يمكن للشاحن التوربيني أن يزيد قوة محرك السيارة بنسبة تتراوح بين 10% و60% . ومع ذلك، فإن مقدار الزيادة في قوة المحرك يعتمد على عدة عوامل، مثل نوع الشاحن التوربيني وحجمه وضغط الشحن وتدفق العادم وكفاءته.
يجب أيضًا تحسين المعايير الأخرى للمحرك ، مثل نظام الوقود، ومشعب السحب، ونسبة الانضغاط، لزيادة القدرة الحصانية إلى أقصى حد. يهدف دليلنا إلى الإجابة عن السؤال: ما مقدار القدرة الحصانية التي يضيفها الشاحن التوربيني؟ بالتفصيل.
فهم الشواحن التوربينية وزيادة القدرة الحصانية
يُصمَّم كل محرك سيارة ويُطوَّر لإنتاج قوة حصانية محددة . ويجب تحسين سعة المحرك، وسرعة دورانه، ونسبة الهواء إلى الوقود، ونسبة الانضغاط لتحقيق أفضل مزيج من القوة الحصانية وكفاءة استهلاك الوقود، وفقًا لشركة بروفايد كارز.
الآن إذا كنت ترغب في الحصول على قوة حصانية أكبر في سيارتك من قوة الحصان التي يوفرها المصنع، فإن إحدى الطرق للحصول على ذلك هي عن طريق تثبيت شاحن توربيني في سيارتك.
الشاحن التوربيني، في أبسط صوره، هو نظام حثّ يعمل على ضغط الهواء وتوصيله بكمية أكبر إلى المحرك. وهذا بدوره يُحسّن من قدرة نظام حقن الوقود في السيارة، وبالتالي يزيد من قوة المحرك.
لكن الأمر ليس بهذه البساطة، فبمجرد تركيب شاحن توربيني، لا تحصل على زيادة في قوة المحرك بنسبة 60%. هناك العديد من المصانع المتخصصة في الشواحن التوربينية ومحركات السيارات، والتي تحدد مقدار الزيادة في قوة المحرك التي يُحدثها الشاحن التوربيني ، خاصةً عند مستويات الضغط العالية.
العوامل المؤثرة على اكتساب القدرة الحصانية
تعتمد قوة حصان التوربو المضافة على تسعة عوامل مختلفة، منها محرك السيارة المزود بشاحن توربيني، والشاحن التوربيني نفسه، ووزن السيارة. يجب ضبط المحرك بشكل صحيح وإجراء جميع التعديلات اللازمة لدعم شاحن توربيني محدد.
فيما يلي العوامل التي تحدد مقدار القوة الحصانية التي يمكن أن يضيفها الشاحن التوربيني.
- حجم ونوع الشاحن التوربيني
- زيادة الضغط
- سعة نظام الوقود
- كفاءة التبريد الداخلي
- إدارة المحرك وضبطه
- القوة الداخلية للمحرك
- تصميم نظام العادم
- نظام كمية الهواء
- نسبة ضغط المحرك
تصميم الشاحن التوربيني وقوة الحصان
تتوفر في السوق أنواع عديدة من الشواحن التوربينية. وأكثرها شيوعًا الشواحن التوربينية أحادية الشاحن ، والشواحن التوربينية ثنائية الشاحن ، والشواحن التوربينية ذات الهندسة المتغيرة ( VGT ). كما تُصنف الشواحن التوربينية إلى صغيرة وكبيرة الحجم. ولكل تصميم ونوع وحجم من الشواحن التوربينية مزايا وعيوب خاصة به.
تتميز الشواحن التوربينية المفردة والصغيرة بتأخر أقل، لكنها تُقدم تعزيزًا محدودًا. أما الشواحن التوربينية المزدوجة والكبيرة، فتُقدم أقصى زيادة في القدرة الحصانية، لكنها عادةً ما تكون أبطأ في سرعة دورانها. يعتمد اختيار الشاحن التوربيني أيضًا على حجم محرك سيارتك وقدراتها.
زيادة الضغط وتأثيرها
يُعرَّف ضغط الشاحن التوربيني بأنه ضغط الهواء الداخل إلى المحرك المزود بشاحن توربيني أعلى من الضغط الجوي. وبما أن الشاحن التوربيني يدفع كمية أكبر من الهواء إلى المحرك مقارنةً بالحالة الطبيعية، فإن ذلك يزيد الضغط في مشعب السحب.
