مقارنة تفصيلية بين محرك التيربو ومحرك التنفس الطبيعي -مميزات وعيوب

لا يمكن الإعلان عن فائز واضح بين محرك التنفس الطبيعي ومحرك التيربو لأن كلاهما له مزايا وعيوب. لكن المستقبل لمحرك الشاحن التوربيني

المحرك هو المقر الرئيسي للسيارة ومن الطبيعي أن تكون أنواع المحركات محل نقاش لفترة طويلة. هناك الكثير من خيارات المحركات المتاحة في السوق ونقدم بحثنا هذا للأشخاص الذين يحبون تخصيص سياراتهم. وأيضًا لأولئك الذين يعرفون سياراتهم ويحبون العمل عليها.

إن القيود المتزايدة على لوائح الانبعاثات، والطلب العالمي على السيارات الأكثر كفاءة في استهلاك الوقود يجعل محرك التيربو هو المستقبل الذي لا يمكن وقفه لمصادر طاقة السيارات. ويبدو أن أيام المحركات الضخمة V8 قد ولت منذ زمن طويل مع إزاحة أكبر لمحرك التنفس الطبيعي الضخم.

وفي الحرب المشتعلة بين محرك التنفس الطبيعي ومحرك التيربو لا يمكن لأي شخص أن يعلن فائزًا واضحًا بين محركات التنفس الطبيعي والشاحن التوربيني لأن كلاهما له مزايا وعيوب خاصة بهما. ومع ذلك ، يمكننا إخبارك بما تحتاج إلى معرفته عنها إذا كنت خارج السوق لاتخاذ قرار.

إذا كنت من الأشخاص الأصوليين الذين يعشقون مطحنة السحب الطبيعي أو إذا كنت مجرد شخص يذاكر كثيرا في مجال السيارات، فقد قمنا بتغطيتك. لا تحيزات على الإطلاق. إذا كنت ببساطة تريد شراء سيارة فإن معرفة الأجزاء الداخلية لسيارتك ستمكنك من القيام بالتسوق اليقظ.

مع ذلك ، إليك كل ما يجب أن تعرفه عن محرك التيربو مقابل محرك التنفس الطبيعي، فقط اقرأ حتى النهاية لبعض المناقشات التي ننتظرك فيها بعد أن تعرف مسقبل كلا المحركين.

أنواع المحرك التيربو “الشاحن التوربيني”

يدعم بعض المعجبين المحركات التوربينية لقوتها التي لا تضاهى بينما يظل الكثيرون في حالة من الرهبة الدائمة من المحركات ذات السحب الطبيعي لموثوقيتها غير العادية، وكما يتضح من المراجعات عبر الإنترنت أيضًا، حيث يفضل فريق مثل Team-BPH المحرك التوربيني بالحث القسري، وهناك آخرون متحمسون للمحرك ذو الشاحن التوربيني الفائق الذي يعمل على دفع المزيد من الهواء المضغوط إلى غرفة الاحتراق ومضاعفة كفاءة المحرك وقوته عدة مرات بشكل فعال.

أفضل 5 محركات توربينية

لإظهار كيف سيطر الحث القسري، اخترنا أيضًا خمسة رموز للتكنولوجيا الحديثة المزودة بشاحن توربيني … ويظهر كل منها التقدم في سيارات الثمانينيات الخارقة إلى سيارات السوبر ميني اليوم والتي حملت تغيرًا في التركيز من الأداء إلى الكفاءة.

Ferrari F40 (Tipo F120A)
فولكس فاجن باسات (EA888)
فورد فيستا (إيكوبوست 1.0)
بورش 930 (930/50)
أودي S1 كواترو (L4)

أنواع محرك التنفس الطبيعي

وفي المقابل نرى أن منافسي BMW يقرون بأن العلامة التجارية كانت مسؤولة عن بعض من أفضل المحركات ذات السحب الطبيعي على الإطلاق. ويحتوي الكتالوج كلاسيكيات عالية السرعة والحيوية والتنفس الحر التي تنبثق من العبقرية في أشكال أربعة إسطوانات وستة إسطوانات و 12 أسطوانة.

