ما هو الشاحن التوربيني (تيربو)؟ أعراض أعطال الشاحن التوربيني في محركات الديزل والمركبات الثقيلة

في منتصف طريق صاعد طويل لا يعطي رأس القاطرة المحمل قوة السحب المتوقعة؛ فدواسة الوقود مضغوطة حتى النهاية وسرعة دوران المحرك ترتفع، لكن المركبة لا تتقدم، ويخرج من العادم دخان داكن، ويسمع من داخل الكابينة صفير رفيع. وتشخيص السائق جاهز: «الشاحن التوربيني تعطل». لكن عند إخضاع خط هواء الشحن للضغط في الورشة يتبين أن الشاحن التوربيني سليم، وأن العطل في خرطوم ارتخى مشبكه. وهذه الصورة في الميدان قاعدة لا استثناء: فالشاحن التوربيني من أكثر القطع التي تشخص أعطالها، ومن أكثرها تعرضًا للتشخيص الخاطئ أيضًا. ويتناول هذا الدليل الشاحن التوربيني لا بوصفه قطعة منفردة، بل بوصفه محول الطاقة الواقع في منتصف سلسلة تبدأ من فلتر الهواء وتنتهي عند العادم.

فيزياء الحصول على قدرة أكبر من السعة نفسها

الشاحن التوربيني ضاغط هواء يدار بغاز العادم، يلتقط الطاقة المتبقية في غاز العادم بواسطة عجلة توربين، ويدير بها عجلة الضاغط المثبتة على العمود نفسه، فيدفع إلى المحرك هواءً مكثفًا بضغط يفوق الضغط الجوي. وهو ليس قطعة تمد المحرك بوقود إضافي، بل قطعة تزود المحرك بمزيد من كتلة الهواء، ولا يمكن زيادة كمية الوقود إلا بفضل هذا الهواء.

إن القدرة التي يستطيع محرك الديزل إنتاجها محدودة بكتلة الهواء المسحوب إلى الأسطوانة لا بحجمه. فالأكسجين اللازم للاحتراق موجود في الكتلة؛ وحتى إن بقي الحجم نفسه فإن الهواء البارد المضغوط يتسع لكمية أكبر من الأكسجين. وفي المحرك ذي السحب الطبيعي لا يدخل الأسطوانة من الهواء إلا بقدر ما يدفعه الضغط الجوي، وزيادة الوقود لا تؤدي إلا إلى زيادة السناج. ويرفع الشاحن التوربيني هذا السقف: فهو يطبق على مشعب السحب ضغطًا يفوق الضغط الجوي، فيملأ حجم الإزاحة نفسه بكتلة هواء أكبر بشكل واضح. وهذه هي الطريقة الأكثر كفاءة لإنتاج القدرة وعزم الدوران دون تكبير سعة المحرك ودون زيادة الوزن.

والمكسب الثاني هو استعادة الطاقة: ففي المحرك ذي السحب الطبيعي تذهب حرارة الغاز الخارج من العادم وضغطه إلى الجو، أما الشاحن التوربيني فيحول جزءًا من هذا الفاقد إلى شغل ميكانيكي، ولا يقتطع قدرة من عمود المرفق لتدوير الضاغط. والمكسب الثالث هو تعويض الارتفاع؛ فكلما ارتفعت المركبة قلت كثافة الهواء، أما في المحرك المزود بشاحن توربيني فتشغل وحدة التحكم الشاحن التوربيني بدرجة أكبر للحفاظ على ضغط الشحن المستهدف. واليوم يكاد يكون من المستحيل عمليًا العثور على محرك Euro بلا شاحن توربيني في أساطيل المركبات التجارية الثقيلة.

ما الفرق بين الشاحن التوربيني والضاغط الميكانيكي (الشاحن الفائق)؟

كلاهما يضغط الهواء، والفرق بينهما في مصدر القدرة التي يستمدانها. إذ يدور الشاحن التوربيني بالطاقة المهدرة في غاز العادم، ولا يحمل المحرك عبئًا ميكانيكيًا مباشرًا، لكن استجابته تتأخر عند سرعات الدوران المنخفضة لأن عمله مرتبط بمعدل تدفق غاز العادم. أما الضاغط الميكانيكي فيدار من عمود المرفق؛ وهو ينتج الضغط فورًا، لكنه يسترد من المحرك جزءًا من القدرة التي ينتجها. ويجب الانتباه أيضًا إلى الخلط في المصطلحات: ففي المركبات التجارية الثقيلة يقصد بكلمة «الضاغط» في أغلب الأحيان ضاغط هواء الفرامل الذي يغذي نظام الفرامل الهوائية بالهواء المضغوط؛ أما عجلة الضاغط داخل الشاحن التوربيني فعضو مختلف تمامًا يرفع ضغط هواء السحب.