ببساطة، كلما زاد التعزيز الذي يُنتجه التوربو، زاد تدفق الهواء، وارتفعت الطاقة. وللتفصيل، يجب مراعاة خريطة ضاغط الشاحن.
يشرح هذا كيفية عمل التوربو عند تدفقات هواء مختلفة. ابحث عن جزيرة كفاءة، وهي نقطة في خريطة الضاغط يعمل فيها التوربو بأقصى كفاءة.
يجب عليك أيضًا مراعاة نسبة المساحة إلى نصف القطر (A/R ) للشاحن التوربيني. فكلما زادت هذه النسبة، زاد ضغط الشحن وزادت القدرة الناتجة. إلا أن ذلك سيؤدي أيضًا إلى زيادة تأخر استجابة الشاحن التوربيني. أما في حالة انخفاض نسبة المساحة إلى نصف القطر، فالوضع معكوس.
هناك حد أقصى للدفعة المسموح بها لأي محرك. قد يؤدي ضغط الدفعة المفرط إلى طرقعة المحرك، وارتفاع درجة حرارته، وانخفاض قدرته، وانخفاض كفاءته، وعطل ميكانيكي في أسوأ الأحوال.
التبريد الداخلي وأداء المحرك
يُعدّ التبريد البيني أمراً بالغ الأهمية لتحقيق أداء عالٍ للمحرك عند تشغيله بشاحن توربيني. فيما يلي بعض النقاط المهمة التي يجب مراعاتها لتحسين أداء المحرك.
- يسخن الهواء عند ضغطه بواسطة الشاحن التوربيني، مما يُضعف أداء المحرك، لذا يلزم وجود مبرد داخلي.
- يُبرّد خليط الهواء والوقود قبل دخوله إلى المحرك، مما يزيد من كثافة الخليط ونسبة الأكسجين فيه، مما يؤدي إلى زيادة القدرة الحصانية.
- كما أن التبريد الزائد للهواء سيؤثر أيضًا على أداء المحرك، لذا يجب أن يكون المبرد المتوسط متوافقًا مع الشاحن التوربيني والمحرك.
سعة نظام الوقود
يعتمد مقدار القوة الحصانية الإضافية التي يُحدثها الشاحن التوربيني على سعة نظام حقن الوقود في سيارتك وقدرات تدفق الوقود . ذلك لأن الشحن التوربيني يُضيف فقط كمية إضافية من الهواء إلى المحرك، ولا يُمكن لهذه الكمية الإضافية من الهواء أن تُحدث أي زيادة في القوة الحصانية إلا بعد إضافة كمية إضافية من الوقود إلى الهواء للحفاظ على نسبة مثالية بين الهواء والوقود في المحرك.
يتكون نظام حقن الوقود في السيارة من مضخة وقود، وأنابيب وقود، وحاقنات وقود . يجب أن يكون حجم أنابيب الوقود في السيارة وسعة مضخة الوقود والحاقنات كافية لتزويد المحرك بكمية الوقود الإضافية اللازمة نتيجةً لتركيب الشاحن التوربيني.
تأتي جميع الشواحن التوربينية تقريبًا مع متطلبات إمداد الوقود المحددة مسبقًا لتسهيل الأمور على الميكانيكيين الذين يقومون بتثبيتها.
الضبط المناسب لتحقيق أقصى قدر من مكاسب الطاقة
عند تركيب أي شاحن توربيني معين على محرك سيارتك، ستحتاج إلى إجراء ضبط مناسب للمحرك يُعرف أيضًا بضبط وحدة التحكم الإلكترونية (ECU).
يعد ضبط وحدة التحكم الإلكترونية بشكل صحيح أمرًا ضروريًا لإدارة الزيادة في المعلمات التالية بسبب إدخال الشاحن التوربيني.
