عبد العزيز: نقل من تصنيف:هندسة ميكانيكية إلى تصنيف:هندسة الميكانيك باستخدام تعديل تصنيفات

2023-02-18T17:05:57Z

نقل من تصنيف:هندسة ميكانيكية إلى تصنيف:هندسة الميكانيك باستخدام تعديل تصنيفات

صفحة جديدة

'''السحب القسري''' هو عملية توصيل الهواء إلى مدخل [[محرك احتراق داخلي|محرك الاحتراق الداخلي]]. يُستخدم في السحب القسري [[ضاغط غاز]] لزيادة [[ضغط]] و[[درجة حرارة]] و[[كثافة الهواء]]، ويُسمى المحرك غير المستخدم للسحب القسري [[محركات التنفس الطبيعي|بمحرك التنفس الطبيعي]].

== الاستخدام ==
يُستخدم السحب القسري في [[سيارة|السيارات]] و[[طائرة|الطائرات]] لزيادة [[قدرة (فيزياء)|قدرة]] وكفاءة [[محرك احتراق داخلي|المحرك]] . يتضمن محرك السحب القسري [[ضاغط غاز|ضاغطان]] على التوالي. يكون [[شوط]] الانضغاط هو عملية الانضغاط الأساسية التي يحتويها كل [[محرك احتراق داخلي|محرك]]، بينما يقوم [[ضاغط غاز|ضاغط]] إضافي بسحب الهواء لمدخل المحرك مسبباً السحب القسري.

تتسبب عملية الانضغاط المتوالي للهواء في زيادة [[نسبة الانضغاط]] الكلية للمحرك. يُسمى ضغط السحب الناتج عن الضاغط الإضافي '''بالضغط المعزز'''، ويُساعد ذلك محركات الطائرات للعمل على ارتفاعات كبيرة حيث تكون [[كثافة الهواء]] منخفضة.

تستفيد المحركات ذات الانضغاط الكبير بكمية طاقة مفيدة أكبر لكل وحدة [[وقود السيارات|وقود]]، ولذلك تزداد [[كفاءة حرارية|الكفاءة الحرارية]] للمحرك تماشياً مع تحليل [[القانون الثاني للديناميكا الحرارية]] لدورة القدرة البخارية.<ref name="Thermodynamics1">[Cengle, Y.A., & Boles, M.A. (2008). </ref>

إن السبب وراء عدم كون كل [[محرك احتراق داخلي|المحركات]] مرتفعة الانضغاط هو أنه يكون لكل وقود ذو [[رقم الأوكتان|رقم أوكتان]] معين [[نسبة الانضغاط|نسبة انضغاط]] طبيعية، وإن زادت يشتعل الوقود تلقائياً قبل الآوان. يُسمى ذلك الإشعال المسبق أو الإشعال اللحظي أو [[خبط المحرك|فرقعة المحرك]]، ويُمكن أن يسبب ضرراً كبيراً للمحرك.

يُمكن للانضغاط المرتفع في [[محركات التنفس الطبيعي|محرك السحب الطبيعي]] أن يضع المحرك على بداية حدوث الإشعال اللحظي بكل سهولة، لكن المحرك ذو السحب القسري يمكن أن يحتوي على انضغاط أعلى بدون أن يتعرض للإشعال اللحظي، وذلك لأن شحنة الهواء يتم تبريدها بعد المرحلة الأولى للانضغاط باستخدام [[مبرد بيني]].
أحد المصطلحات المهمة في انبعاثات [[محرك احتراق داخلي|محرك الاحتراق الداخلي]] هو معامل [[أكسيد النيتروجين|أكاسيد النيتروجين]]، أو كمية مركبات [[أكسجين|الأكسجين]] أو [[نيتروجين|النيتروجين]] التي ينتجها المحرك. يُتحكم في مستوى هذه الانبعاثات بواسطة لوائح حكومية مبينة على الاختبارات.

ينتج عن الانضغاط المرتفع [[درجة حرارة|درجات حرارة]] مرتفعة، والتي بدورها تؤدي لانبعاثات أكثر من [[أكسيد النيتروجين|أكاسيد النيتروجين]]، وبالتالي فإن السحب القسري يُزيد من انبعاثات أكاسيد النيتروجين.

== أنواع الضواغط ==
يُستخدم نوعان من الضواغط في السحب القسري، وهما [[شاحن توربيني|الشاحن التوربيني]] و[[ضاغط عنفي فائق|الشاحن التوربيني الفائق]].[[شاحن توربيني| الشاحن التوربيني]] هو [[ضاغط غاز|ضاغط]] يُدار بواسطة [[غاز عادم|غازات العادم]]، أما [[ضاغط عنفي فائق|الشاحن التوربيني الفائق]] فيستخدم أنواع مختلفة من الضواغط لكنها جميعاً تُدار ميكانيكاً من المحرك بواسطة [[سير (آلات)|حزام]] عادة.

