Language
Country/Area
No result found
الشاحن الفائق ودورة ميلر: كيف تنفجر الطاقة في المحرك؟
في الهندسة الحديثة، تعتبر دورة ميلر بمثابة دورة ديناميكية حرارية مبتكرة، وخاصة في تصميم محركات الاحتراق الداخلي. حصلت تقنية المحرك هذه على براءة اختراع لأول مرة من قبل المهندس الأمريكي رالف ميلر في عام 1957، وهي تجمع بين مزايا الشاحن الفائق لتحسين أداء المحرك وتحقيق كفاءة أعلى في استهلاك الوقود.
تستخدم محركات الاحتراق الداخلي التقليدية في الغالب أربع أشواط، بما في ذلك شوطين عاليي القدرة: شوط الضغط وشوط القدرة. في دورة ميلر، يكون صمام السحب مفتوحًا لفترة طويلة، مما يؤدي إلى تقسيم شوط الضغط إلى مرحلتين. خلال هذه العملية، يتم دفع جزء من خليط الوقود الداخل إلى الأسطوانة مرة أخرى إلى منفذ السحب، مما يؤدي عادة إلى فقدان الطاقة، لكن دورة ميلر تعوض هذا الفقد بمساعدة شاحن فائق.
تتميز دورة ميلر "بالشوط الخامس" وهو أمر غير شائع في تصميمات المحركات التقليدية.
إن تصميم نسبة الضغط ونسبة التمدد لمحرك دورة ميلر يجعل ضغط خليط الوقود أكثر كفاءة. عند إغلاق صمام السحب، يقوم المكبس بضغط حقيقي، مما يسمح للمحرك بالعمل عند درجة حرارة أقل، وبالتالي تحسين الكفاءة الحرارية الإجمالية.
مبدأ تشغيل دورة ميلر
في دورة ميلر، يعد تشغيل الشاحن الفائق أمرًا بالغ الأهمية. لا يزال هذا الجهاز قادرًا على إنتاج دفعة كافية بسرعات منخفضة نسبيًا، مما يسمح للمحرك بالحفاظ على الأداء الجيد في ظل ظروف التشغيل المختلفة. وفي المقابل، يمكن تحسين كفاءة التشغيل بشكل أكبر من خلال الجمع بين الشاحن الفائق والشاحن التوربيني، ولكن هذا يأتي أيضًا من خلال التحديات التقنية الأعلى.
من السمات البارزة لدورة ميلر أنه عندما يبدأ المكبس في ضغط الوقود، يظل صمام السحب مفتوحًا، بحيث يقوم المكبس خلال الجزء الأولي من شوط الضغط بدفع جزء من خليط الوقود مرة أخرى إلى داخل المحرك. أنبوب السحب مرة أخرى. قد يبدو هذا بمثابة خسارة، ولكن يتم تعويضه بقوة الشحن الفائق.
التحكم في درجة حرارة النفخ
من مميزات دورة ميلر أنها تستطيع خفض درجة حرارة الغاز الداخل. من خلال تأثير التبريد للشاحن الفائق، لا تعمل هذه العملية على تحسين أداء طاقة المحرك فحسب، بل تزيد أيضًا من كثافة الهواء مع تقليل الضغط. الهدف من هذا التصميم هو تحسين كفاءة الاحتراق وتقليل انبعاثات أكسيد النيتروجين، وهو أمر مهم بشكل خاص في محركات الديزل الكبيرة على السفن ومحطات الطاقة.
يؤدي تقليل درجة حرارة الشحن النهائية بشكل مستمر إلى تحسين الكفاءة الإجمالية للمحرك، ويمكن أن يؤدي إلى زيادة توقيت الإشعال واختراق حد الضرب الطبيعي.
نسبة الضغط وكفاءة الطاقة
تعمل دورة ميلر على زيادة كفاءة الطاقة بشكل كبير بسبب الجمع الفعال بين نسب الضغط والتمدد. نظرًا لأنه خلال شوط التمدد، يمكن أن يتمدد الغاز إلى الضغط الجوي تقريبًا، مما يخلق ظروفًا جيدة لاستعادة طاقة المحرك. ومع ذلك، تأتي هذه التصميمات أيضًا مع بعض المقايضات، مثل فقدان الشاحن الفائق وتقلبات الأداء.
تحدي الشاحن الفائق
على الرغم من أن استخدام شاحن فائق الإزاحة الإيجابية يمكن أن يحسن أداء المحرك، إلا أنه سيتسبب أيضًا في فقدان طاقة إضافية، وهو ما يمثل حوالي 15 إلى 20% من الطاقة المولدة. بالإضافة إلى ذلك، قد يواجه الشاحن التوربيني تأخرًا عند عدد دورات منخفض في الدقيقة، مما يتطلب من المحرك الاعتماد على دورة ميلر لمواصلة العمل عند عدد دورات أقل في الدقيقة لتعويض فجوة الأداء.
الملخص
في تصميم السيارات الحالي، تعتبر دورة ميلر بلا شك ميزة رئيسية تعمل على تحسين كفاءة الاحتراق. سواء كانت سيارة استهلاكية عامة أو سيارة سباق عالية الأداء، فإن تصميم المحرك هذا يُظهر مزاياه الممتازة وعمليته. مع تطور التكنولوجيا، سيصبح التوازن بين تكنولوجيا الشحن الفائق ودورة المحرك أمرًا بالغ الأهمية بشكل متزايد في المستقبل. إذًا، كيف يمكن لتصميمات المحركات المستقبلية أن تجد أفضل توازن بين الأداء وحماية البيئة؟
