كيف يعمل الشاحن التوربيني في محركي البنزين والديزل؟

بيت لحم- معا- عرضنا في المقال السابق لكيفية اختراع الشاحن التوربيني واستخلصنا معلومة مفيدة تؤكد أنه تم تصميم نظامي التيربو والسوبرشارجر بهدف زيادة كمية الهواء المضغوط داخل المحرك.

عادة، فإن كلا التيربو والسوبرشارجر يضخان حوالي ثمانية أرطال لكل بوصة مربعة 8 psi من الهواء المضغوط الى المحرك، وهذا يشكل مجموع حوالي مرتين ضغط الغلاف الجوي الطبيعي المعروف بحدود 14.7 psi

وخلافا لنظام السوبرشارجر المتصل بمحرك السيارة لتشغيل التوربينات، يستخدم التيربو غازات العادم لتدوير المراوح التي يمكن أن تدور بسرعات تصل إلى 200000 rpm. سرعة الدوران تجبر الهواء المضغوط على الدخول إلى الاسطوانات، وجنبا إلى جنب مع المزيد من الوقود المحقون، يصدر عن المزيج مزيد من القوة التي تنتج بسبب انفجار أكبر داخل أسطوانات المحرك.

إذا كنت تملك مسبقا سيارة بنزين تيربو قديمة، من المؤكد أنك شعرت أثناء قيادتها بشيء يسمى Lag، أي الفترة الزمنية التي يستغرقها الشاحن التوربيني لبدء الغزل وسحب الهواء إلى المحرك. شعور التأخير يظهر عادة عند الضغط على دواسة الوقود ومن ثم لا تحصل على شيء أولا، لتظهر القوة الإضافية لاحقا.

تجدر الإشارة إلى أن التيربو القديم يميل ليكون أكبر، وبالتالي أبطأ للدوران. الوحدات الحديثة باتت أصغر مع انخفاض قدرة الاحتكاك الداخلي بسبب العمليات الهندسية الجديدة والمواد المستخدمة، وبالتالي يبدأ غزل المراوح سريعا. فإذا اخترت تيربو صغير جدا، يمكن أن يصبح عدو نفسه ليبدأ الغزل بسرعة كبيرة كلما زادت سرعة دوران المحرك.

لذلك لجأت بعض شركات صناعة السيارات إلى تزويد محركاتها باثنين من التيربو Twin Charging، واحد صغير لتوفير دفعة بسرعات أقل والثاني أكبر قادر على تولي حاجات السرعة العالية.

ماذا عن محرك الديزل التوربيني؟

تدخل محركات البنزين والديزل ضمن ما نسميه محركات الاحتراق الداخلي، ولكن الاحتراق هنا ينتج بطرق مختلفة. إذ يتميز وقود الديزل بنقطة حرق أعلى بكثير من البنزين، فيعتمد على قوة انفجار ضغط خليط الوقود والهواء داخل الاسطوانة ليصل إلى ما بين 14 و 20 مرة حجمه الأصلي (محرك البنزين يميل إلى ضغط خليط الوقود والهواء أقل من ذلك بكثير).

يتسبب هذا الضغط في الاحتراق التلقائي ودفع المكبس إلى أسفل. ولا ضرورة لاستخدام شمعة احتراق spark Plug لأن محركات الديزل القديمة كانت تستخدم ميزة شمعات وهج Glow Plugs لتدفئة الهواء قبل احتراقه في الأسطوانات، فيما لا تتطلب محركات التيربو ديزل الحديثة هذا النوع من الشمعات.

وكما هو الحال في محرك البنزين، الشحن التوربيني في سيارة الديزل يسمح بضخ مزيد من الهواء إلى داخل المحرك، ويمكن في كثير من الأحيان زيادة الانتاج بنسبة 50٪ بالمقارنة مع محرك الديزل غير التوربيني من نفس الحجم والتكنولوجيا. ويمكن أيضا أن يتم تخفيض استهلاك الوقود.

محركات الديزل أكثر كفاءة كلما أصبحت أكثر سخونة وعادة ما يتأكد من هذه الفوائد سائقو الديزل الذين يقودون لمسافات طويلة، وذلك يعود إلى تصميم المحرك وطريقة احتراق الوقود. فمحركات الديزل تميل إلى إنتاج الطاقة وعزم الدوران عند سرعة محرك أقل من 3000 rpm بينما تميل سيارة البنزين إلى إنتاج ذروة القوة وعزم الدوران عند سرعة محرك فوق 3000 rpm. وهذا يعني أن السيارات التي تعمل بالديزل تتميز في الواقع بكفاءة أكثر في استهلاك الوقود من شقيقاتها العاملة على البنزين.