ويفضلها الكثيرون ويرونها سيمفونية صوتية، تداعب مشاعر السائق بينما تنتقل الموسيقى التصويرية من نغمة إلى أخرى قبل أن تنضم صرخة معدنية إلى هواء العادم وعند روافده العليا. ويرى المتحمسون أن محرك التنفس الطبيعي جيد السحب ويحقق لهم دراماه مسرحية مجانية. وفيما يلي أفضل خمس محركات طاقة غير توربينية على الإطلاق.

أفضل 5 محركات “atmo” تنفس طبيعي

فيراري 458 سبيسيال – Ferrari 458 Speciale (F136)
هوندا Honda S2000 (F20C)
ماكلارين إف 1 McLaren F1 (S70/2 V12)
كورفيت Corvette (Small Block ’55)
تويوتا Toyota AE86 (4AGE)

نظرة علي تطور محرك الشاحن التوربيني

تم اختراع الشاحن التوربيني في عام 1905 من قبل مهندس سويسري إسمه ألفريد بوتشي، وهو باحث في محركات الديزل في شركة سولزر لتصنيع المحركات. حصل على براءة اختراع لاستخدام ضاغط لدفع الهواء إلى غرفة الاحتراق الداخلي باستخدام غازات العادم لزيادة إنتاج الطاقة. وفي الحرب العالمية الأولى، قام المهندسون الفرنسيون بإستخدام المحرك التوربيني من نوع رينو في الطائرات المقاتلة وأدى نجاحها. لظهور سفن بمحركات ديزل توربو في عشرينيات القرن الماضي. وفي عام 1963 ، قامت جنرال موتورز بتركيب المحرك التوربيني على سيارات Corvair Monza و Oldsmobile F-85 Jetfire.

التوربينات هي في الأساس أجهزة حث قسري تعمل بواسطة توربينات صغيرة تزيد من كفاءة محرك الاحتراق الداخلي وإنتاج الطاقة عن طريق دفع المزيد من الهواء إلى غرفة الاحتراق. ويؤدي دفع المزيد من الهواء والوقود إلى غرفة الاحتراق إلى زيادة القوة.

مزايا المحرك التوربيني Turbos

تُمكِّن الشواحن التوربينية المحركات الأصغر والأكثر كفاءة من التنافس مع معدلات القوة وعزم الدوران للمحركات الأكبر بكثير. لقد ازدادت شعبيتها في سوق السيارات في أمريكا الشمالية بفضل قيود الانبعاثات الأكثر صرامة، وتشير التقديرات إلى أنه في عام 2016، كانت حوالي 40٪ من جميع المركبات الخفيفة في الولايات المتحدة وحدها مزودة بشاحن توربيني، مقارنة بـ 65٪ في أوروبا. هذه الزيادة في الكفاءة كلها بسبب الهواء.

تحتاج جميع المحركات إلى ضخ كمية محددة من الهواء للحفاظ على سرعة معينة.وتتطلب المحركات الأصغر فتحة خنق أوسع لضخ نفس كمية الهواء تقريبًا مثل المحرك الأكبر. فالمحركات الأصغر تكون أكثر كفاءة في استخدامها لخليط الهواء والوقود. ولعل الميزة الكبيرة للمحرك الحلزوني الأصغر هو أن صانعي السيارات يمكنهم تعزيز معدلات الكفاءة دون التضحية بالقدرة الحصانية وعزم الدوران.

مزايا محرك التنفس الطبيعي

عندما نتحدث عن تجربة القيادة، لا شيء يتفوق على الحنين الموثوق به لمحرك V6 أو V8 الضخم. ونظرًا لأن المحركات المزودة بشاحن توربيني يمكن أن تتسبب في حدوث تأخير – عندما يتم لف التوربين ليتناسب مع فتحة استجابة دواسة الوقود – فإن المحركات التي تعمل بسحب الهواء بشكل طبيعي تكون متفوقة في توفير مستويات طاقة متسقة عبر نطاق طاقة المحرك بالكامل. وعادةً ما تستغرق تقنية Turbo حوالي دقيقة لمواكبة التغييرات الكبيرة في ضغط دواسة الوقود، مما يؤدي أحيانًا إلى تسارع متقطع.

