أحد صفحات التقدم العلمي للنشر
نقل ومواصلات

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.‬

هل كنتَ تعلم؟ استخدمت الشواحن
التوربينية في سيارات الفورمولا 1
ما بين عامي 1977 إلى 1989
يستخدم‭ ‬الشاحن‭ ‬التوربيني‭ ‬جزأين‭ ‬رئيسيين‭ ‬يعملان‭ ‬معاً: ‬ضاغط‭ ‬وتوربين. ‬ويدير‭ ‬التوربين‭ ‬Turbine ‭- ‬الذي‭ ‬يعمل‭ ‬بأبخرة‭ ‬العادم‭ – ‬مروحة‭ ‬الضاغط‭ ‬Compressor fan‭ ‬التي‭ ‬تمتص‭ ‬الهواء‭ ‬البارد‭ ‬وتضغطه،‭ ‬مما‭ ‬يرفع‭ ‬كثافته‭ ‬ودرجة‭ ‬حرارته. ‬ويعمل‭ ‬مبادل‭ ‬حراري‭ ‬Heat exchanger‭ ‬على‭ ‬تبريد‭ ‬هذا‭ ‬الهواء‭ ‬الكثيف‭ ‬الساخن،‭ ‬ثم‭ ‬يُضخ‭ ‬في‭ ‬محرك‭ ‬السيارة. ‬ويعني‭ ‬هذا‭ ‬أن‭ ‬تصل‭ ‬إلى‭ ‬المحرك‭ ‬كمية‭ ‬من‭ ‬الأكسجين‭ ‬أكثر‭ ‬مما‭ ‬تصل‭ ‬إليه‭ ‬من‭ ‬دون‭ ‬شاحن‭ ‬توربيني،‭ ‬ومن‭ ‬ثمّ‭ ‬يمكنه‭ ‬حرق‭ ‬الوقود‭ ‬بوتيرة‭ ‬أسرع. ‬يعني‭ ‬هذا‭ ‬بدوره‭ ‬توجيه‭ ‬مزيد‭ ‬من‭ ‬القوة‭ ‬إلى‭ ‬العجلات‭.‬

الشاحن التوربيني
يدور التوربين في الشاحن التوربين بسرعة 150,000 دورة/دقيقة في الشاحن التوربيني

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.‬


الشاحن التوربيني
تعتمد الشواحن الفائقة على الطاقة الواردة من العمود المرفقي لزيادة السرعة على الفور

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.‬


كانت طائرة بوينغ بي -17 (Boeing B-17) أو القلعة الطائرة Flying Fortress أول طائرة مزودة بشاحن توربيني تُستخدم في الحرب العالمية الثانية

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.‬

هل كنت تعلم؟ صنعت أول سيارتين بشاحن توربيني في عام 1962: شيفروليه كورفير مونزا Chevrolet Corvair Monza وأولدزموبيل جت فاير Oldsmobile Jetfire.

بقلم:‬‭ ‬مايك‭ ‬جينينغز

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى