وحدة تحكم التعزيز

في محركات الاحتراق الداخلي المزودة بشاحن توربيني ، يُستخدم جهاز التحكم في ضغط الشحن أحيانًا لزيادة ضغط الشحن الناتج عن الشاحن التوربيني. ويتحقق ذلك عن طريق تقليل ضغط الشحن الذي يمر عبر صمام تصريف الضغط.

عملية

وحدة تحكم في ضغط الشحن من نوع الملف اللولبي بثلاثة منافذ
وحدة تحكم في ضغط الشحن من نوع الملف اللولبي ذات 4 منافذ (تستخدم لبوابة تصريف ثنائية المنافذ)

يتمثل الغرض من وحدة التحكم في التعزيز في تقليل ضغط التعزيز الذي يراه منفذ مرجع صمام تصريف الضغط ، وذلك لخداع صمام تصريف الضغط للسماح بضغوط تعزيز أعلى مما صُمم من أجله. [ 1 ]

تستخدم العديد من منظمات ضغط الشحن صمامًا إبريًا يُفتح ويُغلق بواسطة ملف لولبي كهربائي . ومن خلال تغيير عرض النبضة الموجهة إلى الملف اللولبي، يُمكن التحكم في فتح الصمام بنسبة زمنية محددة. يُؤدي هذا فعليًا إلى تغيير معدل تدفق ضغط الهواء عبر الصمام، وبالتالي تغيير كمية الهواء المُصرّف بدلًا من توجيهه إلى منفذ مرجع صمام التحكم في ضغط الشحن. قد تتطلب الملفات اللولبية تركيب مُقيدات صغيرة القطر في خطوط التحكم بالهواء للحد من تدفق الهواء وتوحيد طبيعة تشغيلها (تشغيل/إيقاف). تُعد أنظمة تصريف الهواء ثنائية المنافذ المزودة بوحدة تحكم PID شائعة في السيارات المزودة بشاحن توربيني من المصنع.

يتمثل أحد التصاميم البديلة في استخدام محرك خطوي . تتيح هذه التصاميم تحكمًا دقيقًا في تدفق الهواء بناءً على موضع المحرك وسرعته، ولكن قد يكون إجمالي قدرة تدفق الهواء فيها منخفضًا. تستخدم بعض الأنظمة صمامًا لولبيًا بالتزامن مع المحرك الخطوي، حيث يتيح المحرك الخطوي التحكم الدقيق، بينما يتيح الصمام اللولبي التحكم التقريبي.

نظام التحكم

تعتمد معظم التصاميم الحديثة على وحدات تحكم إلكترونية في ضغط الشحن ، تستخدم وحدة تحكم إلكترونية للتحكم في ضغط الشحن عبر صمام لولبي أو محرك خطوي . ويعتمد مبدأ التشغيل على نفس مبدأ وحدات التحكم اليدوية القديمة ، وهو التحكم في ضغط الهواء المُوَجَّه إلى مُشغِّل صمام تصريف الضغط. تُتيح وحدات التحكم الإلكترونية مرونة أكبر في إدارة ضغط الشحن، مقارنةً بوحدات التحكم اليدوية. [ 2 ]

يمكن التحكم في تشغيل وحدة التحكم الإلكترونية المعززة بواسطة أحد نظامي التحكم التاليين:

  • يُعدّ نظام الحلقة المفتوحة الخيار الأبسط، حيث يعتمد خرج التحكم فيه على مدخلات أخرى فقط، مثل زاوية الخانق و/أو سرعة دوران المحرك ( RPM ). ولأن نظام الحلقة المفتوحة لا يتضمن أي مراقبة لضغط التعزيز، فقد يتغير هذا الضغط تبعًا لمتغيرات خارجية (مثل الأحوال الجوية أو درجة حرارة سائل تبريد المحرك). ولهذا السبب، فإن أنظمة الحلقة المفتوحة أقل شيوعًا.
  • تعتمد أنظمة الحلقة المغلقة على بيانات من مستشعر ضغط مشعب السحب للحفاظ على ضغط تعزيز مستهدف بأكبر قدر ممكن من الدقة. وتتميز هذه الأنظمة بتطورها وقدرتها على التحكم بدقة أكبر في ضغط التعزيز في ظل ظروف مختلفة.

