لنتعرف .. ما هو التوربو ؟ مكوناته وآلية عمله واستخداماته

التوربو


التوربو (أو كما يعرف بالشاحن التوربيني) هو عبارة عن جهاز تحريضٍ إجباريٍّ تحركه التوربينات، يزيد من كفاءة محرك الاحتراق الداخلي وإنتاج الطاقة عن طريق دفع هواءٍ إضافيٍّ إلى غرفة الاحتراق.


مكوّنات التوربو


لفهم آلية عمل التوربو يجب التعرف أولًا إلى الأجزاء التي يتكون منها؛ إذ يتكون الشاحن التوربيني (التوربو) بشكلٍ أساسيٍّ من الضاغط والتوربينات، مركبان على عمودٍ مشتركٍ، يقوم التوربو بتدوير التوربينات باستخدام غازات العادم، ما يؤدي إلى دوران الضاغط أيضًا.

وللضواغط التي تستخدم في الشاحن التوربيني نوعان هما:

1. ضواغط الطرد المركزي: تستخدم عمومًا في التطبيقات التي يكون فيها حجم الشاحن التوربيني صغيرًا، على سبيل المثال الشاحن التوربيني المستخدم في السيارات.
2. ضواغط الدفق المحوري: تستخدم في تطبيقات الوحدات الأكبر حجمًا حيث يكون هناك حاجةٌ لإجراء تعديلاتٍ داخليةٍ، وتُعتبر أكثر كفاءةً في المحركات التي تستخدم الزيوت الثقيلة.

يوضح الرسم أعلاه أجزاء التوربو وهي:

1. مخرج الماء البارد.
2. العادم.
3. هيكل التوربو.
4. أنبوب الزيت المضغوط.
5. فتحة خروج الهواء.
6. خرطوم استشعار الضغط.
7. عجلة الضغط.
8. فتحة دخول الهواء من الفلتر.
9. هيكل الضاغط.
10. كبسولة التحكم بالمخلفات.

آلية عمل التوربو


كما في الرسم أدناه، تكمن الفكرة الرئيسية بأن العادم يدفع التوربينات (المروحة الحمراء) التي ترتبط مباشرةً بالضاغط (المروحة الزرقاء)، التي تصطدم بالهواء في المحرك وفق الخطوات التالية:

1. يدخل الهواء البارد إلى مدخل المحرك ويتجه نحو الضاغط.
2. تساعد مروحة الضاغط على سحب الهواء.
3. يقوم الضاغط بضغط الهواء الوارد وتسخينه ويعيد ضخه من جديدٍ.
4. يمرُّ الهواء الساخن المضغوط من الضاغط من خلال المبادل الحراري الذي يعمل على تبريده.
5. يدخل الهواء المضغوط المبرد إلى مدخل الهواء في الأسطوانة حيث يساعد الأوكسجين الإضافي على حرق الوقود في الأسطوانة بمعدلٍ أسرع.
6. تقوم الأسطوانة بحرق المزيد من الوقود ما يؤدي إلى إنتاج الطاقة بسرعةٍ أكبر، وإرسال المزيد من الطاقة إلى العجلات عبر المكبس، والمهاوي، والتروس.
7. تخرج فضلات الغازات من الأسطوانة عبر مخرج العادم.
8. تهب غازات العادم الساخنة على مروحة التوربينات وتجعلها تدور بسرعةٍ كبيرةٍ.
9. يتم تثبيت التوربينات الدورانية على نفس عمود الضاغط، لذلك عندما يدور التوربين يدور الضاغط معه.
10. تخرج غازات العادم إلى الخارج وتبدد طاقة أقل مما كانت ستفعله.

يمكن أيضًا توصيل مكونات التوربو بحيث يأخذ التوربين (الأحمر الأيمن) هواء العادم أثناء دخوله ويقود الضاغط (الأزرق على اليسار) الهواء الخارجي النظيف ويضخه في المحرك، ويتميز هذا التصميم الخاص بنظام تبريدٍ كهربائيٍّ (الأخضر) بين التوربينات والضواغط.


استخدامات التوربو


هناك خمسة استخداماتٍ أساسيةٍ للشاحن التوربيني، وهي:

1. زيادة إنتاج القدرة الحصانية للمحرك: يمكن استخدام محرك الشحن التوربيني (التوربو) لتوفير قدرةٍ حصانيةٍ أكبر دون الحاجة إلى تضخيم أو تكبير حجم المحرك أو حجرته الأصلية.
2. تخفيض الوزن: للمحركات ذات الشاحن التوربيني (التوربو) قدرة حصانية لكل كيلوغرام أكثر من المحركات التي بدون شاحن توربيني.
3. تخفيض التكاليف: التكلفة الأولية للمحركات ذات الشاحن التوربيني تكون أقل من تكلفة المحركات العادية بنسبة دولار لكل حصانٍ.
4. الحفاظ على الطاقة على ارتفاعات أعلى: يوفر التوربو إنتاجيةً حيويةً للماكينات التي تعمل على ارتفاعاتٍ عاليةٍ.
5. الحد من الدخان: يمكن أن يكون الشاحن التوربيني (التوربو) وسيلةً فعالةً لتقليل كثافة دخان العادم عن طريق توفير الهواء الزائد.

ميزات الشاحن التوربيني

• القوة: تنتج التوربينات كميةً كبيرةً من الطاقة في نفس المحرك ما يعني أن المزيد من السيارات تزود الآن بمحركاتٍ توربينيةٍ أصغر لتحل محل وحدات أكبر، ومن الأمثلة على ذلك استبدال سيارات فورد محرك البنزين القياسي L1.6 بوحدة شحن توربيني سعة 1 ليتر يطلق عليها EcoBoost.
• الاقتصادية: نظرًا لأن التوربو يمكنه إنتاج نفس الطاقة التي تنتجها المحركات الأكبر، فإن هذا يشجع على استخدام محركات التوربو الأصغر والأخف وزنًا والأكثر توفيرًا للتكاليف.
• عزم الدوران والأداء: حتى في أصغر المحركات ينتج التوربو مزيدًا من عزم الدوران، ولا سيما عند انخفاض نطاق الدوران، ما يعني أن السيارات تستفيد من الأداء القوي وهذا يعطي المحرك مستوى أفضل من الأداء عند السرعات العالية على الطرق السريعة.
• محركات هائلة: نظرًا لأنه يتم ترشيح الهواء الموجود في محركٍ يعمل بشاحن توربيني من خلال المزيد من الأنابيب والمكونات، يمكن تقليل وتنقية ضوضاء الهواء الوارد ودخان العادم، وذلك يؤدي إلى ضوضاء أقل وسلاسة في المحرك.