- تدفق الهواء
- ضغط جوي
- ظروف الاحتراق
سيساعدنا الضبط في التحكم في جميع وظائف المحرك الرئيسية، بما في ذلك:
- توقيت الإشعال
- نسبة الهواء إلى الوقود
- التحكم في التعزيز
توقيت الاشتعال
نحتاج إلى ضبط توقيت إشعال المحرك وتحسينه، لأنه عند زيادة الضغط، يحترق خليط الهواء والوقود بسرعة أكبر. قد يؤدي ذلك إلى حدوث طرق في المحرك، مما قد يتسبب في تلف دائم لأجزائه الداخلية. ولمنع ذلك، يتم ضبط الشرارة بحيث تنطلق في وقت لاحق عن الوضع الطبيعي لعمود المرفق.
نسبة الوقود الهواء
لا يُمكن لخليط الهواء والوقود العادي توليد طاقة إضافية حتى مع وجود شاحن توربيني. أنت بحاجة إلى خليط هواء ووقود غني لزيادة قوة المحرك. عادةً ما تكون نسبة الهواء إلى الوقود المثالية تحت ضغط التوربو من 11.5 إلى 12.0:1، وهي أغنى من النسبة القياسية المتكافئة 14.7:1.
عزز السيطرة
اعتمادًا على وضع الخانق، قد يحتاج المحرك إلى تعزيز توربيني أو لا يحتاجه. ولإدارة هذا، تحتوي وحدة التحكم الإلكترونية للمحرك على ملف لولبي للتحكم في التعزيز، يعمل على إما زيادة أو تقليل ضغط التعزيز الناتج عن الشاحن التوربيني.
القوة الداخلية للمحرك
عندما يزيد الشاحن التوربيني ضغط الهواء، فإن هذا الضغط، بالإضافة إلى احتراق أقوى داخل غرفة الاحتراق في المحرك، يزيد من الضغط على جميع أجزاء المحرك. يتعرض كل من مكبس المحرك، وذراع التوصيل، ورأس الأسطوانة ، وصمامات السحب والعادم، وحلقات المكبس لضغط مرتفع. يجب أن تكون جميع هذه الأجزاء قادرة على مقاومة هذا الضغط العالي لتجنب الأعطال الميكانيكية.
تدفق العادم وكفاءة الشاحن التوربيني
يعتمد الشاحن التوربيني على تدفق العادم للعمل وضغط الهواء. لذا، فإن آلية تدفق العادم الفعّالة ستُحسّن بالتأكيد من كفاءته. أي مشكلة، كالتسريب أو العوائق في النظام، قد تُؤدي إلى فقدان الطاقة.
يساهم نظام العادم ذو التدفق الحر ومشعب التوربو في تقليل الضغط الخلفي، مما يسمح للتوربو بالعمل بكفاءة أعلى. لذا، وللحصول على أقصى استفادة من غازات العادم، يجب تحسين قطر العادم والمحول الحفاز وتصميم كاتم الصوت وفقًا لمتطلبات الشاحن التوربيني.
نظام كمية الهواء
يُضيف الشاحن التوربيني هواءً إضافيًا إلى النظام، ولكنه لا يحتوي على نظام سحب هواء منفصل لإضافة هذا الهواء الإضافي إلى المحرك. يدفع الهواء عبر نظام سحب الهواء الطبيعي نفسه ليصل إلى المحرك.
لذا يجب أن يكون نظام سحب هواء المحرك كبيرًا وقويًا بما يكفي لمعالجة ومقاومة الهواء الزائد عالي الضغط الذي يدخل إلى المحرك بالسرعة المثلى.
نسبة ضغط المحرك
تلعب نسبة انضغاط المحرك دورًا بالغ الأهمية عند استخدام الشاحن التوربيني لزيادة القدرة الحصانية . فكلما زادت النسبة، زاد ضغط خليط الهواء والوقود، مما يسمح بتوليد قدرة أكبر من المحرك نفسه.
ومع ذلك، عند أخذ ضغط تعزيز الشاحن التوربيني في الاعتبار، يكون خليط الهواء والوقود مضغوطًا بالفعل. أي زيادة في الضغط قد تؤدي إلى فقدان الطاقة واهتزاز المحرك أو حتى عطل ميكانيكي.
لذا، فإن خفض نسبة ضغط المحرك بناءً على ضغط تعزيز الشاحن التوربيني سيزيد من أداء المحرك ويزيد من قوة السيارة. يمكنك اتباع إحدى الطرق الثلاث التالية أو مجموعة منها لتقليل النسبة.