كيف يعمل الشاحن التوربيني؟ التوربين والضاغط والجسم المركزي

يتكون الشاحن التوربيني من ثلاثة أقسام. جانب التوربين متصل بمشعب العادم؛ إذ يتسارع الغاز الساخن في القناة المتضيقة للغلاف الحلزوني، ويرتطم بريش عجلة التوربين، فيديرها ويترك لها جزءًا من طاقته. أما جانب الضاغط فيسحب الهواء النظيف القادم من فلتر الهواء من مركز العجلة، فتقذف الريش الهواء نحو المحيط، ويحول الناشر والقناة الحلزونية هذه السرعة إلى ضغط. ويحمل الجسم المركزي العمود الذي يربط العجلتين؛ ويضم المحامل، ومسارات دخول الزيت وعودته، وحلقات الإحكام، وفي معظم تطبيقات المركبات الثقيلة قنوات التبريد بالماء.

وأهم ما يميز هذا الترتيب أن سرعة دوران العمود لا ترتبط ارتباطًا مباشرًا بسرعة دوران المحرك. فالعمود يتسارع بقدر ما يسمح به معدل تدفق غاز العادم ودرجة حرارته؛ وقد تتراوح سرعته حسب التصميم بين عشرات الآلاف من الدورات في الدقيقة ومستوى مئة ألف دورة في الدقيقة. والشيء الوحيد القادر على حمل عمود بهذه السرعة هو ترتيب محامل لا يحدث فيه تلامس مباشر: ففي الشواحن التوربينية التقليدية للمركبات الثقيلة يدور العمود على جلبة عائمة بين غشاءين من الزيت، ولا يلامس المعدن أبدًا.

ومن هنا تنشأ أهم قاعدة في الشاحن التوربيني: الزيت هنا ليس مجرد مادة تقلل الاحتكاك، بل هو الوسط الحامل الذي يرتكز عليه العمود، وهو في الوقت نفسه وسيط تبريد يسحب الحرارة القادمة من جانب التوربين. فإذا انخفض ضغط الزيت ولو للحظة انكسر الغشاء، واستقر العمود على المعدن، وكانت النتيجة تلف المحامل في غضون ثوانٍ.

كما يساء فهم جانب الإحكام أيضًا. فلا يوجد عند طرفي عمود الشاحن التوربيني مانع تسرب للزيت بالمعنى المألوف؛ بل تستخدم عادة حلقات معدنية تشبه حلقات المكبس، وهذه الحلقات لا توقف الزيت فيزيائيًا، بل تحبسه بتوازن الضغط. وعندما يختل هذا التوازن، كأن يتكون تفريغ مفرط عند مدخل الضاغط بسبب انسداد فلتر الهواء، أو يتجمع الزيت داخل الجسم بسبب انسداد خط عودة الزيت، فإن الشاحن التوربيني السليم نفسه يسرب الزيت. ووراء شكوى «الشاحن التوربيني يقذف الزيت» يكمن في أغلب الأحيان عيب آخر يخل بهذا التوازن، لا الشاحن التوربيني نفسه.

أجزاء الشاحن التوربيني ووظيفة كل منها

مع أن الشاحن التوربيني يبدو من الخارج قطعة مصبوبة واحدة، فإن بداخله مجموعة من المكونات المترابطة التي تعمل معًا. ويجمع الجدول التالي هذه المكونات ووظائفها، وكيف تظهر عيوبها في الميدان.

ولأن عجلتي التوربين والضاغط تتم موازنتهما معًا على العمود، فإن الشاحن التوربيني يجدد في الغالب كاملًا، أو على مستوى الخرطوشة الذي تسمح به الشركة المصنعة. والفائدة الحقيقية لمعرفة المكونات ليست في الإصلاح بل في التشخيص: فمعرفة المكون الذي يصدر عنه كل عرض تجنب فك شاحن توربيني سليم دون داعٍ.

صمام تحويل غاز العادم وVGT/VNT: أسلوبان مختلفان لإدارة الضغط

النزعة الطبيعية للشاحن التوربيني هي التسارع دون حد كلما ازداد معدل تدفق غاز العادم. فمع ارتفاع سرعة دوران المحرك يزداد تدفق الغاز الذي يدير التوربين، ويتسارع العمود، وقد يتجاوز ضغط الشحن حدود التحمل الميكانيكي للمحرك وحد سرعة الدوران الخاص بالشاحن التوربيني نفسه. لذلك يوجد في كل محرك مزود بشاحن توربيني نظام يحد من الضغط، ويستخدم لذلك نهجان أساسيان.

