“أيه أم جي” تُطوِّر توربو كهربائي كدواءٍ للتخلُّف

طوّرت “أيه أم جي”ضاغطًا توربينيًا “توربو” مُعزَّز كهربائيًا بالتعاون مع شركة “غاريت” المُتخصصة في هذا النوع من الأجهزة، سيكون له منافع كبيرة في علاج تأخر “تخلُّف” استجابة الضاغط، ومُساعدة النظام الهجين الخفيف، علمًا بأنه سيؤدي دورًا محوريًا في الجيل المُقبل من المركبات الهجينة التي ستكون مُزودةً بمُحرِّكات من أربع أُسطوانات.

ليس سرًّا بأن “أيه أم جي AMG”، القسم الرياضي في شركة مرسيدس الألمانية، يعمل على خطةٍ لكهربة عُروضه في الأعوام المُقبلة، كما إنه يُحاول الالتزام بالمعايير الأوروبية لحماية البيئة من خلال خفض الانبعاثات الغازية الضارة الصادرة عن عوادم السيارات، علمًا بأنها تزداد صرامةً مع كل دورةٍ من القوانين الجديدة، مما دفعه للتفكير جديًا في استخدام أنظمة دفع هجينة ومُحرِّكات من أربع أُسطوانات مدعومة بضاغط توربيني “توربو” للحفاظ على نفس السوية من القُوَّة الحصانية التي تستخرجها من مُحرِّكات الأسطوانات الستّة والثمانية التي يستخدمها حاليًا.

استعرضت “أيه أم جي” هذا المفهوم في العام 2013 من خلال طراز “أس أل أس – أيه أم جي المُحرِّك الكهربائي SLS AMG Electric Drive”، وتُريد تجهيز الجيل المُقبل من طرازاتها بنظام دفع هجين بقوة إجمالية 800 حصان تقريبًا، في حين ستصل قوة طراز “أيه أم جي وَن AMG One” إلى قوة ألفية، علمًا بأنه مُطوَّر من وحدة الطاقة التي يستخدمها فريق مرسيدس في بُطولة العالم لسباقات الفئة الأولى (فورمولا واحد)، المُؤلفة من ست أسطوانات مُتقابلة V6 سعة ليتر ونصف فقط، لكنها مدعومة بضاغط توربيني ونظام هجين.

والآن، تُطوِّر “أيه أم جي” جهاز “توربو كهربائي E-Turbo” يعمل على مرحلتين، بدعم مُحرِّك كهربائي وغاز العادم، وذك من أجل مُعالجة سيئات “تخلّف التوربو Turbo Lag”، وذلك بالتعاون مع الشركة السويسرية “غاريت موشِن Garrett Motion” ذات الباع الطويل في تطوير أجهزة التوربو وإنتاجها لمُختلف التطبيقات، ويستفيد هذا التوربو الكهربائي من تقنيات مُستخدمة في مُحرِّكات الفورمولا واحد تدمجُ ما بين الاستجابة السريعة لشاحن هواء صغير مع الأداء العالي للتوربو الأكبر حجمًا، ودعم النظام الهجين في السيارة.

لكي يعطي الضاغط التوربيني التقليدي فعاليته في ضغط الهواء الداخل، يجب أن يدور بسرعة كبيرة، وعليه سينتظر حتى تصل سرعة الدخان الخارج لسرعة مناسبة وبعدها يستطيع ضغط مزيج الهواء والوقود كما يلزم، ويقوم بعمله على أكمل وجه. تسمى هذه اللحظات البسيطة بتخلف التوربو Turbo Lag

يبدأ علاج مسألة تأخر استجابة التوربو من خلال وضع مُحرك كهربائي صغير على محور التوربو، وتحديدًا بين دولاب العَنَفات من جهة العادم ودولاب الضغط Compressor على جانب الهواء النقي. وقُطر هذا المُحرك أربع سنتيمِترات فقط بجُهد 48 فولت، حيث يُحرِّك المُحرك الكهربائي ضاغط الهواء في اللحظات الأولى من تشغيل المُحرِّك ريثما يبدأ وصول تدّفق غاز العادم الذي يُستخدم عادةً لتشغيل التوربو. وبذلك يتلاشى تأخر استجابة التوربو، كما إنه يُعطي استجابة أسرع للمُحرِّك ضمن أي مُستوى لدورات المُحرِّك. ستُربط وحدة شاحن الهواء الجديدة والدارات الإلكترونية فيها بدورة التبريد للمُحرِّك لضمان أن لا ترتفع حرارته خلال العمل.

تقول “أيه أم جي” بأن التوربو الكهربائي هذا يُساعد مُحرِّك الاحتراق الداخلي على تقديم عزم دوران أكبر على سُرعات أقل، لذا فإن الأداء يتحسَّن بنسبةٍ كبيرة مُقارنةً بالمُحركات مع ضاغط توربيني تقليدي، كما إن التدَّفُق المثالي للهواء مضمونٌ من خلال عدد دوراته الأعلى؛ حتى 170 ألف دورة في الدقيقة.

