جريتين جريدي: رحلة ثورة التيربو بين حلبات السباق والشوارع

توربو الشاحن الذي تم تسجيل براءة اختراعه عام 1905، حوّل الطاقة المهدورة من عوادم السيارات إلى وحوش بقوة 1.000 حصان في رياضة المحركات، وامتد حتى شوارع المدن.
توربو الشاحن الذي تم تسجيل براءة اختراعه عام 1905، حوّل الطاقة المهدورة من عوادم السيارات إلى وحوش بقوة 1.000 حصان في رياضة المحركات، وامتد حتى شوارع المدن.

شارك هذه الصفحة

التيربوشارجر هو محوّل ميكانيكي يستعيد طاقة غازات العادم ويضغط هواءً أكبر في المحرك؛ حصل على براءة اختراعه الأولى عام 1905، وبعد أن عبر مضامير السباقات أصبح اليوم العمود الفقري للسيارات ذات الإنتاج الضخم. في هذه الصفحة، ستتابع القصة في خط زمني واحد، من أول تطبيق للشاحنات عام 1938 إلى أول سيارات الإنتاج عام 1962، ومن وحوش Porsche البالغة قوتها 1.000 حصان في Can-Am إلى عصر التيربو في Formula 1 وصعود محركات التيربو صغيرة السعة بعد أزمة النفط.

أبرز المحطات

  • أولى السيارات المنتجة بتيربو: 1962 Chevrolet Corvair Monza Spyder وOldsmobile Jetfire
  • Porsche 917/30 Can-Am: في جولات التأهيل أكثر من 1.500 حصان، ضغط تيربو 32 رطل/بوصة مربعة
  • عصر التيربو في Formula 1: 1977–1988، وعند الذروة ما يقدر بـ 1.000 حصان
  • لكل لتر، وسجل لفة في تالاديغا مع Porsche 917/30 بلغ 221,160 ميلاً/ساعة سجل لفة (1975)
  • مع التصغير الحديث، محركات التيربو الصغيرة تحقق 20–30% كسباً في اقتصاد الوقود

تاريخ التيربوشارجر: فكرة وُلدت من العادم

المنطق الأساسي للتيربوشارجر بسيط وأنيق هندسياً جداً: غازات العادم المطروحة من المحرك تحمل طاقةً أصلاً؛ وتتلخص الفكرة في تدوير هذه الطاقة عبر عنفة وضغط هواء السحب بضاغط مثبّت على نفس العمود. وعلى خلاف الشاحن الميكانيكي، فإن هذه القوة لا تأتي من عمود المرفق في المحرك، بل غالباً من تدفق العادم الذي كان يذهب سدى. رسمت الفكرة ببراءة الاختراع الأولى عام 1905

طابعها الرسمي، لكنها استغرق نزولها إلى السيارات أكثر من أربعين عاماً. في 1938، قدّم المصنع السويسري Saurer أول تطبيق تجاري لمركبة على الطريق: محرك شاحنة بتيربو. وفي أوروبا، ظهرت شاحنات الطريق الديزل بتيربو على أعتاب الحرب العالمية الثانية، بينما أعملت طيران الحرب على إنضاج التقنية. فالطائرات العسكرية بتيربو مثل P-38 وB-17 وP-47 كانت قادرة، باستخدام طاقة العادم بدلاً من الشاحن الميكانيكي، على الحفاظ على أدائها على ارتفاعات شاهقة.

1962: أولى السيارات المنتجة بتيربو تصل الطرق

التقاء التيربوشارجر الأول بسيارات الإنتاج الضخم حدث في سنة الطراز ذاتها في منتجين من GM: Chevrolet Corvair Monza Spyder و Oldsmobile Jetfire. رفعت Oldsmobile محرك V8 بسعة 215 بوصة مكعبة بالتيربو من 155 حصاناً إلى 215 حصاناً، بينما رفعت Chevrolet محركها ذا الأسطوانات الست المستقيمة بسعة 145 بوصة مكعبة من 98 إلى 150 حصاناً. وكلتا المنظومتين عملتا بضغط تيربو يقارب 5 رطل/بوصة مربعة وبتخطيط كاربراتير «سحب عبر» - وهو بالمعايير الحالية متواضع للغاية، لكنه كان زيادة قوة رائدة في ذلك العصر.