صمام تحويل غاز العادم هو النهج الأول. ففي غلاف التوربين قناة تتجاوز العجلة، وبوابة تغلق هذه القناة؛ وعندما يبلغ ضغط الشحن القيمة المستهدفة تنفتح البوابة، فيفلت جزء من غاز العادم إلى العادم مباشرة دون أن يدير التوربين، ولا يعود بإمكان العمود أن يتسارع أكثر. وهو حل بسيط ومتين ورخيص؛ أما عيبه فبطء الاستجابة عند سرعات الدوران المنخفضة، وهدر طاقة الغاز الذي يتم تحويله بعيدًا عن التوربين.

أما الشاحن التوربيني ذو الهندسة المتغيرة فهو النهج الثاني، وقد انتشر في محركات Euro للمركبات التجارية الثقيلة. ويرد اختصاره حسب الشركة المصنعة بصيغة VGT (الشاحن التوربيني ذو الهندسة المتغيرة) أو VNT (التوربين ذو الفوهات المتغيرة)، ووظيفتهما واحدة. ويحيط بعجلة التوربين حلقة من الريش يمكن تغيير زاويتها. فعند سرعات الدوران المنخفضة تنغلق الريش، فيضيق المقطع الذي يمر منه الغاز، ويتسارع الغاز ويدير التوربين بقوة حتى مع تدفق قليل؛ وهكذا يتحقق عزم دوران وافر عند سرعات الدوران المنخفضة ويقل التأخر. وعندما ترتفع سرعة الدوران تنفتح الريش، ويتسع المقطع، فيمنع التسارع المفرط. ولأن الغاز لا يحول بعيدًا عن التوربين فإن طاقته لا تهدر أيضًا.

والنتيجة العملية هي أن الشاحن التوربيني ذا الهندسة المتغيرة يحقق مكاسب أكبر، لكنه أكثر حساسية للصيانة، لأن حركة حلقة الريش تثقل مع الوقت بسبب السخام الذي يتراكم عند انخفاض درجة حرارة العادم.

المبرد البيني: لا يكتمل عمل الشاحن التوربيني دون تبريد الهواء المضغوط

الأثر الجانبي الحتمي لضغط الهواء هو ارتفاع حرارته. فالهواء الخارج من عجلة الضاغط تتجاوز حرارته حرارة الهواء عند المدخل بفارق واضح؛ والهواء الساخن يتمدد وتنخفض كثافته. أي إن الشاحن التوربيني يرفع ضغط الهواء ويخلخله في الوقت نفسه. والقطعة التي تحل هذه المفارقة هي المبرد البيني، أي مبرد هواء الشحن: يركب بين الضاغط ومشعب السحب، ويبرد عادة بتيار الهواء أمام المبرد (رديتر)، ويقرب حرارة الهواء المضغوط من حرارة الوسط المحيط. والمكسب مزدوج. فالهواء الذي يبرد تزداد كثافته، ويحمل كتلة أكبر من الأكسجين عند الضغط نفسه، فيستطيع المحرك حرق كمية أكبر من الوقود؛ كما أن انخفاض حرارة هواء السحب يخفض درجة الحرارة في نهاية الاحتراق، فيقلل تكون أكاسيد النيتروجين (NOx) والإجهاد الحراري. لذلك فإن المبرد البيني ليس إضافة لتحسين الأداء، بل جزء من بنية التحكم في الانبعاثات.

والعيوب في هذا الجانب تحسب في الميدان دائمًا تقريبًا عطلًا في الشاحن التوربيني. فانسداد خلايا قلب المبرد البيني بالطين والحشرات يضعف انتقال الحرارة، فيبقى الهواء ساخنًا، ويبدأ فقدان القدرة وظهور الدخان. أما تشقق هذا القلب أو ارتخاء المشبك فهو تسرب مباشر للضغط. وأخفى الأعراض هو الزيت المتجمع في الخزان السفلي للمبرد البيني؛ فقد يكون هذا التراكم نتيجة لخلل في إحكام الشاحن التوربيني، وقد يكون أيضًا تكثفًا طبيعيًا للأبخرة القادمة من تنفيس علبة المرفق، والذي يحسم الأمر هو الكمية واتجاه تطورها.

العامل الحقيقي الذي يحدد عمر الشاحن التوربيني: التزييت والتبريد

لا تنتهي معظم الشواحن التوربينية بالتآكل التدريجي، بل بحادث مصدره الزيت. ففي التقارير التي تفحص الشواحن التوربينية التالفة، تتمثل الأسباب الجذرية الأكثر شيوعًا في عدم وصول الزيت، أو وصوله متأخرًا، أو وصوله متسخًا، أو تحمصه في الداخل.

