تقنيات و محركات ........ محركات كومبريسور (الشاحن الهوائي) و مقارنتها بمحركات التيربو

تقنيات و محركات ........ محركات كومبريسور (الشاحن الهوائي) و مقارنتها بمحركات التيربو***********************************************
بقلم: عبدالله الحديد
مستشار موتورز الاردن
======================
تقنية مرسيدس كومبريسور الحديثة التي اصبحت شائعة جدا على محركات مرسيدس الاربعة اسطوانات و حتى محركات AMG ثمانية اسطوانات ظهرت في المرة الأولى عام 1996 على موديل SLK230 Kompressor فما هو مبدأ عمل هذه المحركات و ما الفرق بينها و بين التيربو ؟؟؟

بالنسبة لتاريخ الكومبريسور (الشاحن) فأول سيارة انتاج تجاري زودت بهذه التقنية هي مرسيدس 6/25/40 و مرسيدس 10/40/65 طرازات العام 1921.

في البداية يجب ان نعلم ان الكومبريسور هو نفسه السوبر تشارج أو شاحن الهواء (ضاغط هواء)..... و بالنسبة لمبدأ عمله هو نفس مبدأ عمل التيربو و هو ادخال كمية هواء اكبر الى غرفة الاحتراق عن طريق ضغطه (زيادة الكمية بالنسبة للحجم) ليتم احتراق الوقود بشكل افضل و فعالية اكبر....... لكن بالنسبة للكيفية التي يتم فيها ضغط الهواء فنا يكمن الاختلاف الاهم بين السوبر تشارج و التيربو تشارج......

بالنسبة للتيربو تشارج فيأخذ حركة مراوح توربينات الضغط من خلال غازات العادم الناتجة من الاحتراق في انابيب العادم (الاكزوزت) حيث تمر هذه الغازات بسرعة كبيرة و ضغط كبير دافعة التوربين الى الحركة الذي بدوره يكون موصول بضاغط من جهة انابيب السحب فيقوم الاخير بضغط الهواء الداخل الى المحرك..... بالتالي تصبح كمية الهواء اكبر(نسبة انضغاط اعلى) و الاحتراق ناتجه افضل و في النهاية قوة اكبر للمحرك.

بالنسبة للسوبر تشارج (الكومبريسور) فطريقة عمله مختلفة..... حيث يستمد الشاحن حركته و ضغطه للهواء من المحرك نفسه... أي انه مربوط مع عمود الحركة الرئيسي في المحرك (الكرنك) بواسطة جنزير او حزام و يوجد مسنن من جهة الضاغط و من خلال دوران عمود الكرنك فإنه يحرك المسنن من خلال الجنزير و بالتالي يعمل ضاغط الهواء و يقوم بضغط الهواء و ادخاله بكمية اكبر الى المحرك.....

يوجد أنواع من التيربو تشارج و السوبر تشارج (الكومبريسور ) تبين طريقة الربط و لسنا هنا بصدد شرحها بالتفصيل لتعقيداتها و حاجتنا لشرع معادلات طويلة لكن يكفي ان نبين الانواع بالنسبة لشواحن الهواء:

1- Roots
2- Lysholm screw
3- Sliding vane
4- Scroll-type supercharger

من مزايا الكومبريسور (شاحن الهواء) أنه يستمد قوته من المحرك مباشرة.... أي انه يبقى يعمل بصورة ثابتة طالما المحرك يدور و كمية الهواء الداخلة الى المحرك تبقى ثابتة على جميع دورات المحرك و خاصة المنخفضة ( اذا اصبح دوران المحرك عالى فإن كمية الهواء الداخل تقل بسبب طبيعة المواد و تغير درجة الحرارة)..... و هذا يؤدي الى ميزة هامة جدا في محركات الكومبريسور و هو تجاوب المحرك مباشرة لدعسة البنزين لأن قوة الشاحن متوفرة على جميع مستويات دوران المحرك تقريبا و بالتالي العزم يكون جيد مقارنة مع محركات التنفس الطبيعي...... كما ان تصميمه بسيط بالمقارنة مع نظام التيربو المعقد و الذي يحتاج الى تغيير بعض القطع الثانوية الاخرى قبل التركيب.... فبالنسبة للشاحن (الكومبريسور) يتطلب تركيبه فقط بكرة و جنزير و مسنن لتوصيل الشاحن بالمحرك

الا ان له بعض المساوئ والملاحظات.... اهمها انه يستمد قوته من المحرك نفسه .اي ان جزء من عزم المحرك يتم استهلاكه في تشغيل الكومبريسور و هذا شبيه جدا بتشغيل مكيف السيارة حيث يضيع جزء من طاقة المحرك فقط لعمل الكومبريسور ....يكون تأثير هذا الامر واضحا في حالات المحركات الصغيرة لكن بالنسبة للمحركات الكبيرة فتأثيره غير محسوس تقريبا نظرا لقوة هذه المحركات و نسبة الفقد القليلة جدا نسبة الى الناتج العام.... لكن في المحصلة كفاءة نظام الكومبريسور اقل منها لنظام التيربو تشارج.

