كيف يعمل محرك توربيني أحادي الأسطوانة مزدوج التمرير مكون من 4 أسطوانات؟

الشاحن التوربيني أحادي التمرير رباعي الأسطوانات هو نظام شحن توربيني يجمع بين تقنية التمرير المزدوج وتصميم التوربين الفردي لتحسين 

استجابة المحرك وكفاءته. إليك شرح مفصل خطوة بخطوة لكيفية عمله: ١. الهيكل الأساسي: مكونات الشاحن التوربيني

• التوربين: يتم تشغيله بواسطة عادم المحرك.

• الضاغط: يتم تشغيله بواسطة التوربين، ويتم إرسال الهواء المضغوط إلى الأسطوانة.

• التمرير المزدوج: ينقسم مدخل التوربين إلى تمريرتين مستقلتين، متصلتين بمشعبات عادم أسطوانية مختلفة.

2. خصائص عادم محركات الأربع أسطوانات

• ترتيب الإشعال: عادة ما يتم إشعال المحركات ذات الأربع أسطوانات بترتيب 1-3-4-2، مع وجود مسافة 180 درجة بين عادم الأسطوانات المتجاورة.

• تداخل نبضات العادم: إذا دخلت جميع عوادم الأسطوانات إلى نفس الأنبوب، فإن موجات ضغط العادم للأسطوانات المجاورة سوف تتداخل مع بعضها البعض، 

مما يؤدي إلى انخفاض كفاءة التوربين (يسمى "exhaust نبض تدخلااااا).

3. تصميم تقسيم التدفق للتمرير المزدوج

• اتصال الأسطوانة المجمعة: تقوم لفافتان بتوصيل مجموعتين من الأسطوانات على التوالي (على سبيل المثال: الأسطوانة 1+4 هي مجموعة واحدة، والأسطوانة 2+3 هي مجموعة أخرى).

• عزل نبضات العادم: يدخل عادم كل مجموعة من الأسطوانات إلى لفافة مستقلة لتجنب إلغاء موجات ضغط العادم لبعضها البعض، 

ضمان نقل طاقة العادم إلى التوربين بكفاءة.

4. الاستخدام الفعال لطاقة العادم • تأثير الشحن التوربيني النبضي:

◦ يفصل التمرير المزدوج نبضات العادم بفواصل زمنية كبيرة (مثل الفاصل الزمني للعادم في محرك رباعي الأسطوانات هو 180 درجة)، 

السماح للتوربين بتلقي غاز العادم عالي الطاقة الحركية بشكل مستمر.

◦ بالمقارنة مع التمريرة المفردة، يمكن للتمريرة المزدوجة أيضًا الحفاظ على سرعة عادم أعلى عند السرعات المنخفضة، مما يقلل من تأخر التوربو.

5. مزايا التوربين الواحد

• هيكل مبسط: يعتبر التوربين الفردي أخف وزناً وأقل تكلفة من نظام التوربين المزدوج.

• تغطية واسعة للسرعة: من خلال تحسين التمرير المزدوج، يمكن لتوربين واحد تحقيق استجابة سريعة عند السرعات المنخفضة مع الحفاظ على زيادة كبيرة في معدل التدفق عند السرعات العالية.

6. مثال على سير العمل (مع استخدام محرك رباعي الأسطوانات كمثال)

1. مرحلة العادم:

◦ تكمل الأسطوانة 1 عملها، ويتدفق غاز العادم عالي الحرارة إلى التوربين من خلال اللفافة الأولى.

◦ بعد دوران العمود المرفقي بزاوية 180 درجة، تقوم الأسطوانة رقم 4 بإخراج العادم وتحريك التوربين من خلال نفس اللفافة.

◦ يقوم عادم الأسطوانتين 2 و3 بدفع الجانب الآخر من التوربين بالتناوب عبر اللفافة الثانية.

2. محرك التوربينات:

◦ مجموعتان من نبضات العادم المتناوبة تجعل سرعة التوربين تزداد بشكل أسرع، خاصة عند السرعات المنخفضة، مما يقلل بشكل كبير من الهستيريسيس.

3. تعزيز المدخول:

◦ يقوم التوربين بدفع الضاغط لإرسال الهواء المضغوط إلى المبرد المتوسط، ثم إدخاله إلى الأسطوانة بعد التبريد، مما يحسن كفاءة الاحتراق.

7. مزايا الأداء

• تحسين عزم الدوران عند السرعات المنخفضة: يسمح التصميم ثنائي التمرير للتوربين بالعمل بكفاءة عند 1500-3000 دورة في الدقيقة للمحرك، مما يعزز عزم الدوران المنخفض.

• تقليل تأخر التوربو: عزل نبض العادم يجعل سرعة استجابة التوربو قريبة من سرعة الشاحن الفائق.

• الاقتصاد في استهلاك الوقود: تحسين كفاءة الاحتراق مع الالتزام بلوائح الانبعاثات (مثل تقليل الاحتراق الغني قبل تدخل التوربو).

8. سيناريوهات التطبيق النموذجية

• سيارات الأداء المنزلية: مثل محرك بي ام دبليو N20، وVolkswagen EA888 الجيل الثالث، وما إلى ذلك، توازن بين القوة والتكلفة.

• تحقيق التوازن بين الاقتصاد والطابع الرياضي: مناسب للطرازات التي تتطلب قوة خرج خطية وتقدر كفاءة استهلاك الوقود.

ملخص يحقق الشاحن التوربيني الأحادي ذو التمرير المزدوج رباعي الأسطوانات سرعة استجابة قريبة من سرعة الشاحن التوربيني المزدوج في هيكل توربو واحد 

من خلال تحويل نبضات العادم وتحسين استخدام طاقة غاز العادم، مع الأخذ في الاعتبار الوزن الخفيف والتكلفة المنخفضة. 

يعد هذا التصميم حلاً كلاسيكيًا لتحقيق التوازن بين الأداء والعملية في تكنولوجيا الشحن التوربيني الحديثة.