كلنا سمعنا بالتوربو أو الشاحن التوربيني أو بالأحرى المحرك المدعوم بالتوربو، وفي أغلب الاحيان يقترن اسم التوربو بالأداء الرياضي للسيارة فما هو هذا الجهاز؟
هو قطعة ميكانيكة يتم تركيبها على محرك السيارة، وقد تم تصميمه واختراعه بالأساس بهدف تحسين الكفاءة وزيادة الأداء. ولهذا السبب تختاره العديد لا بل أغلبية مصنعي السيارات في سياراتهم وخصوصاً الحديثة منها.
تم إنتاج أول شاحن توربيني في أواخر القرن التاسع عشر من قبل المهندس الألماني ، جوتليب دايملر الذي كان مهندسًا ومصممًا صناعيًا ألمانيًا. وكان من أهم وأعظم رواد الاختراعات في عالم الميكانيك والسيارات، حيث طوّر أول عجلة آلية في العالم في عام 1885 وأول وسيلة نقل بأربعة عجلات في عام 1886. وكان دايملر صديقا مقربا من فيلهلم مايباخ الذي أسس مع ابنه كارل شركة مايباخ الشهيرة.
ولكن محركات التوربو لم تبرز إلا بعد الحرب العالمية الأولى ، عندما بدأ مصنعو الطائرات بإضافته إلى المحركات بهدف توفير الطاقة على ارتفاعات أعلى ، حيث الاكسجين أقل. ولم تتم إضافة التوربو إلى محركات السيارات حتى عام 1961 ، عندما استخدمت شركة Oldsmobile الأمريكية توربو بسيط لتعزيز قوة محرك V8 سعة 3.5 لتر.
وفي عام 1984 ، طورت شركة صعب السويدية Saab نظامًا توربينيًا جديدًا أكثر كفاءة ، ولا يزال هذا التصميم ، مع بعض التعديلات والتحسينات بالطبع، هو التكوين الرئيسي للشواحن التوربينية الأكثر شيوعًا الى اليوم.
يتكون التوبرو قسمين متصلين ببعضهما البعض بواسطة عمود، وهما كناية عن توربين وضاغط الهواء الذي يستخدم لسحب غازات العادم المنبعثة من المحرك والتي تقوم بتدوير التوربين وضغط الهواء مجدداً الى داخل المحرك، حيث يتم دفعه إلى داخل الأسطوانات، الأمر الذي يساعد المحرك على إنتاج المزيد من الطاقة وتحسين سرعة الأشتعال، حيث يمنح ضغط الهواء هذا المحرك قوة وكفاءة إضافيين، لأنه كلما دخل المزيد من الهواء الى غرفة الإشتعال يمكن إضافة المزيد من الوقود لمزيد من القوة والأداء وبوقت أقصر.
من مزايا التوربو الإضافية القدرة على توفير الطاقة لأنه على عكس الشاحن الفائق (سوبرتشارج)، لا يتطلب قوة اضافية من المحرك لتشغيله. لأنه وكما ذكرنا أعلاه يستعمل الغازات الساخنة الخارجة من عادم المحرك التي تعمل على تشغيله.
والأمر الأهم، أن المحركات المزودة بالتوربو لا تتأثر بنفس الصعوبة التي تتأثر بها المحركات التي تعمل على السحب الطبيعي للوقود في المناطق المرتفعة. حيث أنه كلما ارتفعنا عن سطح البحر تقل كفاءة محرك السحب الطبيعي بسبب الصعوبة بالحصول على الأكسجين الكافي. بينما يتغلب محرك التوربو على هذه المشكلة لأنه يدفع بالأكسجين إلى حجرة الاشتعال.
بشكل عام، يعمل التوربو على تحسين كفاءة استهلاك الوقود للمحرك، ولكن هناك اعتقاد خاطئ عندما يتعلق الأمر بالمركبات التي تعمل بسحب الهواء الطبيعي وإضافة التوربو حيث أن الأمر هنا يحدث بالعكس، إذ إن الطريقة التي يعمل بها المصنعون على تحسين كفاءة الوقود من خلال التوربو هي عبر تقليل حجم (سعة) المحرك ثم دعمه بالتوربو.
على سبيل المثال ، خذ محركًا بسعة 2.5 لتر من 4 أسطوانات متتالية يعمل على السحب الطبيعي للهواء وقم بتقليل سعته إلى 1.4 ليتر ثم أضف له التوربو. وستكون النتيجة أن المحرك الأصغر المزود بشاحن توربيني يقدم نفس أرقام الأداء والقوة أو حتى أفضل قليلاً من محرك السحب الطبيعي، ولكن وبسبب الإزاحة الأصغر ، فإنه سيستهلك وقودًا أقل.
من أخطر سلبيات التوربو هي الحرارة المرتفعة، فنظرًا لأن التوربو يتم تشغيله بواسطة غازات العادم الساخنة ، فهو بالتالي يصبح شديد الحماوة. وفي بعض الأحيان في ظل ظروف معينة من القيادة، يمكن أن يتوهج التوربو باللون الأحمر ويصبح ساخناً جداً الأمر الذي قد يؤدي الى حريق في المحرك، ولكن هذا بالطبع لا يحدث في ظروف القيادة اليومية ؛ بل عندما يتم دفع المحرك إلى أقصى حدوده لفترة زمنية متواصلة.
وحرارة التوربو المرتفعة هي السبب لتصميم بعض السيارات الرياضية المزودة به مع فتحات في غطاء المحرك أو أسفل الجوانب، حيث تعمل هذه الفتحات على ادخال الهواء البارد الى حجرة المحرك للمحافظة على برودة مكونات المحرك.
المشكلة الثانية للتوربو هو ما يسمى التباطؤ التوربيني، إذ انه وفي ظل ظروف معينة، وعند الضغط على دواسة الوقود، يكون هناك تأخير بين وقت الدوس واللحظة التي يبدأ فيها المحرك والتوربو بالتفاعل وتقديم الأداء المطلوب.
يحدث هذا التأخير عندما تكون سرعة دوران المحرك ما زالت منخفضة ،ففي هذه الحالة لا يمر الكثير من غازات العادم عبر ضاغط الهواء ، لذلك عندما تطلب طاقة من المحرك ، يحتاج توربين الشاحن إلى وقت لبدء الدوران بسرعة مثالية وذلك عند ارتفاع دوران المحرك بشكل تدريجي.
في البداية وفي الطرازات القديمة التي كانت تعمل بالتوربو، كان السائقون المحترفون يقومون بمعالجة مشكلة تباطؤ التوربو عن طريق التبديل إلى ترس أقل مما يرفع دوران المحرك، ولكن حالياً الكثير من الشركات باتت تستعمل ما يسمى بالبادئ الكهربائي للتوربو الذي يعمل على تشغيل التوربين كهربائياً في البداية للاستعاضة عن غازات العادم القليلة عند الدوران المنخفض.
