هذا كل ما يجب أن تعرفه عن التوربو الكهربائي

يشيع استخدام التوربينات الكهربائية في محركات السيارات. هنا كل ما يجب أن تعرفه عنهم.

كثيرًا مانسمع عن التوربو الكهربائي، وهو نتاج تطور مستمر، فمع استمرار تطور التكنولوجيا وتحسينها، يستمر الشاحن التوربيني أيضًا في التحسن. إن فكرة توصيل محرك كهربائي بضاغط شاحن توربيني ليست جديدة. لطالما تصور خبير مختلف في المجال هذا المفهوم.

من الأهمية بمكان فهم التوربو التقليدي لفهم التوربو الكهربائي. وهي أجهزة شائعة الاستخدام في كل المحركات. ومن المعروف أن محركات الاحتراق الداخلي تنتج الطاقة عن طريق إشعال خليط من الوقود والهواء. كلما تم حرق الوقود والهواء ، يتم توليد المزيد من الطاقة.

يعرف الشاحن التوربيني (بالإنجليزية: Turbocharger)‏ بأنه ضاغط غاز يستعمل لضغط الهواء لمحرك الاحتراق الداخلي لينتج قدره حصانيه أعلى نظراً لحجم المحرك. والفرق بين الشاحن التوربيني (التربو شارجر turbocharger) و الشاحن الخارق (السوبر شارجر supercharger) هو ان السوبرشارجر يدور ميكانيكياً عادة بواسطة سير أو ترس من العمود المرفقي (عمود الكرنك) بينما التربوشارجر يدور بغازات العادم الخارجة من المحرك، وعامة فالمحرك المزود بالتربوشارجر أكبر قوةً وأكثر فاعليةً من محركات التنفس الطبيعي لان التربوشارجر يزيد من دخول الهواء والوقود لغرفه الاحتراق، كما أن محركات التربوشارجر عادةً أكثر فعالية من محركات السوبر شارجر ولكنها أقل استجابةً منها. يتواجد التربوشارجر عاده في محركات الشاحنات، السيارات، القطارات وأيضا محركات معدات البناء.

هناك أيضاً محركات مزدوجة الشاحن التوربيني (توين تربو twin-turbo) ويقصد بها محرك بشاحنين تربو. كما توجد محركات مزدوجة الشاحن (توين شارجر twincharger) ويقصد بها محرك به شاحن توربيني وشاحن توربيني فائق.

لذلك ، دون مزيد من اللغط ، دعنا نلقي نظرة فاحصة على ماهية التوربو الكهربائي.

التوربو الكهربائي

المكونات الرئيسية للشاحن التوربيني هي التوربينات، ويوضع في مخرج العادم. ويدخل غاز العادم عبر غلاف التوربين،

فيحرك التوربين، الذي يحدد سرعة المحرك وحمله ومدى سرعة دوران عجلات التوربين مع المحرك؛ وفي حالة الخمول، يدور التوربين بأدنى سرعة مع مرور المزيد من الغازات عبر غلاف التوربو، وللتوربين سرعات دوران عالية، وتبلغ أقصى سرعة لدوران التوربين 250000 دورة في الدقيقة.

ويتم توصيل عجلة الضاغط بالتوربين بواسطة عمود فولاذي، ويقوم التوربينات الدوارة بتشغيلها؛ فيتم سحب الهواء إلى غلاف الضاغط بواسطة عجلة الضغط، ويتم ضغطه أثناء دوران الشفرة بسرعة عالية، ويحول شكل الغلاف تيار الهواء منخفض الضغط بسرعة إلى تيار هواء منخفض الضغط عالي السرعة عند المنفذ.

ويسحب الهواء من الغلاف الجوي ويضغطه فوق الضغط الجوي، ثم يغذي المحرك. ويضم مبيت المركز العمود الذي يربط الضاغط والتوربين، كما أنه يحتوي على نظام محمل لتعليق العمود وتدويره بسرعة عالية جدًا مع القليل من الاحتكاك.

يتم توصيل الشواحن الفائقة، التي تشبه التوربينات، مباشرة بعمود المرفق. في المقابل، يتم تشغيل التوربينات بواسطة غازات العادم المتدفقة من المحرك من خلال توربين مرتبط مباشرة بمروحة ضاغط، لذلك، عندما تقوم غازات العادم بتدوير التوربين، يدور الضاغط، ويسحب الهواء الإضافي. تُستخدم جميع الشواحن التوربينية كوسيلة لتعبئة المزيد من الهواء في المحرك لتوليد المزيد من الطاقة. وتعمل بشكل أساسي على زيادة فعالية العمل في محرك السيارة.