بالإضافة إلى ذلك ، يتميز محرك التنفس الطبيعي بقوة منخفضة رائعة جيدة للقطر والسحب. وهذا هو السبب في أن البدائل المزودة بشاحن توربيني تستغرق وقتًا طويلاً لاختراق قطاع سيارات البيك أب التي تحتاج إلى القدرة.

من ناحية أخرى، ففي محرك التنفس الطبيعي، ينظم الضغط الجوي امتصاص الهواء. وكان لفترة طويلة هو المحرك الأكثر استخدامًا ، في حين أن الشواحن التوربينية والشواحن الفائقة كانت نادرة فيما مضى، لكن الوضع تغير الآن. وتم تجهيز معظم السيارات بمحركات توربينية أصغر هذه الأيام.

كيف يعملون؟

الشاحن التوربيني هو جهاز حث قسري يدفع بالمزيد من الهواء المضغوط والوقود إلى المحرك. المزيد من خليط وقود الهواء في الأسطوانة يعني انفجار أقوى ونتيجة لذلك يولد المزيد من الطاقة. أما في محركات التنفس الطبيعي، فيعتمد سحب الهواء على الضغط الجوي. ولا يقوم بضغط المزيد من الهواء داخل الأسطوانات بشكل مصطنع، وهذا هو السبب في أنه يتطلب محركًا أكبر لإنتاج المزيد من الطاقة.

المزايا

المحركات ذات الشاحن التوربيني ليست جديدة، فهي موجودة منذ مائة عام حتى الآن. ومع ذلك، فقد تغيرت ديناميكياتهم كثيرًا. فلم يقتصروا علي سيارات الأداء فقط. ويستخدم المحرك التوربيني في سيارات السيدان وسيارات الركاب بشكل متزايد المحرك التوربيني بالحث القسري هذه في هذه الأيام. حيث يمكنهم إنشاء المزيد من الطاقة باستخدام أسطوانات صغيرة الحجم لتساعد السيارات الصغيرة ذات الشحن التوربيني مثل Subaru WRX STI على تجاوز أي شيء.

وتتميز السيارات ذات المحرك التوربيني بأنها أكثر سلاسة إلى حد كبير. فمع الهندسة الدقيقة، يمكن لهذه المحركات أن تتطابق مع خرج قدرة المحركات المستحثة بالقوة. على سبيل المثال، يمكن للسيارات القوية ذات السحب الطبيعي مثل Ferrari 812 أو Pagani Zonda HP Barchetta إنتاج طاقة هائلة تصل إلى 789 حصانًا. بالإضافة إلى ذلك، فإن أنواع محرك التنفس الطبيعي أسهل في الصيانة والامتلاك.

العيوب

تحتاج المحركات التوربينية إلى التخزين المؤقت لإنتاج عزم الدوران. ومع ذلك، فإن العملية تستغرق وقتًا ممتعًا لإكمالها مما يتسبب في تأخر التوربو. ويمكن القضاء على هذا التأخير من خلال استخدام نظام توربو مزدوج، ولكن سيؤدي ذلك أيضًا إلى زيادة استهلاك الوقود وانبعاثات أكبر. في معظم الأحيان ، ستجعل المحرك التوربيني المزدوج غير ضروري تمامًا. ينتج المحرك ذو الشحن التوربيني صافرة مميزة أو أنين أثناء إطلاق النار، وهو ما يعتبره البعض مزعجًا. كما أن امتلاكها وإصلاحها وصيانتها مكلف بسبب التعقيد الإضافي.

يحتاج محرك التنفس الطبيعي عادةً إلى أن يكون أكبر من أجل تحقيق خرج طاقة مكافئ لنظيره المزود بشاحن توربيني. ونتيجة لذلك، يمكن ملاحظة زيادة كبيرة في استهلاك الوقود والانبعاثات في السيارات ذات الأداء المتماثل. بالإضافة إلى ذلك ، يتأخر ناتج عزم محرك التنفس الطبيعي NA عن شقيقه التوربيني الذي تم تحريضه بالقوة، مما يؤدي إلى الحاجة إلى الوصول إلى مستوى أعلى في نطاق سرعة الدوران لتحقيق دفعة مماثلة.

