محتوى المقال:
- ما هو الشاحن التوربيني؟
- تصميم ومبدأ تشغيل الشاحن التوربيني
- مزايا الشحن التوربيني
- عيوب
يجب أن يتمتع محرك السيارة بهذه الخصائص التي تسمح له بمواكبة العصر الحديث. أصبحت التحسينات الفنية أكثر صعوبة كل عام ، لأن لا أحد يريد اختراع دراجة ، لكن من الضروري تحسين جودة المحرك.
لذلك ، فإن الحل الجيد للغاية هو استخدام نظام حقن الهواء القسري في غرفة الاحتراق. لا تشمل أحدث التصاميم الهندسية تحسين حقن الهواء القسري في نظام الوقود فحسب ، بل تشمل أيضًا تركيب نفس الجهاز في نظام العادم.
ما هو الشاحن التوربيني؟
لفهم أهمية الشحن التوربيني وكيفية عمله ، عليك أن تعرف أن المحرك لا يمكنه استهلاك وقود نقي. لوميض البنزين في حاوية مغلقة ، هناك حاجة إلى الهواء ، وإلا فلن يعمل المحرك.
أي أن الخليط المكون من الوقود والهواء بالنسب الصحيحة يجب أن يدخل غرفة الاحتراق. يتم حرق هذا الخليط في الاسطوانة. تؤدي غازات الاحتراق وظيفتها الرئيسية ثم يتم إزالتها من خلال نظام العادم.
يتيح الشاحن التوربيني التقليدي زيادة قوة المحرك عن طريق حقن ضغط هواء إضافي في الأسطوانة. نتيجة لهذا ، تزداد قابلية الخليط للاشتعال عدة مرات ، كما تزداد قوة المحرك بالطبع.
ببساطة ، بمساعدة الشحن التوربيني ، يتم ضغط الهواء ويدخل غرفة الاحتراق بكمية أكبر من الضغط الجوي.
تصميم ومبدأ تشغيل الشاحن التوربيني
المكون الرئيسي للمنفاخ الذي يؤدي الوظيفة الرئيسية هو المكره ذات الشفرات. يدور بسرعة هائلة (200 ألف دورة في الدقيقة) ويعمل كضاغط ، ويضخ الهواء إلى حجرة التوربين.
بعد ذلك ، يتم ضغط الهواء ، مما يقلل من الحجم الذي يشغله هذا الهواء. ومع ذلك ، فمن المعروف منذ فترة طويلة أنه وفقًا لقوانين الفيزياء ، يميل الهواء إلى التسخين أثناء الانضغاط. وهذا هو العيب الرئيسي لنظام الشحن التوربيني.
بالطبع ، لا يمكن أن تهرب هذه المشكلة من انتباه المصممين. لحل هذه المشكلة ، حاول المتخصصون استخدام تبريد هواء وسيط في طريق انتقاله إلى المحرك.
والنتيجة هي مبرد داخلي. يستخدم هذا الجهاز تأثير المبادل الحراري ، الذي لديه القدرة على تبريد الهواء باستخدام مادة التبريد. المبرد البيني قادر على زيادة قوة المحرك بنسبة تصل إلى 20٪ ، مع تقليل احتمالية انفجار العادم.
هناك فرق بسيط للغاية بين محركات البنزين ومحركات الديزل ذات الشاحن التوربيني. الاختلاف الوحيد في درجة التعزيز. تتطلب محركات الديزل مزيدًا من الضغط وبالتالي فهي مزودة بمنافخ هواء أكثر قوة. في محركات البنزين ، يتم تثبيت منفاخ منخفض الطاقة ، لأنه إذا كان الضغط في غرفة الاحتراق مرتفعًا جدًا ، فقد تحدث طرق.
مزايا الشحن التوربيني
قوة إضافية "مجانية". هناك اعتقاد شائع بأن وجود توربين إضافي على مشعب عادم المحرك يولد طاقة إضافية ، والتي يجب أن تدور نفس التوربين تمامًا عند السحب ، ونتيجة لذلك تصبح غازات العادم مصدرًا مجانيًا للطاقة لـ الشحان.
ومع ذلك ، فإن هذا المفهوم مثير للجدل إلى حد كبير لأن هناك ما يسمى بمقاومة التحرير. لقد عمل مصممو السيارات لعقود على تقليل هذا السحب لأن هذا هو المكان الذي ستزداد فيه قوة المحرك.
لهذا الغرض ، يتم تثبيت جهاز توليد خاص في النظام ، مما يقلل بشكل كبير من مقاومة الخرج. لذلك ، سيكون من الخطأ النظر في عمل الشحن التوربيني على الطاقة المجانية. "طاقة إضافية رخيصة الثمن" - سيبدو هذا أكثر دقة.
من الناحية الفنية ، هذه العملية ليست صعبة. الشحان هو جهاز يتكون من عجلتين - ضاغط وتوربين. تلتقط عجلة التوربين غازات العادم التي تدفعها. نتيجة لذلك ، تبدأ عجلة الضاغط أيضًا في الدوران ، مما يؤدي إلى ضغط الهواء.
