الشواحن الجبرية... (1)

يعتبر استخدام الشواحن الجبرية Force induction systems سواء كانت شواحن توربينية Turbochargers أو شواحن مضاعفة Superchargers، من أفضل الأنظمة المستخدمة لاستخراج القوة والتي تستطيع أن تحصل من خلالها على قوة تتعدى الـ300% من قوة المحرك الأصلية، ولكن يلزم لاستخدام الشواحن الكثير من التعديلات الخاصة حتى لا ينفجر المحرك وحتى تصلح السيارة للاستخدام اليومي؛ فتستطيع من محرك سعته اللترية لا تتعدى الـ3.0 لترات الحصول على قوة حصانية كبيرة قد تصل إلى 1000 حصان أو أكثر!!


في هذا التقرير سنتابع معا المبادئ الأساسية لعمل الشواحن الجبرية وطرق تركيبها وصيانتها.
البداية


الشواحن الجبرية سواء كانت turbo أوsupercharger ليست بالاختراع الجديد فلقد ولدت فكرة التوربو في أوروبا لاستخدامه في عالم السباقات عبر تعديل المحركات عالية الأداء المكونة من ثمانية أسطوانات فيما أكثر بغرض استخدامها في سباقات الفورمولا وان, واستخدمت الشواحن التوربينية في السيارات التجارية وكانت أولى هذه السيارات هي سابSaab 900 السويدية موديل 1978، بينما استخدم الـSupercharger قبل الحرب العالمية الثانية في السيارات المخصصة للسباقات؛ حيث استخدمته شركة مرسيدس في سيارتها التي اشتركت في سباقات الجائزة الكبرى Grad prix.


كما أن استخدامات الشواحن التوربينية لا تقتصر على السيارات فحسب ففي الحرب العالمية الثانية استخدمت أيضا في الطائرات المدنية مثل البوينج B-29 والطائرات الحربية مثل Superforess Bomber، وغيرها.
فكرة العمل باختصار:
هدف عمل جميع الشواحن الجبرية سواء كانت turbo أو superchargers هو الحصول على قوة إضافية عن طريق إدخال كمية أكبر من الهواء إلى غرفة الاحتراق داخل المحرك, فكلما زادت نسبة الهواء الداخل للمحرك زادت كمية الوقود التي سيقدر المحرك على حرقها، ومن ثم الحصول على المزيد من القوة، ويختلف الشاحن التوربيني Turbocharger عن الشاحن المضاعف Supercharger في القوة المستخدمة في تدوير عجلة الكومبريسور المسئول عن ضخ الهواء المضغوط إلى المحرك.
القوة المستخرجة!!


القوة المستخرجة من الشاحن الجبري هي قوة متغيرة تختلف باختلاف نوع وسعة المحرك المزود بالشاحن بالإضافة إلى الضغط الناتج عن الشاحن, فمثلا الطراز الياباني نيسان سكاي لاين الذي يخرج من المصنع بمحرك ذي سعة 2.6 لتر ويستخرج منه قوة حصانية مقدارها 286 حصانا، نجد أن وراء هذه القوة استخدام الشركة لشاحنين توربينين صغيرين ينتج عنهما ضغط معين ويقدر بـ6 PSI تقريبا أي أقل من نصف بار, ولكي يقوم أحد المعدلين بشراء هذه السيارة, نجده يقوم بتركيب جهاز للتحكم في ضغط التوربو يسمى Boost controller والذي يقوم عن طريقه بالتحكم في الضغط الناتج عن التوربو, وطبعا يقوم المعدل برفع الضغط من6 PSI إلى12 PSI مثلا والذي سينتج عنه زيادة رائعة في القوة الحصانية قد ترفع قوة السيارة إلى 350 حصانا!!
فزيادة الضغط تعني زيادة كمية الوقود التي يقدر المحرك على حرقها ومن ثم المزيد من القوة الحصانية.
المشاكل الأساسية للشواحن وطرق حلها:


المشاكل الأساسية للشواحن تتمثل في مشكلتي الحرارة والضغط الزائد فالهواء المضغوط الذي يضغطه الشاحن سيزيد درجة الحرارة والضغط داخل غرفة الاحتراق مما قد يؤدي إلى انفجار المحرك, لذا هناك استعدادات أساسية يجب أن توفرها لمحركك منها:
استعدادات لتفادي مشكلة الحرارة..
هناك عدد من الطرق لحل مشكلة ارتفاع درجة الحرارة:
1- تركيب مبرد داخليintercooler وفكرة عمله ببساطة تدور حول اتصاله بالشاحن ليدخل الهواء المضغوط -الساخن نوعا ما والناتج من الشاحن- إليه ويبرد ثم يخرج أكثر برودة وأكثف إلى المحرك وهناك أنواع منها Air/Air ومنها water/air.


2- عمل فتحات تهوية في غطاء المحرك حتى نستفيد من تدفق الهواء الذي يصطدم بالسيارة على السرعات العالية ليساعد في تبريد المحرك ويطلق على هذه الفتحات air scopes.
3- نقوم بتغيير نظام تبريد المراوح بآخر رياضي والذي يتكون غالبا من مروحتين كبيرتين مبرمجتين للعمل مع بدء تشغيل المحرك وليس عند ارتفاع درجة حرارة المحرك.
4- تغيير رادياتير المحرك بآخر رياضي ذي حجم أكبر.
مشكلة الضغط وحلها:
1- هناك ضغط زائد ناتج عن الهواء المضغوط من الشاحن وطبعا مكابس المحرك الأصلية Pistons لن تتحمل هذا الضغط الزائد لذا يجب أن تغير المكابس بأخرى مخصصة لتحمل هذه الضغوط وتسمى Forged pistons والتي تصنع من مواد خفيفة وقوية لتتحمل السرعات العالية والضغط العالي.
2- تغيير الأذرعة Connecting rods بأخرى رياضية مصنوعة لتتحمل الضغط الرهيب الذي يستطبع أن يحني الأذرعة بمنتهى السهولة.
3- تغيير الجوانات Gasket بأخرى رياضية تتحمل الضغط والحرارة الزائدة.
4- عندما تزيد نسبة الهواء الداخل لغرفة الاحتراق يجب أن يقابل الزيادة في الهواء زيادة في الوقود وإلا قد يتعرض المحرك للانفجار ويطلق مصطلحdetonation على هذه المشكلة -انفجار المحرك نتيجة زيادة ضغط الهواء وعدم كفاية الوقود- لذا يجب تطوير نظام ضخ الوقود عن طريق تغير الرشاشات injectors برشاشات أكبر وتغيير مضخة الوقود Fuel pump بمضخة رياضية، وتختلف أنواع المضخات على حسب القوة المتوقعة المستخرجة من الشاحن فهناك مضخات مجهزة لتغذية محركات تصل قوتها لأكثر من 1400 حصان