ما هو الأفضل؟

لا يوجد “مقاس واحد يناسب الجميع” عند شراء سيارة أو تخصيصها لهذا الأمر. فيحتوي المحرك الذي يعمل بسحب الهواء الطبيعي على قائمته الخاصة من الإيجابيات والسلبيات ويمكن قول الشيء نفسه عن المحركات المزودة بشاحن توربيني. وبشكل عام، إنه اختيار شخصي للغاية ويعتمد إلى حد كبير على ما تبحث عنه.

الأمر متروك لك حقًا كسائق. فمن السهل معرفة سبب تحول المحركات المزودة بشاحن توربيني إلى طريق المستقبل. إنها سهلة على المحفظة وموفرة، ويكفينا أن تشيفي كامارو تتميز بمحرك توربيني I-4 ؛ لقد كان بدعة في الأيام الخوالي، لكنه خيار قوي وفعال اليوم.

كلاهما يحظى بوقتهما في دائرة الضوء، لكننا دعونا نعطي إيماءة الموافقة بالنظر لطريق المستقبل – وطريقة الكفاءة، فطريق المزيد من القوة. يطلب Turbo والخيارات سيحددها المستقبل .

مستقبل محرك التيربو ومحرك التنفس الطبيعي

مع استمرار مسيرة التوربو التي لا يمكن إيقافها على ما يبدو ، فإننا نخطط لتراجع محرك التنفس الطبيعي “atmo” المحبوب كثيرًا، ومنذ فترة يحارب كلا من المناخ والحكومات محرك التنفس الطبيعي مضغوطة بالإنبعاثات التي تؤثر علي كوكب الأرض وربما تدفن محرك التنفس الطبيعي حيًا لصالح محرك الشاحن التوربيني.

فيرى البعض أننا نتحرك بشكل خاطئ بالنسبة لتقنية المحرك التي هيمنت على طرقنا لسنوات وقدمت بعضًا من أكثر السيارات إثارة للذكريات في العالم – من دايتونا الكلاسيكية من فيراري وإنزو إلى فولكس فاجن بيتل المبردة بالهواء ذات الأربع أسطوانات أو المحركات بـ V12 في مكلارين F1؟ بل من كل سيارة عضلية أمريكية إلى GTO التي سجلت رقماً قياسياً ؟

إن الإجابة المختصرة هي أن صناعة السيارات الحديثة مدفوعة بالاقتصاد والكفاءة، والتي بدورها تحركها تشريعات الاتحاد الأوروبي بشأن الاقتصاد وأهداف الانبعاثات. وقد تحول ذلك إلى منعطف في أعقاب بروتوكول كيوتو لعام 1992.

بروتوكول كيوتو يحارب محرك التنفس الطبيعي

أصر بروتوكول كيوتو على أن يسحب العالم انبعاثاته في عام 1990 بنسبة ثمانية في المائة بحلول عام 2012، مما أدى إلى ولادة لائحة انبعاثات المركبات الأوروبية الأولى لعام 1993. وهي تغطي في الغالب انبعاثات أكسيد النيتروز والجسيمات ، وظهرت لوائح كثيرة منها Euro II (في 1996) ، Euro III (2000) و Euro IV (2005).

ولكن لتلبية أهداف الاتحاد الأوروبي بشأن أكاسيد النيتروجين، ذهبت محركات الديزل جميعها إلى الشحن التوربيني. ولم يؤد ذلك إلى خفض سعر الشاحن التوربيني فقط، بل أدى إلى رفع كفاءتها. بعد ذلك، جعلت لائحة أخرى من الاتحاد الأوروبي الحياة صعبة للغاية بالنسبة للمحركات التي تعمل بالشفط الطبيعي. فلقد طالبت بمتوسط ​​ثاني أكسيد الكربون يبلغ 130 جم / كم لكل صانع سيارات بحلول عام 2012/15 (وامتدت على مدى ثلاث سنوات لأخذ دورات النموذج في الاعتبار).

