الشاحن التوأم تقنية جديدة من فولكس فاجن

يجمع بين مزايا التوربيني والفائق

بفضل التطور السريع في منظومات الاحتراق من ناحية المحرك والتقنيات الإلكترونية فإن التخفيض في الحجم لتقليل استهلاك الوقود وتقليل الغازات العادمة دون التضحية بإمكانيات القيادة وجودة السحب بات حقيقة واقعة. وجزء من المعادلة للوصول بنجاح إلى حجم أقل (خاصة في محركات الديزل) هو استخدام الشحن التوربيني (Turbocharger). وبالرغم من أن الشواحن التوربينية بدأت تصبح أكثر تعقيداً فإن استعمالها مايزال كحلول وسط بين إمكانيات القيادة والعزم المجهز وخاصة في سرعات الدوران المنخفضة للمحرك. ولذلك فقد سعت فولكس فاجن للحد من الحلول الوسط هذه بتطبيق نظام جديد يدعى بالشاحن التوأم (ليس لمحركات الديزل ولكن لمحركات البنزين ذات الحقن المباشر بحجم 1.4 لتر) حيث يقوم بالمزج بين وظائف الشاحن التوربيني
((Turbochargerوالشاحن الفائق (Supercharger)، وقد صمم كل منهما لتكملة الآخر وتوفير مقدار عال من الطاقة والعزم في السرعات المنخفضة جداً للمحرك.
فقد اختارت فولكس فاجن موديل جولف جي تي كأول موديل تزوده بمحرك يعمل بهذه التقنية. والأرقام التي أعطتها الشركة للمقارنة بين أداء النسخة الحاوية على محركها التوأم بحجم 1.4 لتر والأخرى الحاوية على محرك عادي بحجم لترين وحقن مباشر تعني أنه سيكون محركاً ذا نتائج مذهلة. فبينما أعطى المحرك التوأم قوة تبلغ 168 حصاناً بسرعة 6000 دورة في الدقيقة، أو 120 حصاناً لكل لتر، فقد أعطى المحرك العادي ذو اللترين قوة تبلغ 147 حصاناً بنفس سرعة المحرك. أما أقصى عزم للمحرك الأصغر فهو 240 نيوتن-متر ما بين سرعة 1750 إلى 4500 دورة في الدقيقة بينما يبلغ في العادي 200 نيوتن-متر عند سرعة3500 دورة في الدقيقة. كذلك تصل جولف جي تي المجهزة بمحرك ذي الشاحن التوأم إلى سرعة 100 كم/ساعة بعد 7. 9 ثانية وهي أسرع من ذات المحرك العادي ب 0.9 ثانية. وتبلغ السرعة القصوى220 كم/ساعة بينما في العادي 209 كم/ ساعة.
وإذا ما انتقلنا إلى اقتصاد المحرك للوقود فإننا سنجد أنه في المحرك ذي الشاحن التوأم يستهلك 7.2 لتر لكل 100 كم مع كمية من غازات ثاني أوكسيد الكاربون المنبعثة تبلغ 173 جراماً/كم، بينما يبلغ استهلاك الوقود للمحرك العادي 7.6 لتر لكل 100 كم وانبعاث لثاني أوكسيد الكاربون تبلغ 182 جراماً/كم، كما يمكن تجهيز سيارة جولف جي تي ذات الشاحن التوأم بعلبة سرعة مزدوجة الفاصل ذات نقل مباشر (DSG)
وتتضمن معايير التصميم لمحرك الشاحن التوأم قدرة نوعية عالية واستهلاكاً اقتصادياً للوقود وأبعاداً مضغوطة ليمكن استغلاله في موديلات متنوعة. فالنسخة ذات القوة الأقل من الشاحن التوأم تعطي 183 حصاناً و220 نيوتن-متر من العزم وستتوفر قريباً لسيارة توران الصغيرة وموديلات جولف الأخرى. وحيث أرادت فولكس فاجن أن تضمن كون التصنيع الكبير الحجم للمحرك بكلفة مناسبة دون أن يتسبب ذلك بتعقيدات في خطوطها الإنتاجية. فقد اختارت الشركة أن تستعمل محركها ذي الأربع اسطوانات بحقن مباشر (EA 111 FSI)كأول محرك يجهز بالشاحن التوأم. وفي النسخة العادية منه فإن هذا المحرك إما أن يكون بحجم 1.4 لتر بقوة متواضعة نسبياً تبلغ 88 حصاناً أو بحجم 1.6 لتر بقوة 114 حصاناً. وقد كانت الأولوية هي تطوير الغطاء لعمود الدوران (crankcase) من الحديد الصب لتحمل ضغوط تصل إلى 21.7 بار لتمكينه من الدوران بسرعات عالية.
ومن جانب آخر تم تحوير تقنية الحقن في المحرك الأساسي السابق وتم نصب حاقنات متعددة الثقوب للضغوط العالية بستة مخارج للوقود. وكما هو الحال مع محركات الحقن المباشر التي تسحب خليط الوقود بطريقة عادية فإن الحاقن قد نصب في جانب مأخذ السحب (بين منفذ السحب ومانع التسرب في رأس الاسطوانة) ويبلغ ضغط الحقن الأقصى 150 بار.
وكان التحدي الرئيس لمهندسي فولكس فاجن هو ضمان التكامل بين كل من الشاحن الفائق والشاحن التوربيني. وقد ذكرت الشركة أن منظومتها المبتكرة قد حققت ذلك بالفعل دون أن يكون هناك تخلف في الشحن خلال دورات المحرك كما كان يحصل مع المحركات التي تستعمل أحد الشاحنين عادة. وبالنسبة للشاحن الفائق فإنه يعطي ضغطاً معززاً مقداره 1.8 بار عند سرعة محرك تزيد عن سرعته الدنيا بقليل مع عزم يبلغ 200 نيوتن- متر ابتداءً من سرعة 1250 دورة في الدقيقة. وأثناء نسق الضاغط الديناميكي فإن التحكم الأوتوماتيكي بتعزيز الضغط يحدد ما إذا كان سيتم ربط الضاغط وفقاً لقوة السحب المطلوبة أو إذا ما كان الشاحن التوربيني قادر لوحده على توفير ضغط التعزيز الضروري. ويتم تشغيل الضاغط مرة أخرى إذا ما انخفضت السرعة إلى المدى المنخفض ليحصل المحرك على الطاقة اللازمة مرة أخرى. والشاحن التوربيني يوفر لوحده ضغط تعزيز كاف بدءًا من سرعة 3500 دورة في الدقيقة. بينما تقول شركة فولكس فاجن أن محركها ذي الشاحن التوأم بحجم 1.4 لتر يعادل محركاً عادياً بسحب طبيعي للخليط حجمه 2.3 لتر، ويبدو إن الحكم الأول والأخير سيكون من خلال ردود أفعال زبائنها الذين سيقتنون سياراتهم المفضلة التي ستستعمل محركها المجهز بالتقنية الجديدة.