يُمكن أن يكون الضاغط إما من النوع الطارد المركزي أو نوع روتس أو موجب الإزاحة، ويعتبر [[ضاغط عنفي فائق|الشاحن التوربيني الفائق]] اللولبي و[[ضاغط متردد|الضاغط المكبسي]] من أمثلة الضواغط الداخلية.

=== الشواحن التوربينية ===
{{مفصلة|شاحن توربيني}}
[[ملف:RB26RHC7_01.JPG|تصغير|يسار|200x200بك|[[Nissan RB engine|محرك نيسان أر بي]] مزود [[شاحن توربيني|بشاحن توربيني]].]]
يعتمد [[شاحن توربيني|الشاحن التوربيني]] على حجم وسرعة [[غاز عادم|غازات العادم]] لإدارة [[عنفة غازية|تربينة]] متصلة [[ضاغط غاز|بضاغط]] بواسطة عمود دوران مشترك. يُمكن التحكم في الضغط المعزز الناتج من [[شاحن توربيني|الشاحن التوربيني]] بواسطة مجموعة من صمامات التنفيث وأجهزة التحكم الإلكترونية.

إن الميزة الأساسية [[شاحن توربيني|للشاحن التوربيني]] هي أنه يستهلك [[قدرة (فيزياء)|قدرة]] من المحرك أقل مما يستهلك [[ضاغط عنفي فائق|الشاحن التوربيني الفائق]]، بينما العيب الأساسي له هو أنه يتأخر في الاستجابة للمحرك بشكل كبير، نظراً لاحتياجه للوقت حتى يصل لسرعة الدوران المطلوبة. يُعرف هذا التأخير في استجابة الشاحن التوربيني بمسمى التأخر التوربيني.

عندما يكون [[شاحن توربيني|الشاحن التوربيني]] صغيراً، فإنه يدور أسرع ويعطي الضغط المعزز كاملاً عند سرعات المحرك المنخفضة، لكن الضغط المعزز سينخفض عند سرعات المحرك المرتفعة، بينما إن كان [[شاحن توربيني|الشاحن التوربيني]] كبيراً فسيقدم أداءاً جيداً عند السرعات المرتفعة.

يُعتبر العمر التشغيلي المحدود [[عنفة غازية|للتربينة]] أحد المشاكل الشائعة في [[شاحن توربيني|الشاحن التوربيني]]، ويرجع ذلك إلى [[درجة حرارة|درجات حرارة]] [[غاز عادم|العادم]] المرتفعة التي يُمكن أن تتحملها [[عنفة غازية|التربينة]]، وتأثير التربينة على تدفق العادم.

=== الشواحن التوربينية الفائقة ===
{{مفصلة|شاحن توربيني فائق}}
[[ملف:Eaton_MP62_001.JPG|تصغير|يسار|200x200بك|[[ضاغط عنفي فائق|شاحن توربيني فائق]] في محرك<nowiki/>[[Nissan VQ engine| نيسان في كيو]].]]
لا تستغرق [[ضاغط عنفي فائق|الشواحن التوربينية الفائقة]] وقتاً لتبدأ بالاستجابة وإعطاء الضغط، حيث أنها تكون متصلة ميكانيكاً بالمحرك وتدور بشكل يتناسب مع سرعة المحرك، كما أنها لا تشبه [[شاحن توربيني|الشواحن التوربينية]] بسبب استخدامها [[عزم الدوران|للعزم]] الناتج من [[محرك احتراق داخلي|المحرك]] حتى تعمل، وبالفعل ينتج عن ذلك فقداً في [[قدرة (فيزياء)|القدرة]] والكفاءة.

يستخدم [[Roots-type supercharger|شاحن روتس التوربيني الفائق]] ريشتان على أسطوانتين يدوران لدفع الهواء إلى مدخل المحرك.<ref>When applied to a two-stroke cycle engine, a Roots-blown engine is considered to be naturally aspirated as such an engine does not have a compression stroke in the conventional meaning of the term.</ref> يمتاز هذا النوع من [[ضاغط غاز|الضاغط]] بإنتاجه لنفس نسبة الضغط عند أي سرعة للمحرك، وذلك بسبب كونه ضاغط موجب الإزاحة.

[[Rotary screw compressor|الشاحن التوربيني الفائق اللولبي]] هو أيضاً ضاغط موجب الإزاحة مثل شاحن روتس، لكن تصنيعه يكون أكثر صعوبة من تصنيع شواحن روتس الفائقة، ومع ذلك فإنه أكثر كفاءة في العمل وإنتاج هواء أكثر برودة.

