عن طريق الاستفادة من طاقة الغاز العادم الضائعة باستعادة جزء منها لتشغيل الآلة، بذلك يضمن الاحتراق الكامل للوقود في المحرك قبل طرد الغاز العادم. فعن طريق زيادة درجة حرارة عمل المحرك يتم الحصول على كفاءة أحسن، ولكن لكل شيء ايجابيات وسلبيات فرفع درجة الحرارة لها سلبياتها وسوف يتم ذكر ذلك لاحقا في هذا المقال.
ما هو عمل التيربو
ملخص عمل التيربو إدخال كميات إضافية من الهواء إلى المحرك، ومن ثم القيام بضغطه بصورة أكبر، وذلك حتى يزيد من نسبة اشتعال الوقود بالسيارة، وداخل غرف الاحتراق الموجودة في المحرك، الأمر الذي يزيد من سرعة السيارة بشكل كبير.
فعندما يعمل المحرك بطبيعة الحال فإنه يسحب الهواء و البنزين و يسبب انفجاراً داخل السلندر و يخرج العادم فلنتوقف عند العادم .
يركب القسم التوربيني في فتحة الهدرز التي يخرج منها العادم من المحرك ليحرك المروحة بداخل القسم التوربيني، ويكمل طريقة لبقية نظام العادم بالسيارة، تحريكه لهذه المروحة الموصولة بعمود شفت صغير يربطه بقسم الكمبريسر يؤدي إلى تحريك المروحة الأخرى، التي بالتالي تسحب الهواء عبر هذا القسم إلى داخل مجرى الهواء الموصول بمبرد يمر خلاله لتخفيض درجة الحرارة، ثم ينتقل إلى المحرك من خلال مجرى آخر. وفي سيتم الشرح بالتفصيل في تكملة هذا المقال.
طريقة عمل التيربو أو الشاحن التوربيني (Turbocharger)
الضاغط في التيربو يتم تشغيله عن طريق غاز العادم الذي يخرج من السيارة كناتجٍ للاحتراق، فيتمّ تركيب توربينٍ على هذا العادم بحيث تعمل الغازات التي تخرج من العادم والتي تحمل طاقةً كبيرةٍ نتيجة درجات الحرارة المرتفعة في داخل غرفة الاحتراق، فيتمّ تمرير غاز العادم في التوربين والذي يكون موصولاً في الضاغط والذي يمرّ فيه الهواء الداخل إلى المحرك، فيقوم الضاغط برفع ضغط هذا الهواء وإدخاله إلى المازج (Carburetor) أو نظام الحقن بكميةٍ أكبر وبالتالي تكون كمية الهواء الذي يدخل غرفة الاحتراق أكبر وتوليد طاقةٍ أكبر من المحرك بالتالي.
- المكونات الأساسية للتيربو :
يتكون نظام التيربو من عدة أجزاء منها:
قطعة التيربو نفسها:
و تقسم قطعة التيربو الى قطعتين متلاسقتين :
- قطعة الكمبريسر Compressor
ووظيفتها سحب الهواء من الخارج إلى داخل المكينة وعادة ما تكون من الكروم و الألمنيوم. وبتفصيل آخر دورها هو استقبال الهواء الآتي من المحرك (الهواء الناتج عن الاحتراق) الذي يدور المروحة (المروحة الحمراء في الصورة أسفله) وإرساله إلى العادم. تدوير المروحة يؤدي إلى تدوير مروحة ال Compressor wheel ودورها هو استقبال الهواء النقي الموجود بخارج السيارة وتدويره ثم إرساله إلى غرفة الاحتراق بالمحرك.
- قطعة التوربين Turbine
ووظيفتها استقبال الهواء الخارج من المكينة الى بقية نظام العادم بالسيارة Exhaust system و هي سبيكة تكون مصنعة من الحديد والألمنيوم و كثير ما يصاف اليها السيراميك.
مبرد الهواء (Intercooler) :
دوره هو استقبال الهواء الآتي من Compressor wheel ثم تبريده لكي لا يزيد من حرارة المحرك. وبتفصيل آخر هي قطعة تشبه شبك المكيف إلى حد ما ووظيفتها تبريد الهواء الداخل إلى المحرك من قطعة التيربو لتقليل حرارة الهواء المضغوط الى المحرك حتى لا ترتفع حرارته من ضغط التيربو بعضها يعمل بالهواء واغلبها بالماء.
الوست جيت Waste Gate Valve:
دوره التحكم بضغط التيربو، وهو بلف يوجد بقطعة التيربو او بقربه من جهة التوربين له دور بالتحكم بضغط التيربو عن طريق فوهة صغيرة به .
- أنواع التيربو :
- Single turbo
- Sequential turbo
- Twin turbo
ملخص إيجابيات التيربو (Turbocharger)
للتيربو عدة مميزات وأهمها هي كالتالي:
- استهلاك أقل للوقود مقارنة بالقدرة والقوة في العزم التي توفرها
- زيادة القدرة الحصانية في المحرك
- زيادة عزم المحرك
ملخص عيوب وسلبيات التيربو
ونظرًا لأن أي تقنية من هذه التقنيات لها عيوب مثلما لها مميزات، إذ سجلت التجارب بعض العيوب التي تطرأ نتيجة استخدام هذه التقنية في السيارات كغيره من القطع الأخرى، وهي كالتالي:
- التكلفة المرتفعة لإنتاجه وتغييره عند التلف بحيث يعتبر مكلف نوعاً ما.