- استبدال المكابس العادية بـ مكابس ضغط منخفضة مزورة خصيصًا
- عن طريق استبدال حشية رأس المحرك العادية لديك بـ حشية رأس أسطوانة أكثر سمكًا
- توسيع حجم غرفة الاحتراق قليلاً باستخدام أكمام أسطوانية ذات سماكة أرق
تتراوح نسبة الضغط المثالية لتركيبات التوربو عادةً بين 8.0:1 إلى 9.5:1 ، وذلك اعتمادًا على جودة الوقود ومستوى التعزيز.
مطابقة نطاق الطاقة وتأخر التوربو
تأخر التوربو هو الفترة الزمنية الفاصلة بين الضغط على دواسة الوقود وبدء عمل الشاحن التوربيني بكامل طاقته. يُعاني كل شاحن توربيني من هذا التأخير لأنه يعتمد على غازات العادم في عمله.
نطاق القدرة هو نطاق دورات المحرك الذي يُنتج فيه أقصى قوة. لذا، عليك مطابقة تأخر التوربو مع نطاق القدرة.
أمثلة واقعية على الشواحن التوربينية التي تضيف قوة حصانية
بناءً على مطابقة تأخر التوربو ونطاق الطاقة، بعض الحالات الحقيقية التي تم فيها زيادة قوة حصان المحرك باستخدام شاحن توربيني.
| مركبة | نوع المحرك | مخزون HP | قوة حصانية توربينية | كسب القدرة الحصانية | ملاحظة | مصدر |
|---|---|---|---|---|---|---|
| مازدا مياتا (ND) | 2.0 لتر بدون محرك I4 | HP 155 | ~248 حصان (طقم توربو BBR) | HP 93 | تتضمن مجموعة التوربو ضبط وحدة التحكم الإلكترونية، والمبرد الداخلي، والحاقنات | السيارات |
| سوبارو WRX STI (2019) | محرك توربو H2.5 سعة 4 لتر | HP 310 | ~400–450 حصان (مع الإضافات والضبط) | 90-140 حصان | تم تحقيق مكاسب بفضل التوربو الأكبر، ومدخل الهواء، والمبرد الداخلي، والضبط | مناقشة ريديت |
| تويوتا 86 / سوبارو BRZ (مجموعة توربو) | 2.0 لتر غير متوفر H4 | HP 200 | ~300–350 حصان | 100-150 حصان | مجموعات توربو ما بعد البيع من Greddy وHKS وما إلى ذلك، مع الضبط | الصيادون السريعون |
| نيسان GT-R R35 | 3.8 لتر توين توربو V6 | ~565 حصان (مخزون) | التوأم توربو | 700+ نقاط صحة | خيارات قياسية أو إضافية بناءً على منطقتك | نيسان الولايات المتحدة الأمريكية |
خاتمة
لا توجد إجابة واحدة أو رقم ثابت حول مقدار القوة الحصانية التي يضيفها الشاحن التوربيني. يعتمد ذلك على تسعة عوامل مختلفة مرتبطة بمحرك السيارة والشاحن التوربيني نفسه.
لكل شاحن توربيني أهميته وتأثيره الخاص على زيادة قوة المحرك. إذا راعيت بعض العوامل التسعة المذكورة أعلاه، يمكنك زيادة قوة محرك سيارتك بنسبة تتراوح بين 10% و25% .
ومع ذلك، إذا عملت على جميع العوامل التسعة، فيمكنك إضافة ما يصل إلى 60% من قوة الحصان إلى محرك سيارتك.
باختيار الشاحن التوربيني المناسب وتحسين مكونات المحرك ، فإن الزيادة في قوة المحرك ليست مجرد مكاسب نظرية - بل هي مكاسب قابلة للتحقيق.
معلومات عنا
في شركة نانجينغ وودا لتكنولوجيا السيارات المحدودة، نتخصص في توفير قطع غيار محركات السيارات عالية الجودة ، بما في ذلك الشواحن التوربينية ورؤوس الأسطوانات وغيرها. نخدم عملاء قطاع الأعمال (B2B) على مستوى العالم، ونفخر بتقديم حلول عالية الجودة تُشغّل المركبات في جميع أنحاء العالم.
تواصل معنا اليوم لاكتشاف كيف يمكننا دعم أعمالك وتعزيزها.