بخلاف ذلك، ما إن يبدأ التوربو بالعمل اعتياديًا مُستفيدًا من ضغط غاز العادم حتى يتحوَّل المُحرِّك الكهربائي المُدمج في الجهاز إلى مُولِّدٍ للتيار الكهربائي، وذلك لشحن مُدخرة الطاقة للنظام الهجين الخفيف Mild-Hybrid بجُهد 48 فولت، مُستعيدًا جُزءًا من الطاقة الحركية المهدورة.

كانت أودي السبّاقة بتقديم طراز يعتمد “توربو كهربائي” على طرازي SQ7 وQ8، لكن النموذج الذي استخدمته من شركة فاليو Valeo الفرنسية كان عبارة عن مضخة كهربائية مُنفصلة مؤلفة من محرك كهربائي خارجي يتربط إلى التوربو الأساسي عبر حزام “سير” خاص، وهو بذلك لا يستطيع توليد الطاقة مثل توربو غاريت الجديد.

هذا وتعمل أيضًا شركة بورغ وارنر BorgWarner الأمريكية المُتخصصة في صناعة مكونات على تقديم توربو كهربائي.

للأسف، لم تُعلن “أيه أم جي” عن أية تفاصيل تتعلق بتطبيقه في الإنتاج التجاري، إلا أن “غاريت” ستعمل على توريده لعُملائها من شركات إنتاج السيارات اعتبارًا من العام المُقبل لاستخدامه في المركبات عالية الأداء. أما التخمينات فتُشير إلى أنه قد يُستخدم في طراز “السلسلة السوداء Black Series”، حيث قال توبياس مويرز Tobias Moers المُدير السابق لـ “أيه أم جي”، بأنها ستتضمن شيئًا مُختلفًا من ناحية المُحرِّك.

كما إن لدى مرسيدس مُحرِّكًا من ست أسطوانات مُتتالية سعة ثلاث ليترات مع توربو كهربائي، لكنه يختلف في عمله قليلًا، من خلال استخدام مُحرك كهربائي لتشغيل التوربو ريثما يعمل مع التوربو الاعتيادي.

يُشار إلى أن غاريت عرضت مُنتجها هذا في معرض سيما 2019 في نوفمبر الماضي

مُحرِّكات أصغر لكنها اقوى من ذي قبل

يتوجه الكثير من الصانعين لتقليص حجم المُحرِّكات كأحد الحُلول للامتثال للقوانين المُتعلِّقة بحماية البيئة وخفض مُعدَّلات استهلاك الوقود، وأمسى يتحتَّم عليهم استخلاص أعلى قُوة مُمكنة من المُحرِّكات الأصغر، لذا بدأنا نرى مُحرِّكات من أربع وستّ أسطوانات بسعاتٍ ليترية صغيرة تُوازي – إن لم تكُن تتجاوز – قوتها مُحرِّكات من ثمانية أو اثنتي عشرة أسطوانات بسعات ليترية كبيرة من حقبة السبعينيات والثمانينيات والتسعينيات من القرن العشرين.

تعمل”أيه أم جي” على تطوير وحدة دفع هجينة تتألف من مُحرِّك احتراق داخلي من أربع أُسطوانات سعة ليترين مع توربو، وهدفها أن تتجاوز القوة الإجمالية لهذا النظام حاجز 500 حصان، وهي مُستمرةٌ في إجراء تجارب عليه، حيث إن المُحرِّك مأخوذٌ من مُستودعات مرسيدس، ويحمل الاسم الرمزي M139 وتستخدمه في بعض طرازاتها الصغيرة مثل AMG GLA 45 وAMG CLA 45 وAMG A45.

أما شركة “غاريت” فهي شركةٌ أمريكية الأصل، أسسها جون كليفورد “كليف” غاريت John Clifford “Cliff” Garrett في ثلاثينيات القرن العشرين، من أجل إنتاج ضواغط توربينية ومُكوِّنات للاستخدام في صناعة الطائرات، ومن ثم استحوذت عليها مجموعة “هانيويل Honeywell” الصناعية العملاقة، إلى أن انفصلت عنها في العام 2108، واتخذت من سويسرا مقرًا لها.

كان الضواغط التوربينية المُنتج الأبرز للشركة طوال العُقود الماضية، حيث استُخدمت مُنتجاتها في العديد من التطبيقات، منها مُحرِّكات الآليات الثقيلة ومُولِّدات الطاقة الكهربائية والسُفن، وُصولًا إلى السيارات ورياضة السيارات، وكذلك في العديد من بُطولات السيارات العالمية والراليات والسيارات الرياضية والتحمّل وغيرها.

ترى “غاريت” بأن هنالك تغييرات كبيرة ستطرأ على صناعة السيارات حتى العام 2025، لذا فإنها تعمل على تطوير تقنية “التوربو الكهربائي” إلى جانب تطوير برامج حاسوبية ووحدة التحكّم بالمُحرِّك ECM، وذلك من أجل تحسين كفاءة التوربو والمحرك والأداء، وكشفت الشركة السويسرية عن أرقام واعدة؛ ازدادت القوة الحصانية بنسبة 16 بالمئة وعزم الدوران بنسبة 10.56 بالمئة وتحسين زمن التسارع بنسبة 25 بالمئة.

من المُتوقَّع أن نرى استخدامًا أوسع لهذه التقنية حيث أن لدى “غاريت” برامج تعاون لاستخدامها مع 10 صانعين للسيارات حول العالم.