عدم وصول الزيت هو أسرع الحالات قضاءً على الشاحن. ففي مركبة لم تشغل مدة طويلة، تكون الثواني القليلة التي تمر عند أول تشغيل حتى يتكون الضغط في مجرى الزيت الرئيسي أشد اللحظات إجهادًا للشاحن التوربيني. وانسداد فلتر الزيت وانتقاله إلى وضع التجاوز، أو استخدام زيت بلزوجة غير مناسبة، أو ضعف مضخة الزيت، أو تضيق خط التغذية بالسخام، كلها تؤدي إلى النتيجة نفسها ولكن ببطء. أما الزيت المتسخ فهو السبب الثاني: فخلوصات المحامل من رتبة الميكرون، وعندما تدخل جسيمة صلبة من الزيت في هذا الخلوص فإنها تخدش سطح الجلبة وتخل بسماكة الغشاء؛ ومع بدء التآكل يزداد خلوص العمود، وتقترب العجلة من الغلاف، ويختل الاتزان.

أما تحمص الزيت فهو السبب الثالث والأكثر تعرضًا للإهمال. إذ يبلغ جانب التوربين أثناء التشغيل بضع مئات من الدرجات المئوية، وينتقل جزء من هذه الحرارة عبر العمود إلى الجسم المركزي. وما دام المحرك يعمل فإن سائل التبريد والزيت المتدفق يحملان هذه الحرارة باستمرار. أما عند إيقاف المحرك فجأة فيتوقف التدفق، لكن الحرارة المختزنة في غلاف التوربين الساخن لا بد أن تذهب إلى مكان ما؛ فتنتقل إلى الجسم المركزي وتطهو الكمية القليلة من الزيت المتبقية في خلوص المحمل. ويزداد الزيت المطهو لزوجة أولًا، ثم يتحول إلى قشرة كربونية صلبة، أي إلى الكوك. وتضيق هذه القشرة قنوات الزيت، وتؤخر وصول الزيت إلى المحمل في التشغيل التالي. والعملية تراكمية: فكل إيقاف والمحرك ساخن يمهد للذي يليه، حتى يتعطل الشاحن التوربيني يومًا ما «فجأة».

انضباط التشغيل والإيقاف: أرخص ضمانة لعمر الشاحن التوربيني

هناك بنود كثيرة يلزم إنفاق المال عليها لإطالة عمر الشاحن التوربيني، لكن الإجراء الأكثر فاعلية مجاني: تشغيل المحرك بالطريقة الصحيحة وإيقافه بالطريقة الصحيحة. والتسلسل التالي قابل للتطبيق في الميدان، ويمكن نقله مباشرة إلى تدريب السائقين.

1. بعد تشغيل المحرك انتظر قليلًا حتى يتكون ضغط الزيت؛ ولا تضغط على دواسة الوقود بقوة في الثواني الأولى، فالشاحن التوربيني يدور في هذه اللحظة شبه خالٍ من الزيت.
2. تجنب التشغيل بسرعات دوران عالية وبحمل كامل والمحرك بارد؛ فالزيت البارد يتدفق بصعوبة، ويبقى الغشاء رقيقًا، ولا يستطيع المحمل تحمل الحمل الفعلي.
3. اقطع الكيلومترات الأولى بحمل منخفض، وتجنب التشغيل الطويل على السرعة الخاملة؛ فانخفاض حرارة العادم يسرع تراكم السخام، ولا يوصل الزيت إلى درجة حرارة التشغيل.
4. لا توقف المحرك مباشرة بعد حمل ثقيل أو طريق صاعد طويل؛ فالشاحن التوربيني يكون حينها في أشد سخونته وعلى سرعة دوران عالية.
5. قبل الإيقاف شغل المحرك قليلًا على السرعة الخاملة؛ ففي هذه المدة يستمر تدفق سائل التبريد والزيت، وتنقل الحرارة من جانب التوربين، وتنخفض حرارة الغلاف إلى مستوى آمن. واضبط هذه المدة حسب ظروف التشغيل الأخيرة: قصيرة داخل المدينة، وأطول بعد الطرق الطويلة والأحمال الثقيلة.
6. لا تضغط على دواسة الوقود لحظة الإيقاف؛ فرفع سرعة الدوران أثناء إطفاء مفتاح التشغيل يعني تسريع العمود في لحظة سيبقى فيها دون زيت. وإذا وجد تسرب للزيت أو لسائل التبريد فلا تخرج بالمركبة إلى الطريق مطلقًا.
7. بعد تركيب شاحن توربيني جديد أو مجدد، نفذ التشغيل الأول وفق الإجراء الذي تحدده الشركة المصنعة؛ وعادة ما يطلب أولًا تكوين ضغط الزيت، ثم تشغيل المحرك على السرعة الخاملة دون حمل مدة محددة.