- تأخر فاعليته عند بداية تشغيل المحرك ويحتاج إلى بعض الثواني حتى تبدأ القوة الناتجة منه تظهر.
- زيادة الضغط على المحرك وأجزاءه والتقليل من عمرها الافتراضي، وهذا الأمر قد يختلف حسب نوعية المحرك.
- ومن المشكلات التي اشتكى منها مستخدمي التيربو هو تلف الريشة التي توجد بين قوسين العجلة وتلك المشكلة تتسبب في خروج الزيت من العادم .
حلول مقترحة للسلبيات الموجودة في التيربو شارجر
من الأفضل تركيب التيربو في مكان بعيد عن المحرك بقدر الإمكان حتى لا تؤثر حرارة التربو على محرك السيارة للتخلص من مشكلة الحرارة العالية للمحرك التي يتسبب فيها التبريو ,قم يتركيب ردياتير بحجم كبير – كذلك قم أيضا بتركيب مبرد داخلي للمحرك من اجل حل مشكلة الحرارة العالية يفضل تغيير بساتم المحرك إلى بساتم رياضية لأن البساتم الرياضية تكون معده خصيصا لتحمل درجة الحرارة العالية.
ثانياً: السوبر شارجر Supercharger
السوبر شارجر Supercharger استخدم قبل الحرب العالمية الثانية فى السيارات المخصصة للسباقات فلقد استخدمته شركة مرسيدس في سيارتها التي اشتركت فى سباقات Grand prix. كما ان استخدامات الشواحن التربينية لا يقتصر على السيارات فحسب ففى الحرب العالمية الثانية استخدم ايضا فى الطائرات المدنية مثل البوينج B-29 و الطائرات الحربية مثل Superforess Bomber الالمانية .
طريقة عمل السوبر شارجر
يقوم السوبر شارجر بأخذ طاقته من المحرك مباشرةً، وبزيادة كمية الهواء المسحوب خلال شوط الأخذ وضغطه بمقدار أعلى من الضغط الجوي. هذا يعمل على دفع المزيد من الهواء إلى المحرك ويعطيه القوة الدافعة المطلوبة. بمزيد من الهواء في الدفع ومزيد من الوقود فان قدرة المحرك تزداد. يقوم السوبر شارجر supercharger بزيادة القدرة الحصانية للمحرك تصل في المتوسط إلى 46% وزيادة بمقدار 31% لعزمه. في المناطق المرتفعة عن الأرض حيث يكون الهواء اقل كثافة والضغط الجوي اقل فان السوبر شارجر supercharger يعمل في حالاته الأفضل حيث يقوم برفع ضغط الهواء المسحوب أكثر.
الفرق بين التيربو والسوبر شارجر
- من حيث الوزن:
يعتبر ال turbo في السيارة أخف وزناً مقارنة بالسوبر شارجر مما زاد شعبية التيربو شعبية الكبيرة، حيث ان في اي سباق الوزن يؤدي دور كبير ولابد من تخفيف الوزن قدر الامكان.
- من حيث مصدر الطاقة:
الناحية الإيجابية في الشاحن التوربيني أنّه بعكس السوبر شارجر (Supercharger) يعمل على طاقة هواء العادم والتي تكون ضائعةً في العادة، بينما يعمل السوبر شارجر على طاقة المحرك نفسها فيتم وصله بالمحرّك كالإكسسوارات الأخرى من مثل: مضخة الماء والزيت؛ فيستهلك بذلك من طاقة المحرك نفسه.
- من حيث السعر:
الشاحن التوربيني كلفته أقلّ من السوبرشارجر.
- من حيث سرعة الاستجابة لدعسة الوقود:
واحدة من الجوانب التي يتفوق فيها السوبر شارجر على الشاحن التوربيني هو وجود تأخر بسيط في استجابة الشاحن التوربيني بالمقارنة بالسوبر شارجر عند التغير المفاجئ في كمية الوقود الداخلة إلى المحرك، أي عند الضغط على دواسة الوقود بشكل سريع ومفاجئ، إذ إنّه نتيجة لعمل الشاحن التوربيني على غازات العادم فإنّه يتطلب بعض الدورات في المحرك حتى يصل الغاز الجديد والذي يعمل سرعةً أكبر إلى التوربين حتى يستجيب، ولكن في المقابل فإنّ السوبر شارجر يأخذ طاقته من المحرك مباشرةً ولذلك فإنّه يستجيب بشكلٍ مباشرٍ لهذا التغير في الطاقة.
ملاحظة بالنسبة للنيتروس.
النيتروس طريقته مشابهة للتيربو و هي ضخ كمية اكبر من الاكسجين و البنزين الي داخل السلندر و يكون احتراق مباشر و ليس تحفيز اشتعال او تحسين الاكسجين. الفرق ان النيتروس يعتمد علي ضغط الاسطوانة والتيربو علي حجم الصحن الدوار impeller.
في هذا الفيديو شرح مفصل ومبسط للتيربو والسوبر شارج Turbo vs Super
ليست هناك تعليقات