الآن ، يطالب الاتحاد الأوروبي بخفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون لمتوسط ​​أسطول كل شركة سيارات إلى 95 جم / كم بحلول عام 2020. وقد قطعت الدول الفردية، مثل هولندا ، ما هو أبعد من ذلك، حيث طلبت 80 جرامًا / كم.

تقليص الحجم والتوربينات هي المستقبل

لذا أصبح تقليص الحجم (حيث يقوم محرك توربو أصغر بالمهمة التي كان يؤديها محرك أكبر بسحب الهواء الطبيعي) هو الحل، وكما هو الحال مع خفض السرعة، أو استخدام دورات أقل. نتيجة لذلك، تعترف مرسيدس وبي إم دبليو وأودي بأن أيام المحركات التي تعمل بالشفط الطبيعي قد ولت فعليًا. وأخبرنا متحدث باسم قسم تطوير المحركات في BMW: “من المنظور التقني والسياسي والاجتماعي اليوم ، من غير المرجح أن يتم التفكير في محركات البنزين ذات السحب الطبيعي للإنتاج الضخم.

“إن الأسطوانات الأقل تعني احتكاك أقل، والدوران الأقل يعني احتكاكًا أقل، ويوفر المحرك التوربيني عزمًا عاليًا يبدأ عند دورات منخفضة للغاية ونطاق سرعة واسع، متفوقًا على محرك التنفس الطبيعي.”

وانتهى الأمر في أودي، ونفس الشئ يقولة الدكتور ستيفان كنيرش ، رئيس تطوير أنظمة الدفع في أودي: “كانت أودي واحدة من رواد تطوير محركات البنزين والديزل بشاحن توربيني، والتي ترتكز مزاياها على الأداء الفائق وعزم الدوران”.

“إن المزايا الاستثنائية للشاحن الفائق (وهو مصطلح شائع في ألمانيا للحث القسري) قد حول المحرك الذي يعمل بسحب الهواء الطبيعي إلى تقنية متخصصة. ومع ذلك، لا يزال هناك مكان لها في السيارات العاطفية مثل R8 “.

وبنفس رؤية رئيس تطوير BMW ، أخبرنا رئيس علامة فولكس فاجن الجديد، هربرت ديس، أن هدف 80 جم / كم يتطلب علبة تروس أطول ومعدلات دوران أقل بكثير. وقال: “في البداية سيعني ذلك 1800-2500 دورة في الدقيقة لمحركات الاحتراق الداخلي، لكنه سيعني حقًا 800-1500 دورة في الدقيقة على المدى الطويل”. “وهذا هو المكان الذي يجب أن نذهب إليه. مع عزم دوران مرتفع، ودورات منخفضة، وضغوط حقن أعلى وربما مع طاقة كهربائية لتعزيزها غند البسرعات المنخفضة. “

ومع ذلك ، فإن السرعة المنخفضة مثل هذه لن تساعد محرك التنفس الطبيعي خاصة وأن جمال الشاحن التوربيني في عصر الانبعاثات المنخفضة هو أنه عندما لا يتم تدويرها بقوة، يمكن للسيارة أن توفر (تقريبًا) استهلاك الوقود لمحرك أصغر.

هل يمكن ل محرك التنفس الطبيعي “atmo” العودة؟

يبقى احتمال أن ينتج شخص ما سيارة فيراري لافيراري بسعر مخفض ويجمع بين محرك atmo مع الطاقة الكهربائية التي تساعد المحرك على السرعات المنخفضة، مثل التوربو الخالي من التأخير.

ولعل الشركة الأكثر احتمالا للقيام بذلك هي شركة تويوتا. وهي تفعل ذلك عمليًا، ويصر نائب رئيس شركة Toyota لمجموعة نقل الحركة في أوروبا ، جيرارد كيلمان، على أنها لن تتخلى عن المحركات ذات السحب الطبيعي.

“أستطيع أن أرى سبب ابتعادهم عن فئة السيارات الفاخرة، لكن التعزيز الكهربائي يمنحنا فرصًا استثنائية لتوصيل عزم الدوران إلى مجموعة نقل الحركة حيث لا تكون المحركات التي تعمل بالسحب الطبيعي بنفس القوة. وأوضح كيلمان أن هذا يعطي الأداء ويوفر الوقود.