لا تكلف هذه البنود مجتمعة سوى بضع دقائق؛ وفي المقابل يحافظ على غشاء الزيت في المحمل، ويؤخر تراكم الكوك. وفي المركبات المزودة بنظام مؤقت إيقاف الشاحن التوربيني، من الطبيعي أن يستمر المحرك في العمل مدة بعد إطفاء مفتاح التشغيل؛ ولا ينبغي منع هذا النظام من أداء عمله.

قراءات إضافية

للاطلاع على ملخص فني مبسط لهذا الموضوع، راجع المقالة المرجعية على ويكيبيديا. وتحقق دائمًا من القيم والإجراءات المحددة بالرجوع إلى بيانات الخدمة الصادرة عن الشركة المصنعة للمركبة.

الأثر المباشر لجودة الزيت وفترة تغييره على الشاحن التوربيني

يؤدي الزيت في المحرك المزود بشاحن توربيني مهمة أصعب منها في المحرك الخالي منه: فالزيت نفسه مطالب بتغذية محامل عمود المرفق ومحمل الشاحن التوربيني الذي يعمل عند حرارة تبلغ بضع مئات من الدرجات المئوية. وهذا يبرز خاصيتين في الزيت: مقاومة الأكسدة عند درجات الحرارة العالية، والقدرة على الحفاظ على لزوجته تحت قوى القص. واستخدام زيت من فئة غير صحيحة هو الخطأ الأكثر شيوعًا: فالزيت الذي تقل فئة أدائه عما يتطلبه المحرك لا يتحمل الحرارة المتوقعة في محمل الشاحن التوربيني، ويسرع تكون الكوك. والزيت الذي تزيد لزوجته عن الحاجة يصل إلى المحمل متأخرًا عند التشغيل البارد، أما الزيت المنخفض اللزوجة فلا يستطيع تكوين غشاء بسماكة كافية عند السخونة. ويتخذ القرار وفق قائمة الاعتماد الصادرة عن الشركة المصنعة للمحرك، لا وفق الانطباع العام أو السعر.

وفترة التغيير هي العامل الحاسم الثاني. فالمسافات القصيرة، والتشغيل المفرط على السرعة الخاملة، والبيئة المغبرة، والحمل الكامل المستمر، وانخفاض متوسط السرعة، كلها تسرع تقادم الزيت؛ وفي هذه الظروف القاسية يغير الزيت عند بلوغ حد المسافة أو حد المدة أيهما أسبق، وتقصر الفترة عند الحاجة. ويجب تجديد فلتر الزيت عند كل تغيير، لأن الفلتر المسدود يفتح صمام التجاوز، ومن تلك اللحظة يذهب إلى محمل الشاحن التوربيني زيت غير مفلتر. كما تنتقل الملوثات داخل المحرك إلى الشاحن التوربيني أيضًا: فالوقود المختلط بالزيت يخفض اللزوجة ويرقق الغشاء، واختلاط سائل التبريد به يفسد خصائص التزييت. لذلك فإن ارتفاع مستوى الزيت، أو ترققه، أو تحول لونه إلى لون القهوة بالحليب، علامة عاجلة من منظور الشاحن التوربيني أيضًا.

كيف تتعرف على أعراض عطل الشاحن التوربيني؟

لا يظهر عطل الشاحن التوربيني بوجه واحد. فالعيب في جانب الإحكام يظهر في صورة استهلاك للزيت ودخان أزرق، والخلوص الزائد في المحامل في صورة أزيز واهتزاز، وانحشار الريش في صورة فقدان للقدرة ورمز عطل، أما تسرب الهواء فيكشف عن نفسه بصوت صفير. والطريق إلى قراءة الأعراض قراءة صحيحة هو ربط كل عرض بآليته المحتملة، وإجراء التحقق الأول بأرخص طريقة.

لا يكفي أي من الأعراض الواردة في الجدول وحده لتحميل الشاحن التوربيني المسؤولية. والترتيب الصحيح واضح: يثبت أولًا أن الهواء يصل إلى الشاحن التوربيني نظيفًا وبحرية، ثم أن الضغط يصل إلى المشعب دون تسرب، ثم أن جانب العادم غير مسدود؛ ولا يتهم الشاحن التوربيني إلا في النهاية. ويركز هذا الدليل على ماهية الشاحن التوربيني وطريقة عمله؛ أما جميع خطوات الفك والتركيب وتنظيف خط الزيت وتجديد الخرطوشة والتشغيل الأول بعد الاستبدال، فيمكن الرجوع فيها إلى دليل الشاحن التوربيني: أعراض الأعطال والاستبدال والصيانة.

أعطال تبدو في الشاحن التوربيني وليست فيه

الشاحن التوربيني قطعة تحول خلل الظروف الواردة إليها إلى أعراض؛ وفي معظم الحالات التي تستمر فيها الشكوى بعد استبداله، يكون العيب الحقيقي خارج الشاحن التوربيني.