لم يمضِ على Jetfire طويلاً. فقد احتاج النموذج، للسيطرة على التفريغ الحادث لا محالة في المحركات منخفضة نسبة الانضغاط، إلى نظام حقن ميثانول-ماء يسمى Turbo-Rocket fluid، وتوقف إنتاجه بعد سنتي طراز بإنتاج بلغ نحو 9.600 وحدة. أما Corvair فبِيع خمس سنوات، حقق مبيعات تجاوزت 50.000 وحدة، وأُلغي الخيار مع نهاية سنة طراز 1966. باختصار، كان التيربوشارجر في محاولته الأولى فكرة صحيحة تقنياً لكنها مبكرة تجارياً.

التيربو في مضامير السباقات: من Indy 500 إلى عمالقة Can-Am

Porsche 917/10 ve 917/30, Can-Am serisinde egzozdan yaklaşık 1.500 beygire ulaşan ikiz turboşarjıyla dönemin en güçlü yarış araçlarından biri oldu.

دخول التيربو إلى رياضات السيارات سبق الإنتاج التسلسلي. 1952 سيارة Cummins الخاصة Kurtis Kraft ذات المحرك الديزل التيربو سعة 6.4 لتر ، بقيادة Fred Agabashian، حصلت على مركز الانطلاق الأول في إندي 500؛ لكنها خرجت من السباق بعد أن ابتلع فلتر الهواء حطام المضمار. الانفجار الحقيقي 1966 بدأ بظهور أول سيارة Offenhauser تيربو على شبكة الانطلاق؛ في 1968 فاز بوبي أنسر بإندي 500 بسيارة turbo-Offy، وكانت هذه المحركات في جولات التأهيل قادرة على إنتاج بضغط بوست 54 psi قدراً يعادل 1.200 حصان . بعد الحوادث المميتة في 1973 تم تقييد البوست عند

~39 psi

. بورشه 917/10 و917/30: 1.500 حصان من العادم لم تستطع بورشه مواصلة 917 بمحركها سعة 4.5 لتر بسبب قاعدة المحرك سعة 3 لتر. تحت قيادة فرديناند بييخ، طوّر الفريق بقيادة هانز ميزغر وفالنتين شافر المحرك بتيربو عادم مزدوج ليصل إلى 1.000 PS (735 كيلوواط). في 30 يوليو 1971 استخدم جو سيفرت لأول مرة سيارة 917/10 المزودة بتيربو في حلبة هوكينهايم. ثم جاءت 917/30 ، بمحركها flat-12 المزدوج التيربو سعة 5.4 لتر، كانت تنتج في جولات التأهيل قوة تتجاوز 1.500 حصان ، وكان البوست يرتفع إلى 32 psi. فاز مارك دونوه بستة سباقات من أصل ثمانية في موسم كان-أم 1973؛ في 1975 حقق في تالاديغا رقمًا قياسيًا للفة بلغ 221,160 mph

. كانت هذه السيارة، التي تضمنت نظام ضبط البوست من قِبل السائق، تُظهر أقسى مظاهر تأخر التيربو، إذ وُصفت استجابة دواسة الوقود في نسخة 1972 بأنها تشبه "مفتاح التشغيل والإيقاف".