ليس لدى صناعة السيارات شركة أفضل من Toyota عندما يتعلق الأمر بالتعزيز الإلكتروني لمحركات الطاقة ، ولا يرى كيلمان أي سبب يمنع تويوتا من صنع محركات التنفس الطبيعي atmo.

ويستمر جيرارد “نحن نلتزم بكل قطعة من التشريعات من خلال التعزيز الإلكتروني، ولا يتطلب الأمر 42 فولتًا. هذا أكثر من أجل المعلومات والترفيه. “نحن بالفعل نعمل بشكل مباشر على ناقل الحركة، لذا يمكننا تقديم مزايا محرك توربو دون استخدام شاحن توربيني، وهناك دائمًا أكثر من طريقة إذا نظرت إلى نظام السيارة بالكامل وما تريده أن يكون. “

الاحتمال الآخر المحير هو أن محرك atmo قد يتم توفيره من خلال إدخال نسخة كهربائية من توربو. من شبه المؤكد أن تكون أودي هي الأولى في الإنتاج باستخدام هذه التقنية – فهي تمتلك بالفعل إصدارات توربو ثنائية وإصدار فردي توربو تعمل بشكل مقنع للغاية.

ويلخص بول فيكرز ، كبير مهندسي مازيراتي السابق ، القضية المرفوعة ضد محرك atmo. “بدأت المحركات التي تعمل بالشفط الطبيعي منذ 100 عام ، ولكن الكثير من المكاسب التي تحققت جاءت من التسريع، أما محرك التنفس الطبيعي فلايناسب التشريعات الحديثة.

ويقول : “تعد المحركات التوربينية أفضل من حيث قوة معينة من أفضل المحركات التي تعمل بالشفط الطبيعي. تمتلك أفضل المحركات التي يتم شفطها بشكل طبيعي ما يقرب من 100 كيلو واط / لتر و 100 نيوتن متر / لتر ، ولكن مع التوربينات يعتمد الأمر فقط على الضغط الذي تضعه.

خمسة أسباب وراء استحواذ المحرك التوربيني

• Euro VI – هذه لائحة لخفض متوسط ​​انبعاثات ثاني أكسيد الكربون إلى 95 جم / كم بحلول عام 2020 ويحتاج الاستمرار في الحفاظ على الأداء من المصنّعين إلى نوع من القوة و / أو تعزيز عزم الدوران لتتماشى مع ما كان لديهم دائمًا. وفي الغالب يأتي ذلك من شاحن توربيني.

• Euro I-IV – تهدف هذه اللوائح إلى انبعاثات الديزل، حيث فرضت هذه اللوائح أساسًا استخدام الشواحن التوربينية لمحركات الديزل، مما أدى إلى انخفاض أسعار الشواحن التوربينية وتحسين التكنولوجيا.

• تقليص الحجم – لماذا نستخدم محرك سداسي الأسطوانات في حين أن محرك توربو رباعي الأسطوانات أخف وزنا وأرخص ثمنا يقوم بنفس المهمة بالضبط؟

• تروس أطول – تهدف إلى تقليل استهلاك الوقود والانبعاثات ، تتطلب التروس الأطول عزم دوران أكبر بكثير في السرعات المنخفضة للمحرك مما يمكن أن تقدمه المحركات ذات السحب الطبيعي.

• صعود سيارات الدفع الرباعي – تحتاج السيارات الأثقل إلى مزيد من الطاقة والقوة، وهي قوة لاتستطيع المحركات ذات السحب الطبيعي توفيرها.

وفي النهاية يظل الجدل مفتوحًا، وبالطبع لايمكنني التدخل واعطاء رأي لانه يفقدني حيادي، وان كنت اميل للمحرك التوربيني، لما شاهدته من وفر البنزين مقابل مثيله بالتنفس الطبيعي، لكن رأيي ليس مهما وليس علميًا حيث مازال الجدل دائرًا حول أيهما الأفضل.

فما هي أفكارك حول مستقبل المحركات ذات السحب الطبيعي؟ هل انتهت اللعبة؟ هل ستحزن لرؤيتها تموت؟ شاركنا رأيك في قسم التعليقات أدناه…