المزايا

من خلال إبقاء صمام التحكم في ضغط العادم في وضع مغلق في كثير من الأحيان، يتسبب جهاز التحكم في ضغط الشحن في توجيه المزيد من غاز العادم عبر الشاحن التوربيني، مما يقلل من تأخر التوربو ويخفض عتبة ضغط الشحن .

العيوب

بغض النظر عن فعالية وحدة التحكم في ضغط الشحن، فإن نوابض مشغل صمام تصريف الضغط التي تكون لينة للغاية قد تتسبب في فتح الصمام قبل الموعد المطلوب. ويعود ذلك إلى ضغط غاز العادم العكسي الذي يدفع الصمام نفسه، مما يؤدي إلى فتحه أو فتح المشغل. لذا، هناك حد أقصى لفعالية وحدة التحكم في ضغط الشحن بالنسبة لصلابة نابض معينة في مشغل صمام تصريف الضغط.

لتجنب زيادة ضغط التعزيز بشكل مفرط في حالة حدوث عطل، يجب تصميم وحدة التحكم في التعزيز بحيث لا يؤدي أي عطل إلى تسرب أي ضغط. على سبيل المثال، يجب أن توجه وحدة التحكم في التعزيز من نوع الملف اللولبي كل الهواء إلى صمام تصريف الضغط الزائد عندما تكون في وضع عدم التنشيط (وهو وضع العطل الشائع للملف اللولبي). وإلا، فقد تعلق وحدة التحكم في التعزيز في وضع لا يسمح بوصول أي ضغط تعزيز إلى صمام تصريف الضغط الزائد، مما يتسبب في ارتفاع ضغط التعزيز بسرعة خارجة عن السيطرة.

كما أن الأنظمة الإلكترونية والخراطيم الإضافية والصمامات اللولبية وأنظمة التحكم تزيد من التكلفة والتعقيد. ومع ذلك، يستخدم معظم مصنعي السيارات في الآونة الأخيرة أجهزة التحكم في ضغط الشحن في محركاتهم المزودة بشاحن توربيني.

البدائل

في الماضي، كان يتم التحكم في ضغط الشحن التوربيني عن طريق تقييد أو تصريف جزء من هواء السحب قبل وصوله إلى مشعب السحب . تستخدم التصاميم التي تقيّد هواء السحب صمامًا فراشيًا في مشعب السحب لتقييد تدفق الهواء عند الاقتراب من ضغط الشحن التوربيني المطلوب. أما التصاميم التي تُصرّف هواء السحب، فكانت تعمل بشكل مشابه لصمام التفريغ ، ولكن بشكل مستمر للحفاظ على ضغط الشحن التوربيني المطلوب. نادرًا ما تُستخدم هذه الطرق في الأنظمة الحديثة نظرًا للتضحيات الكبيرة التي تُسببها في الكفاءة والحرارة والموثوقية.

يمكن استخدام الشاحن التوربيني ذي الهندسة المتغيرة للتحكم في مستويات التعزيز، مما يُغني عن الحاجة إلى وحدة تحكم خارجية في التعزيز. كما أن صمام تصريف الضغط يؤدي وظيفة مشابهة لوحدة التحكم في التعزيز، حيث يُستخدم للتحكم في ضغط التعزيز للشاحن التوربيني.

مراجع

  1. "وحدات التحكم اليدوية والإلكترونية في ضغط الشحن" . www.summitracing.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 17 أبريل 2022 .
  2. "كيفية عمل نظام التحكم في ضغط التوربو" . www.haltech.com . ١٣ أغسطس ٢٠١٩. تم الاطلاع عليه بتاريخ ١٧ أبريل ٢٠٢٢ .