[[Centrifugal-type supercharger|الشاحن التوربيني الفائق الطارد مركزي]] ليس ضاغطاً موجب الإزاحة، ويكون له عادة [[كفاءة حرارية]] أفضل من شاحن روتس. تكون شواحن الطرد المركزي التوربينية الفائقة أصغر حجماً وأسهل في الاستخدام مع المبرد البيني.

=== أكسيد النيتروز ===
يعتبر غاز [[أكسيد النيتروس|أكسيد النيتروز]] ([[صيغة كيميائية|صيغته الكيميائية]] :N2O) المعروف بغاز الضحك، مزوداً [[أكسجين|للأكسجين]] للمحركات ذات السحب القسري، وذلك بسبب أنه يتكون من 36% [[أكسجين]] مقارنة بنسبة الأكسجين في [[هواء|الهواء الجوي]] البالغة 23.6%.

يستخدم سائقي السباقات [[أكسيد النيتروس|أكسيد النيتروز]] بوضعه في زجاجات عند مدخل الهواء [[محرك احتراق داخلي|للمحرك]]، ثم يقوموا بإطلاقه بواسطة زر تحكم للحصول على مقدر إضافي من [[قدرة (فيزياء)|القدرة]] لفترة قصيرة.<ref>[http://www.noswizard.com/nos-technical-information NOS Nitrous Oxide Systems Technical] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20180206144121/http://www.noswizard.com/nos-technical-information |date=06 فبراير 2018}}</ref>

== التبريد البيبني ==
أحد التأثيرات الجانبية للسحب القسري التي لا يُمكن تجنبها هي ارتفاع [[درجة حرارة]] الهواء عند انضغاطه، مما يؤدي لانخفاض [[كثافة الهواء]] وبالتالي تستقبل [[أسطوانة (محرك)|الأسطوانات]] كمية هواء أقل من تلك التي كان يجب أن يوفرها نظام السحب القسري، كما يزداد خطر حدوث الإشعال اللحظي.

يتم التغلب على هذه المساوئ بتبريد شحنة الهواء الخارجة من [[شاحن توربيني|الشاحن التوربيني]] أو [[ضاغط عنفي فائق|الشاحن التوربيني الفائق]]، وذلك بتمريرها في [[مبادل حراري]] يُطلق عليه [[مبرد بيني|المبرد البيني]]. تُبرد شحنة الهواء بتيار متدفق من الهواء عند درجة حرارة الجو ويُسمى المبرد هنا المبرد البيني للهواء بواسطة الهواء، كما تُبرد أيضاً بواسطة [[سائل]] وُطلق على المبرد هنا المبرد البيني للهواء بواسطة سائل.

تزداد [[كثافة]] شحنة الهواء عند انخفاض [[درجة حرارة مئوية|درجة حرارته]]، وبهذه الطريقة يوفر المبرد البيني إمكانية العمل عند [[نسبة الانضغاط|نسب انضغاط]] أعلى، وتحقيق الاستفادة الكاملة من [[ضاغط غاز|الضواغط]] المتتالية.

إن العيب الوحيدة للمبرد البيني تكمن في حجمه الذي يقترب من حجم [[مشعاع (تبريد المحرك)|المشعاع]]، بالإضافة إلى الأنابيب الملحقة به.

== حقن المياه ==
{{مفصلة|حقن المياه}}
يُعتبر [[حقن المياه|حَقن المياه]] وسيلة أخرى لتبريد شحنة الهواء لتفادي حدوث الإشعال اللحظي. يُخلط [[ميثانول|الميثانول]] مع [[ماء|المياه]] ليعمل [[مانع تجمد|كمانع تجمد]] بالإضافة إلى تصرفه كوقود بطئ الاحتراق. لا يضيف حقن المياه [[قدرة (فيزياء)|قدرة]] إضافية [[محرك احتراق داخلي|للمحرك]] على عكس [[أكسيد النيتروس|أكسيد النيتروز]] أو السحب القسري، لكنه يسمح بزيادة [[قدرة (فيزياء)|قدرة]] المحرك بأمان.

يحدث [[حقن المياه]] عن طريق رش المياه في شحنة الهواء المضغوطة. [[حرارة تبخر|تمتص المياه الحرارة من الهواء بينما تتبخر]] لتبريده، وتخفض درجات [[حرارة الاحتراق]]. يعتبر الكحول أيضاً الموجود في الشحنة وقوداً أبرد من [[وقود السيارات|البنزين]] ويحترق أبطئ منه.

