الحث القسري

شاحن توربيني لمحرك السيارة
شاحن توربيني (مثبت أعلى مشعب سحب رمادي داكن) لمحرك سيارة

في محركات الاحتراق الداخلي ، يُستخدم الشحن التوربيني أو الشحن الفائق لزيادة كثافة هواء السحب. أما المحركات التي لا تستخدم الشحن التوربيني فتُصنف على أنها محركات ذات سحب طبيعي . [ 1 ]

مبدأ التشغيل

ملخص

يُستخدم الشحن التوربيني غالبًا لزيادة قدرة المحرك. [ 2 ] ويتحقق ذلك بضغط هواء السحب لزيادة كتلة خليط الهواء والوقود داخل غرفة الاحتراق . يقتصر المحرك ذو السحب الطبيعي على ضغط هواء سحب أقصى يساوي الضغط الجوي المحيط ؛ بينما يُنتج محرك الشحن التوربيني "تعزيزًا" [ 3 ] ، حيث يكون ضغط الهواء أعلى من الضغط الجوي المحيط. وبما أن كثافة الهواء تزداد مع الضغط، فإن ذلك يسمح بدخول كتلة أكبر من الهواء إلى غرفة الاحتراق.

نظرياً، يشير تحليل دورة الطاقة البخارية للقانون الثاني للديناميكا الحرارية إلى أن زيادة متوسط ​​الضغط الفعال داخل غرفة الاحتراق من شأنها أن تزيد من الكفاءة الحرارية للمحرك . [ 4 ] ومع ذلك، فإن بعض الاعتبارات (مثل تبريد غرفة الاحتراق، ومنع طرق المحرك، والحد من انبعاثات أكاسيد النيتروجين ) قد تعني أن محركات الشحن التوربيني ليست دائماً أكثر كفاءة في استهلاك الوقود، لا سيما في حالة المحركات عالية الأداء.

محركات الديزل

تُعدّ محركات الديزل رباعية الأشواط مناسبة تمامًا للشحن التوربيني، إذ يسمح غياب الوقود في هواء السحب باستخدام نسب انضغاط أعلى دون خطر الاحتراق المبكر. ولذلك، يُعدّ استخدام الشواحن التوربينية في محركات الديزل أمرًا شائعًا نسبيًا.

تختلف محركات الديزل ثنائية الأشواط اختلافًا كبيرًا في مبدأ التشغيل عن محركات البنزين ثنائية الأشواط، وتتطلب شكلاً من أشكال الشحن القسري - عادةً ما يكون شاحنًا فائقًا - لكي تعمل.

استخدامات المرتفعات العالية

ينتج انخفاض كثافة الهواء الداخل إلى المحرك عن انخفاض كثافة الغلاف الجوي مع الارتفاعات العالية. ولذلك، كان استخدام الشحن التوربيني مبكرًا في محركات الطائرات. فعلى ارتفاع 5500 متر (18000 قدم) ، يكون ضغط الهواء نصف ضغطه عند مستوى سطح البحر، مما يعني أن المحرك بدون شحن توربيني سينتج أقل من نصف طاقته عند هذا الارتفاع. [ 5 ] يُستخدم الشحن التوربيني لزيادة كثافة الهواء الداخل إلى المحرك بشكل مصطنع، وذلك لتقليل فقدان الطاقة على الارتفاعات العالية. 

تُسمى الأنظمة التي تستخدم الشاحن التوربيني للحفاظ على قدرة المحرك عند مستوى سطح البحر بأنظمة "التطبيع التوربيني". عمومًا، يسعى نظام التطبيع التوربيني إلى الحفاظ على ضغط مشعب يبلغ 29.5 بوصة زئبقية (100 كيلو باسكال) . [ 5 ]  

أنواع الضواغط

أكثر أجهزة الشحن القسري استخداماً هي الشواحن التوربينية والشواحن الفائقة. يقوم الشاحن التوربيني بتشغيل ضاغطه باستخدام توربين يعمل بتدفق غازات العادم، بينما يتم تشغيل الشاحن الفائق ميكانيكياً بواسطة المحرك (عادةً باستخدام حزام من عمود المرفق للمحرك).

التقنيات المرتبطة

يُستخدم التبريد البيني غالبًا لخفض درجة حرارة الهواء الداخل بعد ضغطه. وهناك طريقة أخرى أقل شيوعًا وهي حقن الماء (أو حقن الميثانول).

مراجع

  1. "كيف يعمل الشحن التوربيني" . www.gearpatrol.com . 23 سبتمبر 2013. مؤرشف من الأصل في 30 أكتوبر 2023. تم الاطلاع عليه في 3 ديسمبر 2021 .
  2. إليزابيث هـ. دوريس (ديسمبر 2004). TechOne: إصلاح محركات السيارات . Cengage Learning. ص 106. ISBN  1-4018-5941-0.
  3. دون فولر (ديسمبر 1982). "الشحن التوربيني - هذه المرة هو باقٍ" . مجلة Popular Mechanics . مجلات هيرست: الصفحات 75، 109. الرقم الدولي الموحد للدوريات 0032-4558 . 
  4. سينجل، واي إيه؛ بولز، إم إيه (2008). الديناميكا الحرارية: مدخل هندسي (الطبعة السادسة ). نيويورك، نيويورك: ماكجرو هيل. ص 70، 590.  
  5. 1 2 كنوتسون، راندي. "تعزيز معرفتك بالشحن التوربيني" (ملف PDF) . تكنولوجيا صيانة الطائرات (يوليو 1999). مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 17 يونيو 2012. تم الاطلاع عليه في 18 أبريل 2012 .