هناك أنواع مختلفة من التوربينات: توربو أحادي ، توربو مزدوج ، توربو متتابع ، وتوربو كهربائي ، وهذا هو محور تركيزنا هنا.

بدلاً من أن يتم تشغيله بواسطة غازات العادم أو العمود المرفقي فقط، يتم تشغيل التوربو الكهربائي بواسطة محرك كهربائي عبر البطارية. إنه شاحن توربيني يتم دفعه بواسطة كل من غاز العادم والطاقة الكهربائية لتدوير التوربينات وخلق ضغط هواء إيجابي. السبب الرئيسي لاستخدام توربو كهربائي هو زيادة تدفق الهواء إلى المحرك. لذلك ، يعد التوربو الإلكتروني ضرورة. وأصدرت أودي عددًا قليلاً من السيارات المزودة بتوربينات كهربائية ، وتأتي بنظام 48 فولت.

يعمل استخدام محرك كهربائي في شاحن توربيني على تعزيز ميزاته ويوفر دفعة فورية للمحرك. بالحديث عن الميزات ، دعنا نتعمق.

ميزات التوربو الكهربائي

تمامًا مثل الشاحن التوربيني التقليدي، يتكون الشاحن التوربيني الكهربائي من عجلة ضاغطة، وعجلة توربينية بغاز العادم تستخدم لزيادة ضغط الهواء الداخل لمحرك الاحتراق الداخلي.

يمكن أن يعمل التوربو الكهربائي بسرعة ويوفر دفعة فورية، بينما يجب أن يدور التوربو التقليدي من غازات العادم، مما يؤدي نتيجة لذلك إلى ما يسمى بتأخر التوربو. التباطؤ التوربيني هو التأخير في الاستجابة قبل أن يستجيب المحرك بقوة أكبر. وبالتالي، يعمل التوربو الإلكتروني على تضييق الفجوة، مما يؤدي إلى التخلص من تباطؤ التوربو عن طريق تدوير الضاغط بالطاقة الكهربائية عند الحاجة. هذا هو أحد أهم جوانب وفوائد تقنية التربو الكهربائي.

يظل الكثيرون في حالة من الرهبة الدائمة من أولئك الذين يتطلعون إلى الطبيعة لموثوقيتهم غير العادية. أيضًا، يتم وصف إنتاج عزم الدوران المنخفض بشكل أساسي على أنه إنتاج قوة دورانية بواسطة محرك عند الطرف الأدنى من نطاق دوراته في الدقيقة. إنها تزيد من كمية الهواء والوقود الذي يمكن حرقه وتزيد من ضغط الاحتراق على كل شوط كهربائي، مما يعطي زيادة هائلة في عزم الدوران عند عدد دورات منخفضة في الدقيقة – وكلما زاد عزم الدوران المنخفض ـ زادت سرعة التسارع. وفقًا لتصور Garret ومنافسيها، يمكن للمحرك أن يدور بسرعة التوربو وبناء دفعة لإنتاج ممتاز لعزم الدوران المنخفض السرعة وقابلية القيادة بسرعة منخفضة.

قدرتها على الاستفادة من الطاقة المهدرة كمولد كهربائي لتشغيل المحركات مباشرة أو إعادة شحن البطاريات هي السبب في كونها أكثر كفاءة. في هذا الاقتصاد في استهلاك الوقود ، يكون التخفيض ممكنًا. يعمل الشاحن التوربيني الكهربي على تقليل استهلاك الوقود مما يقلل بالتالي من ثاني أكسيد الكربون ويتحكم في درجة حرارة العادم. تعمل التوربينات الكهربائية ككاتم صوت ، أي أنها تنتج ضوضاء أقل.

التعقيد والتكلفة: نظرًا لتعقيدها والمواد الباهظة الثمن، من المحتمل أن تكون التوربينات الكهربائية المستخدمة باهظة الثمن حتى يتم اعتمادها على نطاق واسع.
الوزن والحجم: يعد هذا أيضًا تحديًا كبيرًا لـ E-turbo ، خاصةً مع إضافة بطارية من أجل توفير طاقة كافية للتوربو.
على الرغم من أن هذه التكنولوجيا لا تزال جديدة نسبيًا وأن عددًا قليلاً فقط من الشركات المصنعة قد جربت هذه الأنظمة وتركيبها في سياراتهم، إلا أنها توفر قدرة لم يسبق لها مثيل في التوربو. إنه أفضل ما في الأمر حتى الآن؛ على الرغم من تحدياتها من حيث التعقيد والتكلفة والتعبئة والوزن ، إلا أن فوائدها فعالة بشكل كبير. وربما ستحل المرحلة التالية من تقنية الشحن التوربيني الحديثة هذه المشكلة.