ما الشاحن التوربيني؟
كيف تعمل الشواحن التوربينية على تحسين أداء السيارة، من زيادة سرعتها وتسارعها إلى جعل المحركات أكثر ملاءمة للبيئة
إذا كنت مهتماً بالسيارات، فأغلب الظن أنك سمعت عن شواحن التيربو Turbos أو الشواحن التوربينية .Turbochargersإنها شائعة لسبب وجيه: يمكن لهذه الآلات ذات الاسم الذي يوحي بالمستقبل تحسين أداء سيارتك أو كفاءتها بشكل كبير. إنها أجهزة بسيطة جداً، فهي متعلقة بكمية الأكسجين التي تُضخ في المحرك.
التوربينية في سيارات الفورمولا 1
ما بين عامي 1977 إلى 1989
يعني المحرك الأقوى أداءً محسناً، ويربط كثير من الأشخاص الشواحن التوربينية بالمحركات القوية. لكنها في هذه الأيام لا توجد فقط في أسرع السيارات الفائقة، فمعظم الشركات الصانعة تستخدمها الآن في السيارات القياسية لأن المحركات الأصغر المزودة بشواحن توربينية يمكنها توفير أداء المحركات الأكبر نفسه من دون التيربو. يضمن هذا أن يكون المحرك أكثر كفاءة وملاءمة للبيئة، وهي نقطة بيع كبيرة لشركات السيارات.
في الواقع، إذا رأيت اسم طراز سيارة مع إضافة مثل TDI أو EcoBoost أو حتى مجرد D، فيعني هذا عادة أنها تحتوي على شاحن توربيني. تحتوي الغالبية العظمى من السيارات التي تعمل بالديزل على شاحن توربيني، وهي تحظى بشعبية في الطرز العاملة بالبنزين أيضاً. تجاوزت الشركات الصانعة الشاحن التوربيني المتواضع لتحسين الأداء في السيارات الرياضية الأعلى سعراً. ويحتوي بعضها على نوعين من التيربو، مما يقلل التأخير أثناء انتظار تنشيط شاحن تيربو واحد. ويستخدم البعض الآخر الشواحن الفائقة ،Superchargersالتي تنقل الهواء المضغوط بطريقة مختلفة عن الشاحن التوربيني التقليدي.
القوى الخارقة
في الشواحن التوربينية، يحدث تأخير ما بين ضغط السائق على دواسة الوقود وتوصيل دفعة قوية. يسمى هذا تلكؤ التيربو Turbo lag، ويلاحظ بشكل خاص عندما يعمل محرك السيارة بسرعة دوران منخفضة في الدقيقة revolutions per minute(اختصاراً: السرعة RPM). لكن شاحناً فائقاً يحل هذه المشكلة؛ بدلاً من الاعتماد على غاز العادم، يشغّل العمود المرفقي Crankshaft للمحرك كلا من التوربين وضاغط الشاحن الفائق. يُحدث هذا دوراناً دائماً، مما ينفي الحاجة إلى الانتظار حتى يبدأ الشاحن بالعمل وستحصل على طاقة فورية بغض النظر عن عدد الدورات في الدقيقة. هذه الزيادة الفورية في الطاقة رائعة، لكن الشاحن الفائق ليس حلاً مثالياً. نظراً لأن الشاحن التوربيني الفائق يعتمد على قوة المحرك لكي يعمل، يعني هذا أن محرك سيارتك يحتاج إلى العمل بقوة أكبر – ومن ثمَّ يصير النظام بكامله أقل كفاءة. ولهذا السبب، عادة ما تستخدم الشواحن الفائقة لتعزيز الأداء بدلاً من تحسين كفاءة المحرك.
الطائرات والقطارات والسيارات
قد يبدو الشاحن التوربيني وكأنه آلة حديثة، لكنه موجود منذ سنوات. في عام 1905 ، سجّل مهندس سويسري براءة اختراع جهاز من طراز الشاحن التوربيني وظهرت النماذج الأولية منه في محركات الطائرات بحلول عام .1915 صنع أول شاحن توربيني تجاري في عام 1925 واستخدم في السفن الألمانية، ثم استُخدم هذا التصميم في السكك الحديدية والسفن والآلات الصناعية الأخرى. بعد الحرب العالمية الثانية، صارت الشواحن التوربينية أصغر حجماً وأكثر موثوقية، وبدأت تُستخدم في الشاحنات والجرارات. بدأ استخدام الشاحن التوربيني في السيارات في ستينات القرن العشرين، وانتشر على نطاق واسع بحلول ثمانينات القرن العشرين، وظل موجوداً منذئذ.
”الشواحن التوربينية شائعة لسبب وجيه: فهي تحسّن أداء السيارة أو كفاءتها“
1 مدخل الغاز GAS IN
يتجه غاز العادم من محرك السيارة باتجاه التوربين. تسبب طاقته الحركية دوران التوربين بسرعات عالية.
2 دوران سريع SPINNING AROUND
يدير التوربين الضاغط، الذي يمتص الهواء المحيط إلى المحرك، عادة من أسفل غطاء المحرك.
3 الشعور بالانضغاط FEELING THE SQUEEZE
كما يوحي اسمه، فإن الضاغط يأخذ هذا الهواء المحيط ويضغطه بشدة، مما يزيد من كثافته.
4 التسخين GETTING HEATED
تثير عملية الضغط جزيئات الأكسجين، مما يسخّن الهواء المضغوط.
5 التبريد CHILLED OUT
يلزم تبريد الهواء قبل وصوله إلى المحرك، لذا يمر عبر مبادل حراري .Heat exchanger
6 الشعور بالاحتراق FEEL THE BURN
يدخل الهواء البارد المضغوط إلى أسطوانات المحرك فيساعد على احتراق الوقود بمعدلات أسرع، مما يزيد من قوة المحرك.
7 مواد قوية POWERFUL STUFF
تعني زيادة سرعة الأسطوانة والمكبس وصول المزيد من الطاقة إلى عمود التوجيه والعجلات، مما يحسّن خرج الطاقة Power output في السيارة.
8 عمل العادم EXHAUSTING WORK
بمجرد الانتهاء من كل ذلك، تهب غازات العادم الساخنة باتجاه التوربين مرة أخرى في طريقها للخروج من السيارة.