محركات التيربو لها مزايا هامة ايضا من ابرزها هو اخذ طاقة الحركة للتوربينات من غازات العادم التي تعتبر طاقة ضائعة ...فيتم استغلالها لتوليد طاقة اكبر للمحرك دون الحاجة لأخذ أي كمية من الطاقة من المحرك نفسه و بالتالى استهلاك الوقود + ناتج الطاقة يكون اعلى من محركات الكومبريسور.....الا ان له عيوب رئيسية نذكر منها اهمها و هو حاجة التيربو للتبريد لأنه متصل مباشرة مع الغازات المحترقة ذات درجات الحرارة العالية و ايضا حاجتها لتبريد الهواء الداخل الى المحرك .. لذلك يتم تركيب نظام انتركولر و هو عبارة عن راديتر صغير يركب بين الضاغط و بين المحرك....و ايضا بالنسبة لطريقة عمله فإن كمية الهواء تتغير مع سرعة دوران المحرك فتزداد الكمية بازدياد السرعة قد تصل الى حدود لا يستطيع المحرك تحملها لذا يتم عمل انبوب ممر لغازات العادم (Bypass) لتمكين غازات العادم الزائدة عن حاجة التوربين على السرعات العالية من المرور في هذا الانبوب......... كما ان له عيب كبير في التصميم و هو انه على سرعات دوران المحرك المنخفضة يكون دفق الغازات العادمة قليل و طاقته الحركية منخفضة و الضغط منخفض لا تسمح للتوربينات بالحركة بالشكل الذي يمكنها من ضغط الهواء..... بل تعمل على تقليل كمية الهواء الداخلة الى المحرك و عدم اتمام عملية الاحتراق بالشكل السليم و هذا يؤدي الى عدم تجاوب المحرك مع دواسة الوقود على سرعات دوران منخفضة و هو ما يؤدي الى حدوث ظاهرة Turbo Lag أو التأخر في عمل التيربو و تعني انك اذا كنت تسير بشكل طبيعي على سرعة دوران منخفضة و ضغطت على دواسة الوقود فإنه لا يحدث تجاوب للمحرك بزيادة سرعته و لفترة طويلة من الوقت حتى يبدأ التيربو عمله على 3000 دورة تقريبا.... بالتالي فهو غير عملي نهائيا في الاستعمال اليومي..... هذه الظاهرة تكون واضحة جدا في التوربينات الكبيرة ذات الضغط العالي
لتقليل تأثير عملية التيربو لاغ..... تم ابتكار ما يعرف ب Anti-Lag و هو نظام الكتروني يعمل على قياس نسبة الاحتراق و تدفق الهواء الى المحرك و وضعية دواسة البنزين و على اثرها يتم ضخ كمية اكبر من البنزين الى المحرك لكي يعمل على زيادة الاحتراق بسبب قلة الهواء في المحرك و بالتالي يتم توليد طاقة اكبر مع وقود غير محترق كليا و بالتالى تحدث فرقعات وانفجارات داخل انبوب العادم يولد ضغط كبير لتشغيل التوربينات على سرعات محرك منخفضة لذلك ستجد ان هنالك لهب يخرج من العادم و اصوات فرقعة..... هذا النظام يتم تركيبه في الغالب على سيارات الرالي و سيارات السباق.

في النهاية ما هو النظام الافضل والانسب للسيارات؟؟؟...... يجب علينا ان نأخذ في الاعتبار الملاحظات التالية:

1- كفاءة محركات التيربو افضل من محركات الكومبريسور (الشاحن) كما انه افضل من ناحية استهلاك الوقود و ناتج الطاقة اعلى.
2- محركات الكومبريسور ابسط تصميميا من التيربو و اقل تعقيدا كما انها ليست بحاجة لمبردات و صيانتها اقل.
3- في محركات التيربو تتغير نسبة الانضغاط تبعا لسرعة المحرك بينما في الكومبريسور تبقى النسبة ثابتة على جميع السرعات تقريبا.
4- في المحركات الصغيرة يعتبر نظام التيربو افضل لها لأنه لا حاجة لفقد أي طاقة لعمل التيربو كما في نظام الكومبريسور و قس عليك المثال السابق على نظام التكييف.
5- في المحركات الكبيرة يفضل استخدام نظام الكومبريسور لأنه يوفر ضغط هواء على جميع الدورات بشكل ثابت و كمية الطاقة المستهلكة لإدارة النظام لا تشكل فرق لهذا الحجم من المحركات.

في النهاية لا يوجد رأي قاطع ما هو النظام الافضل بينهما لأنه كما رأينا لكل نظام مزايا و عيوب ...... و ما تزال التجارب والابحاث قائمة حتى اليوم لتحسين هذه التقنيات.
=====================
اعداد: عبدالله الحديد
مستشار موتورز الاردن