تسرب هواء الشحن. يتكون الخط الواصل بين مخرج الضاغط ومشعب السحب من المشابك والخراطيم المرنة المموجة ووصلات المبرد البيني. وأي تسرب هنا يخفض ضغط الشحن، وينتج صورة مطابقة تمامًا لعطل الشاحن التوربيني. والعلامة المميزة هي أن التسرب يتسع تحت الحمل ولا يظهر أي عرض على السرعة الخاملة؛ وإخضاع الخط لضغط محكوم يحسم هذا التمييز في دقائق، ويجب تجربته حتمًا قبل فك الشاحن التوربيني.

انسداد فلتر الهواء. يزيد الفلتر المتسخ التفريغ عند مدخل الضاغط؛ فلا يحصل المحرك على كتلة هواء كافية، كما يختل توازن الضغط الذي تعتمد عليه حلقات الإحكام، فينسحب الزيت إلى جانب السحب. أي إن فلتر الهواء المسدود قد يسبب فقدان القدرة وشكوى «الشاحن التوربيني يقذف الزيت» معًا.

انسداد خط عودة الزيت وارتفاع ضغط علبة المرفق. يتدفق الزيت العائد من الشاحن التوربيني إلى حوض الزيت بالجاذبية لا بالضغط. فإذا ضاق الخط بسبب السخام، أو انضغط، أو ركب بزاوية خاطئة، يتجمع الزيت داخل الجسم ويتخطى حلقات الإحكام إلى الخارج؛ وتنتج النتيجة نفسها أيضًا عن ارتفاع ضغط علبة المرفق بسبب انسداد نظام التنفيس. وفي الحالتين يكرر الشاحن التوربيني الجديد العرض نفسه خلال وقت قصير، لأن ما يجب تغييره ليس القطعة، بل الظرف الذي يجبرها على تسريب الزيت.

الانسداد في جانب العادم. عندما يرتفع الضغط العكسي عند مخرج التوربين لا يستطيع الشاحن التوربيني تكوين ضغط الشحن نفسه، فيختنق المحرك؛ وقد يكون مصدر ذلك أنبوب عادم منبعج أو فلتر جسيمات ممتلئ بشكل مفرط.

تراكم السخام وانحشار ريش VGT

آلية العطل الأكثر شيوعًا في الشواحن التوربينية ذات الهندسة المتغيرة ليست التآكل بل الانحشار. فالريش والحلقة التي تحركها تعمل داخل غاز العادم؛ ومع الوقت يكون السخام وبخار الزيت وبقايا الاحتراق التي يحملها الغاز طبقة صلبة فوق هذه الآلية. وعندما تبلغ الطبقة سماكة معينة يضيق مدى حركة الريش، وتزداد القوة التي يجب أن يبذلها المشغل، ولا يعود النظام قادرًا على بلوغ الموضع المطلوب.

والظروف التي تسرع التراكم معروفة، وكلها ظروف تبقي حرارة العادم منخفضة: التشغيل الطويل على السرعة الخاملة، والمسافات القصيرة، والحمل المنخفض المستمر، وكثرة التوقف والانطلاق، والتشغيل لفترات قصيرة في الطقس البارد. فبين مركبتين بالمحرك نفسه، تعمل إحداهما على الطرق الطويلة والأخرى في التوزيع داخل المدينة، يظهر فرق واضح في سرعة تراكم السخام؛ كما أن المحرك الذي يستهلك الزيت بإفراط ينقل الزيت إلى العادم فيراكم السخام في شاحنه التوربيني. والأعراض متدرجة. فيظهر أولًا تأخر في الاستجابة لا يلاحظ إلا عند التشغيل البارد ويزول مع ارتفاع الحرارة، لأن الرواسب تلين قليلًا في الغلاف الساخن. ومع الوقت يصبح التأخر دائمًا، ثم تبدأ رموز انحراف ضغط الشحن في الظهور، وفي المرحلة الأخيرة تنقفل الآلية في مكانها؛ فالانقفال في الوضع المغلق ينتج ضغطًا زائدًا وإجهادًا، والانقفال في الوضع المفتوح ينتج فقدانًا واضحًا في القدرة. وقد يجدي تنظيف الآلية بالطريقة المناسبة في المرحلة المبكرة، لكن التنظيف لا يزيل إلا النتيجة؛ وما دام نمط التشغيل لم يتغير فإن التراكم يتكرر.