عصر التيربو في الفورمولا 1: من 1977 إلى 1988 سيارة رينو RS01 ، في 1977 أطلقت عصر التيربو في الفورمولا 1 في سلفرستون. السيارة التي دخلت المضمار بتيربو واحد و 500 حصان سخر منها المنافسون وسموها "yellow teapot" - إبريق الشاي الأصفر. لكن الاستهانة لم تدم طويلاً: في 1979 جاءت RS10 بتيربو مزدوج ومبرهد intercooler، وجان بيير جابوي بفوزه في ديجون جعل التيربو خيارًا جديًا. بحلول 1983 كانت BMW وهوندا ورينو وألفا روميو وهارت وTAG/Porsche تورد محركات تيربو؛ وكان يُتحدث في جولات التأهيل عن بوست 45 psi وقوة 700 حصان . في

1985 بلغ البوست 5,5 بار (~82 psi) وكانت القوة المقدرة 1.500 حصان أي 1.000 حصان لكل لتر، في سيارات تزن 1.200 رطل. كانت ختام هذه الحقبة عرضًا استعراضيًا: في 1988

فاز سينا وبروست مع سيارة

McLaren MP4/4 ومحرك هوندا RA168E التيربو المزدوج V6 بـ 15 سباقًا من أصل 16 . حظرت الفيا محركات التيربو اعتبارًا من موسم 1989 ؛ ولذلك يُنهي بعض التقويمات هذه الحقبة عام 1988 وبعضها الآخر عام 1989 - والفرق عمليًا هو انزياح لموسم واحد بين عام آخر ظهرت فيه آخر السيارات متسابقة والعام الذي دخل فيه الحظر حيز التنفيذ. الهبوط إلى سيارات الشوارع: صعود السبعينيات الصعب والعصر الذهبي للثمانينيات لم يكن عودة تكنولوجيا السباق إلى الشوارع خطًا مستقيمًا. BMW 2002 Turbo (1973–74) كانت تنتج 170 حصانًا وعزم دوران 240 lb-ft ، ولم تُنتج منها سوى 260 حصان قدّمها؛ الأداء تحت جناح "ذيل الحوت" جاء مصحوباً بتأخر غاز واضح وميل للانزلاق الزائد المفاجئ. كانت هذه السيارات تُظهر أن مسألة تأخر التيربو وقابلية التحكم لم تُحل بعد.

جاءت خطوة أكثر هدوءاً لكن أكثر ديمومة من مرسيدس: OM617A التيربو ديزل، 1978 مع سيدان W116 كانت أول سيارة ديزل تيربو بإنتاج تسلسلي، وفتحت باب عصر بدأ يُذكر فيه التيربو بالتزامن مع كفاءة الوقود والانبعاثات المنخفضة. وفي الثمانينيات تنوعت الشخصية: Ferrari 288 GTO (1984) بمحرك 2.8 لتر بتيربو IHI مزدوج V8 ينتج 400 حصان ولم تُنتج منها سوى 277 وحدة ووضعت أساس F40. Buick Grand National / GNX (1987) خفّضت نسخة GNX البالغ عددها 547 وحدة زمن 0-60 إلى حوالي 5 ثوانٍ، وأنهت ربع الميل في 13.2 ثانية لتصبح أسرع منتجات GM تسارعاً في تلك الحقبة. وعلى جانب كرايسلر 1984 قدّمت Dodge Daytona وPlymouth Laser تيربو Garrett بقوة 146 حصان وفي 1986 رفعت Shelby GLHS ذلك إلى 175 حصان أما أول تطبيق إنتاجي لتيربو متغير الهندسة (VGT) فقد ظهر 1989 في نسخة من Chrysler CSX.

انفجار الصانعين اليابانيين في الثمانينيات

في الثمانينيات تحدى الصانعون اليابانيون الحدود بدمج التيربو مع هياكل خفيفة وتقنيات مستمدة من رياضة المحركات؛ وتُعرف هذه الحقبة بـ"العصر الذهبي" مع نيسان التيربو ومازدا الروتاري ومحركات هوندا عالية الدوران. واستمر هذا النزع في التسعينيات مع Nissan Skyline GT-R R32–R34، Honda NSX، Mazda RX-7 FD، Toyota Supra MK4 و Subaru Impreza WRX STI وأيقونات أخرى. ولم تتخلى جهة سباقات بورشه عن التيربو: حققت 956 في 1982 بمحركها التيربو المزدوج سعة 2.8 لتر مراكز أول-ثاني-ثالث في لومان؛ أما 962 المطوّرة لسوق أمريكا فقد فازت منذ 1984 بأربع بطولات IMSA متتالية.