يجب أن يكون الضاغط ملامسًا لنظام التبريد ، لأنه أثناء التشغيل ، ترتفع درجة حرارته بشكل كبير. يتم تنظيم قوة النفخ بواسطة صمام جانبي. إذا لزم الأمر ، يمكنه نقل جزء من العادم إلى ما بعد التوربين من أجل خفض الضغط داخل النظام.
زيادة قوة المحرك دون زيادة حجمه ووزنه. تتيح لك تقنية الشحن التوربيني زيادة قوة المحرك دون زيادة حجم الأسطوانات وعددها. نتيجة لذلك ، تكتسب المحركات خفيفة الوزن وصغيرة الحجم خصائص ممتازة ، بالإضافة إلى تقليل الوزن الإجمالي للسيارة ، وتقليل مسافة الكبح ووقت التسارع.
الربحية. استهلاك الوقود للمحركات المجهزة بنظام الشحن التوربيني أقل بعدة مرات من استهلاك الوقود لمحرك بنفس القوة مع حقن هواء بسيط في الغلاف الجوي. ويرجع ذلك إلى حقيقة أنه في الأسطوانات المزودة بشاحن توربيني ، يتم إنفاق وقود أقل بكثير لكل ضربة مكبس بسبب احتراقها الكامل. أي أن الخليط الخالي من الدهن يتم تعويضه بضغط الهواء الإضافي ، ونتيجة لذلك ، تزداد الطاقة.
عيوب
الاعتماد على دورة في الدقيقة. "توربوياما". المشكلة هي: لا يوجد تسارع نشط عند التسارع بسرعات منخفضة. ديناميكيات التسارع ضعيفة ، وهي أدنى حتى من السيارات ذات الضغط الجوي. والشيء هو أنه عند السرعات المنخفضة تكون طاقة غازات العادم ضعيفة ، وبالتالي ، فإن توربين الشاحن الفائق يدور أيضًا بشكل ضعيف ، مما يخلق ضغطًا أدنى للخليط في غرفة الاحتراق. أي أن التأثير المطلوب للشحن التوربيني يحدث فقط عند السرعات العالية للمحرك.
بالإضافة إلى ذلك ، هناك مشكلة أخرى: بطء عملية حقن الهواء. في الواقع ، من أجل إنشاء ضغط المدخل المطلوب ، يستغرق الأمر بعض الوقت. يقوم الخبراء بإجراء أبحاث هندسية في هذا المجال ، وإلى حد ما كان من الممكن تقليل هذا الفاصل الزمني في ديناميات عملية الشاحن الفائق.
بالإضافة إلى ذلك ، فإن وجود متغير أو ناقل حركة أوتوماتيكي يسمح للسيارة بالانتقال تلقائيًا إلى ترس أقل أثناء التسارع. نتيجة لذلك ، يتم التخلص من الآثار الضارة لقصور الشاحن التوربيني الفائق.
يوجد اليوم الحلول التالية لمشكلة القصور الذاتي التوربيني:
- الشحن التوربيني الثنائي (الشحن الفائق المزدوج) ؛
- التوربينات مع الهندسة التكيفية.
- الجمع بين الشحن الفائق.
يستخدم الشحن التوربيني المزدوج توربينين صغيرين يعملان معًا بشكل أسرع بكثير من الحجم الاسمي. عدد الاسطوانات مقسم بالتساوي بين هذه التوربينات. يمكن أن يكون التناظرية لمثل هذا النظام هو استخدام العديد من الضواغط ، التي تعمل بسرعات مختلفة للمحرك ، كل منها في وضعها الخاص.
يمكن لتوربين الهندسة التكيفية تغيير حجم منفذ السحب وبالتالي تنظيم تدفق غازات العادم ، مما يزيد أيضًا من كفاءة النظام.
يتكون الشحن الفائق المشترك من شاحن توربيني وشاحن ميكانيكي فائق.يخلق الشاحن التوربيني الضغط المطلوب بسرعات منخفضة ، ولكن بمجرد زيادة السرعة إلى قيمة معينة ، يتم تشغيل الشاحن التوربيني.
يسخن. كما ذكرنا سابقًا ، يستلزم ضغط الهواء تسخينه ، وهو ما ينعكس في تشغيل المحرك ليس بأفضل طريقة. لذلك ، غالبًا ما يكون من الضروري توصيل تبريد إضافي ، ويتم إنفاق جزء من الطاقة على ذلك.
ومع ذلك ، على الرغم من العيوب المذكورة ، فإن الشحن التوربيني هو أداة ممتازة لزيادة قوة وكفاءة محرك الاحتراق الداخلي ، فضلاً عن الاقتصاد. بالإضافة إلى ذلك ، تظهر سنوات عديدة من الخبرة للمتخصصين أن خيارات تحسين هذا النظام لم تستنفد بعد.