يُمكن زيادة الضغط المعزز بأمان بدون استخدام وقود ذو [[رقم الأوكتان|رقم أوكتان]] مرتفع، وذلك بسبب انخفاض [[درجة حرارة]] و[[كثافة الهواء|كثافة شحنة الهواء]]. يُستخدم [[حقن المياه]] غالباً في تطبيقات السباقات، ومع ذلك فقد اتضح كونه مفيداً ليُستخدم على نطاق أوسع.

== محركات الديزل ==
لا تحدث مشاكل الإشعال المسبق في [[محرك ديزل|محركات الديزل]]، بسبب أن الوقود يُحقن في نهاية شوط الانضغاط، لذلك تُستخدم [[نسبة الانضغاط|نسبة انضغاط]] مرتفعة.

تستخدم معظم [[محرك ديزل|محركات الديزل]] الحديثة [[شاحن توربيني]]، وذلك لأن [[غاز عادم|غازات العادم]] الناتجة من [[محرك ديزل|محرك الديزل]] تتدفق بقوة، مما يجعلها مناسبة جداً لتشغيل [[شاحن توربيني|الشاحن التوربيني]].

يسمح مدى السرعات الضيق الذي يعمل عليه [[محرك ديزل|محرك الديزل]] بأن يستخدم [[شاحن توربيني]] واحد لتشغيل المحرك عند جميع السرعات. تستطيع أيضاً [[شاحن توربيني|الشواحن التوربينية]] أن تعطي ضغط معزز أكبر من ذلك الذي يعطيه [[ضاغط عنفي فائق|الشاحن التوربيني الفائق]]، الأمر الذي يعتبر ضرورياً لمعظم [[محرك ديزل|محركات الديزل]].

== اعتبارات تصميمية ==
يؤثر تصميم [[محرك بنزين|محركات البنزين]] و[[نسبة الانضغاط]] على القيمة القصوى الممكنة للضغط المعزز. يجب أن تُستبدل أو تطور بعض أجزاء [[محرك احتراق داخلي|المحرك]] عن تلك الموجودة في [[محركات التنفس الطبيعي|محرك التنفسس الطبيعي]]، للحصول على [[قدرة (فيزياء)|قدرة]] أكثر عند مستويات الضغط المعزز الأعلى.

تتضمن اعتبارات التصميم [[مضخة وقود|مضخة]] و[[حقن الوقود|حاقنات الوقود]] و[[مكبس (محركات)|المكابس]] و[[ذراع توصيل|أذرع التوصيل]] و[[عمود مرفق|أعمدة المرفق]] والصمامات و[[حشية رأس|حشية الرأس]] وبراغي الرأس. تعتمد القيمة القصوى الممكنة للضغط المعزز على [[رقم الأوكتان|رقم أوكتان]] الوقود واتجاه المحرك لحدوث الإشعال اللحظي. يُمكن أن يُستخدم [[وقود السيارات|البنزين]] عالي الجودة أو بنزين السباق لمنع حدوث الإشعال اللحظي ضمن حدود معينة.

يُمكن استخدام ضغط معزز أكبر عند استخدام [[ميثانول|الميثانول]] و[[إيثانول|الإيثانول]] و[[غاز نفطي مسال|الغاز النفطي المسال]] و[[غاز طبيعي|الغاز الطبيعي المضغوط]] أكثر من ذلك عند استخدام البنزين، وذلك بسبب مقاومة أنواع الوقود السابقة المرتفعة للإشعال الذاتي.
يُمكن [[محرك ديزل|لمحركات الديزل]] أيضاً أن تستخدم قيم للضغط المعزز أكبر من تلك في حالة [[محرك بنزين|محركات البنزين]]، وذلك بسبب أن الهواء فقط هو الذي ينضغط خلال شوط الانضغاط ثم يُحقن الوقود في النهاية، مما يزيل مشكلة حدوث الفرقعة بشكل كامل.

=== الدراجات النارية ===
تتضمن اعتبارات التصميم الفريدة [[دراجة نارية|للدراجات النارية]] التوصيل المتحكم فيه للقدرة ومواد غلاف المحرك للتخلص من الحرارة، والحجم و[[مركز ثقل|مركز الثقل]] المطلوب.

== انظر أيضا ==
* [[محركات التنفس الطبيعي|محرك التنفس الطبيعي]]

== المراجع ==
{{مراجع}}
{{ضبط استنادي}}
{{محرك احتراق داخلي}}
{{شريط بوابات|سيارات|شاحنات|هندسة تطبيقية|هندسة ميكانيكية}}

[[تصنيف:تقانة المحركات]]
[[تصنيف:شحن توربيني]]
[[تصنيف:هندسة الميكانيك]]

سحب قسري - تاريخ المراجعة

عبد العزيز: نقل من تصنيف:هندسة ميكانيكية إلى تصنيف:هندسة الميكانيك باستخدام تعديل تصنيفات