الشاحن التوربيني وEGR وDPF: ثلاث حلقات مترابطة في سلسلة العادم

في محرك Euro الحديث لا يعمل الشاحن التوربيني عضوًا منفردًا. فثلاثة أنظمة تستخدم تدفق غاز العادم نفسه معًا، وسلوك كل منها يؤثر مباشرة في الآخرين. وفهم هذه العلاقة هو الطريقة الأكثر عملية للتمييز بين الأعطال التي تختلط ببعضها في الميدان.

العلاقة بين الشاحن التوربيني وEGR تقوم على الضغط. فنظام إعادة تدوير غاز العادم يعيد جزءًا من غاز العادم إلى جانب السحب لخفض حرارة الاحتراق وتقليل تكون NOx. ولكي يتدفق هذا الغاز يجب أن يكون الضغط في جانب العادم أعلى منه في جانب السحب، وفي الشاحن التوربيني ذي الهندسة المتغيرة تستخدم الريش لإدارة هذا الفرق. لذلك فإن الشاحن التوربيني الذي انحشرت آلية ريشه يخل أيضًا بمعدل تدفق EGR؛ والعكس صحيح أيضًا، فصمام EGR الذي يبقى مفتوحًا باستمرار أو ينسد يغير تدفق العادم الذي يصل إلى الشاحن التوربيني، فينتج انحرافًا في ضغط الشحن. وللاطلاع على أعراض هذا النظام وأسلوب تنظيفه، يعد دليل صمام EGR: ماهيته وأعراض أعطاله وطرق تنظيفه مرجعًا مفصلًا.

أما العلاقة بين الشاحن التوربيني وفلتر الجسيمات فتقوم على الضغط العكسي. فالغاز الخارج من الشاحن التوربيني يدخل مباشرة إلى تجهيزات المعالجة اللاحقة لغازات العادم. وعندما يمتلئ الفلتر بالسخام يرتفع الضغط العكسي عند مخرج التوربين، ويبذل الشاحن التوربيني جهدًا أكبر لتكوين ضغط الشحن نفسه، فتنخفض الكفاءة. والعلاقة ثنائية الاتجاه: فالمحرك الذي يبقى ضغط الشحن فيه منخفضًا يحترق وقوده بهواء ناقص، فينتج سخامًا أكثر ويملأ الفلتر أسرع. وهكذا يعود نقص صغير في الهواء مصدره الشاحن التوربيني بعد بضعة آلاف من الكيلومترات في صورة شكوى من كثرة التجديد. وقد تناول دليل فلتر DPF: أعطال فلتر الجسيمات وطرق تنظيفه سلوك الفلتر في الامتلاء والتجديد والتنظيف.

وخلاصة القول: عند ظهور رمز عطل في أحد هذه الأنظمة الثلاثة، يجب قراءة بيانات النظامين الآخرين أيضًا؛ فاستبدال القطعة التي يشير إليها الرمز وحدها لا يخفف العرض في معظم الحالات إلا مؤقتًا.

القيم الفنية والنطاقات المرجعية العامة

يعرض الجدول التالي الرتبة التقريبية للمقادير التي يكثر الاحتياج إليها في الميدان. وهذه القيم ليست لاتخاذ القرار، بل لتقدير ما إذا كانت النتيجة المقيسة معقولة.

والقاعدة الأساسية في هذا الجدول هي: لا يجوز استخدام أي قيمة رقمية تتعلق بالشاحن التوربيني بمعزل عن رمز المحرك. فقد يتطلب محركان من الشركة المصنعة نفسها وبالسعة نفسها ضغوطًا مستهدفة وتفاوتات مختلفة تمامًا، بسبب اختلاف مستوى الانبعاثات أو نوع الشاحن التوربيني أو معايرة البرمجيات.

الصيانة والعمر وموقع الشاحن التوربيني في سلسلة الهواء

ليس للشاحن التوربيني فترة استبدال محددة. فعمره لا تحدده الكيلومترات، بل نظافة الزيت الذي يمر فيه، وفلترة الهواء الداخل إليه، وإدارة الحمل الحراري الذي يتعرض له. فمن بين مركبتين بالمحرك نفسه، قد تقطع إحداهما مسافات طويلة جدًا بشاحن توربيني واحد، بينما تحتاج الأخرى التي تتأخر صيانتها ويوقف محركها ساخنًا باستمرار إلى تجديد الشاحن التوربيني في وقت أبكر بكثير. ولا توجد صيانة منفصلة للشاحن التوربيني؛ فصيانة الشاحن التوربيني هي صيانة سلسلة الزيت والهواء.

