كتب in forced supercharged engines

الشواحن التوربينية والشواحن الفائقة مصممة لإجبار مزيد من كتلة الهواء (من ثم كمية أكبر من جزيئات الأكسجين) على الدخول إلى نظام السحب في المحرك وحجرة الاحتراق. التبريد البيني طريقة مستخدمة لتعويض التسخين الذي يسببه الشحن الفائق، وهو نتيجة ثانوية طبيعية لعملية الانضغاط شبه الكظيم (شبه الأديباتي). يمكن لزيادة ضغط الهواء أن تؤدي إلى شحنة سحب مفرطة السخونة، ما ينقص بشكل كبير المكاسب في أداء الشحن الفائق بسبب نقصان الكثافة. يمكن لزيادة درجة حرارة شحنة السحب أن تزيد أيضًا درجة حرارة الاحتراق في الأسطوانة، مسببةً الانفجار، أو الاهتراء المفرط، أو التشوهات الحرارية لهيكل المحرك أو للمكابس.

يخفض إمرار شحنة سحب مسخنة عبر مبرد بيني درجة حرارتها (بسبب لفظها للحرارة) وضغطها (بسبب الفواقد المكانية للريش). إذا صُمم الجهاز بشكل هندسي مناسب، يكون الانخفاض النسبي لدرجة الحرارة أعلى من الضياع النسبي للضغط، ما يؤدي إلى زيادة صافية في الكثافة. يزيد هذا أداء النظام باستعادة بعض ضياعات عملية الانضغاط غير الفعالة عن طريق إعطاء الحرارة للجو المحيط. يمكن توفير تبريد إضافي عن طريق ترذيذ ضباب خفيف على سطح المبرد البيني بوسيلة خارجية، أو حتى الترذيذ في هواء السحب نفسه؛ لتخفيض درجة حرارة شحنة السحب أكثر عن طريق التبريد التبخيري.

تصمم المبردات البينية التي تتبادل حرارتها مباشرةً مع الغلاف الجوي لتركب في المناطق ذات جريان الهواء الأعظمي في السيارة. تركب هذه الأنواع بشكل رئيسي في أنظمة المبردات البينية المركبة في المقدمة. تستخدم السيارات مثل نيسان سكايلاين، وساب، وسلسلة فولفو 200 توربو، وسلسلة فولفو 700 (وفولفو 900) توربو، ودودج إس آر تي-4، ومازدا إم إكس-6 من الجيل الأول، وميتسوبيشي لانسر إيفولوشن، وشيفروليه كوبالت إس إس كلها مبردات بينية مركبة في المقدمة قرب المصد الأمامي، على نفس خط مشع السيارة.

تستخدم العديد من السيارات ذات الشحن التوربيني، خاصةً عندما لا تتأثر جمالية السيارة بالإضافات المركبة أعلى السيارة، كتويوتا سوبرا (جيه زد إيه 80 فقط)، نيسان 300 زد إكس توين توربو، نيسان سيلفيا (إس 13/14/14إيه/15)، نيسان 180 إس إكس، ميتسوبيشي 3000جي تي، ساب 900، فولكسفاغن، سيارات فيات العاملة على الديزل التي تستخدم الشحن التوربيني، أودي تي تي، وتوربو ميتسوبيشي إكليبس مبردات هواء-هواء البينية المركبة جانبيًّا، التي تركب في الزاوية الأمامية للمصد أو أمام إحدى العجلات. تكون المبردات البينية المركبة على الجانب غالبًا أصغر، وذلك يعود بشكل رئيسي إلى القيود المفروضة من ناحية المكان، ويستخدم أحيانًا مبردان للحصول على أداء مبرد بيني وحيد أكبر. تستخدم سيارات مثل سوبارو إمبريزا دبليو آر إكس، ميني كوبر إس، تويوتا سيليكا جي تي-فور، نيسان بولسار جي تي آي-آر، أكورا آر دي إكس، مازداسبيد3، مازداسبيد6، وسيارات بّي إس إيه بيجو سيتروين ذات التوربو والعاملة على الديزل مبردات هواء-هواء البينية المركبة في الأعلى وتوضع فوق المحرك. يوجه الهواء عبر المبرد البيني عن طريق استخدام فتحات توجيه مخصصة على غطاء المحرك. في حالة سيارات بّي إس إيه فإن الهواء يتدفق عبر الشبك فوق المصد الأمامي ثم يدخل عبر وصلات تحت غطاء السيارة. تعاني المبردات البينية المركبة في الأعلى أحيانًا من انتشار الحرارة بسبب قربها من المحرك، ما يسخنها ويؤدي إلى تخفيض مردودها الكلي. تستخدم بعض سيارات بطولة العالم للرالي تصميم نظام سحب عكسي يجبر فيه الهواء على الدخول عبر وصلات في المصد الأمامي إلى مبرد بيني أفقي التركيب.