أزمة النفط وتقليص السعات: لماذا هيمن التيربو على الإنتاج التسلسلي؟

جاء الربيع الثاني للتيربو في سيارات الطرق من ضغط اقتصادي أكثر منه هدف أدائي. بعد حظر أوبك 1973 تراجعت القدرة في السيارات الأمريكية؛ وبدأ التقليص كرد مباشر على هذه الأزمة وأنتج معايير اقتصاد وقود CAFE. ورغم أن التحول إلى السيارات الصغيرة بدأ قبل الحظر الأول، فإن مسار الأزمة جعله دائماً. كانت محركات V8 الكبيرة قبل 1970 بأحجام 5.7–7.5 لتر وقوى حصانية عالية هي المعيار؛ وبدأ ذلك المشهد بالانغلاق.

في تقليص المحركات الحديث، تُستخدم محركات تيربو صغيرة بدلاً من المحركات الكبيرة سحب طبيعي، مما يحقق مكسباً في اقتصاد الوقود بنسبة 20–30% وتوقع أن يعمل معظم أسطول فورد بـ EcoBoost يلخص هذا الاتجاه. وتطور ترتيب hot-vee حيث يوضع التيربو بين صفّي الأسطوانات من الفورمولا 1 ليظهر لأول مرة في الإنتاج مع محرك BMW N63 وتنتج BMW ومرسيدس في هذا الترتيب قوى تفوق 600 حصان .

ما هو تأخر التيربو وكيف تغلبت عليه الهندسة؟

التأخر التوربيني هو التأخّر في وصول القدرة عند الضغط على دواسة الوقود بسبب عدم وصول التوربين إلى السرعة الكافية؛ في طراز 911 Turbo من السبعينيات كان هذا التأخّر عاملاً حاسماً في شخصية القيادة. جاء الرد الهندسي عبر ثلاثة محاور رئيسية:

  • التيربو ثنائي القناة (Twin-scroll): يوجّه تدفقات غازات العادم إلى التوربين عبر قنوات منفصلة مما يقلل التداخل ويسرّع الاستجابة؛ ويتطلب غلافاً توربينياً ومانيفولد بمداخل مقسّمة.
  • التيربو المزدوج المتوازي: يُستخدم تيربان أصغر حجماً؛ ونظراً لأن كل تيربو يغذّي حجماً أقل، فإنه يدور بسرعة أكبر وينخفض التأخر لنفس القدرة.
  • تيربو صغير + تدفق كفء: التوربين الأصغر يعمل بكفاءة عند سرعات دوران أقل؛ وتصميم Twin-scroll يحسّن هذا التدفق فيخفض التأخر بشكل ملحوظ.

لا يجب نسيان الأصل التاريخي أيضاً: نظام ضبط التعزيز المتحكَّم به من السائق في Porsche 917/30 كان من أوائل طرق إدارة التأخر في عالم السباقات. أما اليوم فقد جعلت أنظمة Twin-scroll وترتيبات hot-vee التأخر عند مستوى لا يُحسّ في الاستخدام اليومي.

الخلاصة: من المضمار إلى الطريق، ومن الطريق إلى المحرك

تاريخ الشحن التوربيني هو قصة مقاربة وليس مكوّن واحد: عدم إهدار الطاقة. فالخط الممتد من شاحنة Saurer إلى Jetfire، ومن محركات Offy إلى RS01، ومن 917/30 إلى MP4/4، طبّق في كل خطوة المبدأ الفيزيائي نفسه بمقاييس مختلفة. وموجة التصغير التي تلت أزمة النفط حولت هذه التقنية من خيار إلى معيار. وحتى اليوم، في محركات hot-vee التي تتجاوز 600 حصان، تعمل فكرة 1905 ذاتها - وإن كانت أكثر هدوءاً وكفاءة وبدون تأخر بكثير.

المصادر