• انضباط الزيت وفلتر الزيت: يستخدم الزيت الوارد في قائمة اعتماد الشركة المصنعة، ويغير عند بلوغ حد المسافة أو حد المدة أيهما أسبق، وتقصر الفترة في الظروف القاسية.
• فلتر الهواء وخط السحب: يغير الفلتر حسب مؤشر الاتساخ؛ فحتى نقطة مفتوحة واحدة في الخط الواصل بين الفلتر والشاحن التوربيني قد تقضي على العجلة.
• خطوط هواء الشحن والزيت: تفحص الخراطيم والمشابك ووصلات المبرد البيني بحثًا عن التسرب والتشقق، وتفحص خطوط تغذية الزيت وعودته بحثًا عن السخام والانبعاج والمسار الخاطئ.
• تنفيس علبة المرفق: يرفع انسداد التنفيس ضغط علبة المرفق، فيظهر الشاحن التوربيني ظلمًا كأنه يسرب الزيت.
• عادات السائق والبيانات الحية: يرسخ في الروتين عدم إجهاد المحرك وهو بارد، وتجنب التشغيل الطويل على السرعة الخاملة، والانتظار القصير قبل الإيقاف؛ وتقرأ بيانات ضغط الشحن وانحراف موضع VGT بصورة دورية.

الشاحن التوربيني عضو يقع في منتصف سلسلة الهواء، ويحمل على عاتقه سلامة السلسلة بأكملها. فالهواء المتسخ عند المدخل يأكل عجلته، والزيت المتسخ الوارد إليه يبلي محمله، والضغط العكسي عند المخرج يخفض كفاءته، والإيقاف والمحرك ساخن يحمص الزيت الذي بداخله. لذلك فإن دخول المركبة إلى الورشة بتشخيص «عطل في الشاحن التوربيني» كثيرًا ما يكون بداية التشخيص لا نهايته. والترتيب الصحيح واضح: يثبت أولًا أن الهواء يصل نظيفًا وبحرية، ثم أن الضغط يصل إلى المشعب دون تسرب، ثم أن جانب العادم غير مسدود، وأخيرًا أن الزيت يصل بالضغط والنظافة الصحيحين. كما أن الشاحن التوربيني التالف إذا استبدل دون العثور على السبب الجذري للتلف، فإن القطعة الجديدة تسلك الطريق نفسه. وفي جميع الأحوال فالمرجع هو أحدث وثائق خدمة OE الخاصة برمز المحرك والشاسيه في المركبة.

ولا يقتصر أثر الفلتر المتسخ على الشاحن التوربيني؛ إذ يتناول دليل ما وظيفة فلتر الهواء وكيف يؤثر الفلتر المتسخ في المحرك وظيفة الفلتر والنتائج التي يسببها الفلتر المتسخ في المحرك ككل.

ما معنى الشاحن التوربيني، وكيف يعمل؟

الشاحن التوربيني وحدة شحن تضغط الهواء الداخل إلى المحرك مستخدمةً طاقة غاز العادم. فعجلة التوربين في جانب العادم تدور بتدفق الغاز المطرود إلى الخارج؛ وتدور معها عجلة الضاغط المثبتة على العمود نفسه في جانب السحب، فترفع ضغط الهواء. ولأن الهواء المضغوط أعلى كثافة، يدخل الأسطوانة قدر أكبر من الأكسجين في الحجم نفسه، فيحرق المحرك نفسه كمية أكبر من الوقود وينتج قدرة أعلى. وفي محركات الديزل التجارية الثقيلة لا يعد الشاحن التوربيني خيارًا إضافيًا، بل جزءًا لا يتجزأ من التصميم.

كم bar من الضغط يولد الشاحن التوربيني؟

يتغير ضغط الشحن حسب عائلة المحرك ونوع الشاحن التوربيني ونقطة التشغيل؛ ولا يمكن إعطاء قيمة واحدة ثابتة. ففي محركات الديزل التجارية الثقيلة يتحرك ضغط الشحن المقيس عند الحمل الكامل عادة ضمن نطاق يزيد على بار واحد، وتضبط وحدة التحكم الإلكترونية هذه القيمة باستمرار عبر صمام تحويل غاز العادم أو ريش الهندسة المتغيرة (VGT). وتقرأ القيمة من بيانات التشخيص الخاصة بالمركبة نفسها، وتقارن بالقيمة المستهدفة الواردة في أحدث دليل خدمة OE الخاص بالمركبة. فبقاء الضغط دون القيمة المستهدفة يدل على تسرب أو انسداد أو عطل في آلية التحكم؛ أما تجاوزه القيمة المستهدفة فيدل على أن آلية التحكم عالقة.

فئة المنتجات ذات الصلة: الشاحن التوربيني

دليل فني متعمق: لتشخيص أعطال هذا الموضوع، والاستبدال خطوة بخطوة، وفترات الصيانة: الشاحن التوربيني (تيربو): أعراض الأعطال والاستبدال والصيانة

الدليل الرئيسي: ما هو صمام EGR؟ أعراض الأعطال وطرق التنظيف (في المركبات التجارية الثقيلة)