لأن أنظمة المبردات البينية التي تركب في المقدمة تتطلب تصميم مصد مفتوح لأداء أمثل؛ فإن النظام بأكمله عرضةٌ لدخول الأجسام الغريبة. يختار بعض المهندسين أماكن تركيب أخرى لتفادي هذه المشكلة التي تؤثر على الوثوقية. يمكن أن توضع أنظمة المبردات البينية الأمامية أمام المشع أو خلفه، حسب احتياجات تبديد الحرارة في المحرك.

بالإضافة إلى السماح لكتلة أكبر من الهواء بدخول المحرك، فإن المبردات البينية لها دور أساسي في التحكم بدرجات الحرارة الداخلية في محرك ذي شحن توربيني. عند تركيب المبرد البيني مع شاحن توربيني (كما في أي شكل من الشحن القسري الفائق) تزداد الاستطاعة النوعية للمحرك، ما يؤدي إلى درجات حرارة أعلى لكل من حجرة الاحتراق والعادم. تكون درجة حرارة غازات العادم التي تعبر قسم العنفة من الشاحن التوربيني نحو 450 درجة مئوية (840 درجة فهرنهايت)، ولكنها يمكن أن تصل إلى 1000 درجة مئوية (1830 درجة فهرنهايت) ضمن ظروف استثنائية. تمر هذه الحرارة عبر وحدة الشاحن التوربيني وتساهم في تسخين الهواء الذي ينضغط في قسم الضاغط من الشاحن التوربيني. إذا ترك الهواء دون تبريد فإنه يدخل المحرك، رافعًا درجات الحرارة الداخلية بشكل أكبر. يؤدي هذا إلى تراكم الحرارة التي ستستقر في النهاية، ولكن هذا يمكن أن يحدث عند درجات حرارة تفوق الحدود التصميمية للمحرك، يمكن «للبقع الساخنة» عند رأس المكبس أو صمام العادم أن تؤدي إلى انحناء أو تلك العناصر أو تصدعها. تزيد درجات حرارة شحنة الهواء المرتفعة كذلك احتمالية حدوث الإشعال المبكر أو الانفجار. يسبب الانفجار حدوث ارتفاعات حادة مضرة لضغط أسطوانات المحرك، يمكن أن تضر المحرك بشكل سريع. تظهر هذه الآثار على الأخص في المحركات المعدلة أو المطورة التي تعمل عند استطاعات خرج نوعية عالية جدًّا. يزيل التبريد البيني الفعال الحرارة من الهواء في نظام السحب، مانعًا تراكم الحرارة بشكل دوري عبر الشاحن التوربيني؛ ما يسمح بتحقيق استطاعات خرج أكبر دون حدوث ضرر.

يؤدي الانضغاط بالشحن التوربيني إلى تسخين الهواء، وتضاف الحرارة بسبب عدم فعالية الضاغط (المردود الأديباتي). هذا في الحقيقة سبب أكبر لازدياد درجة الحرارة في شحنة الهواء. الاستطاعة الإضافية الناتجة عن السحب القسري سببها الهواء الفائض المتوافر لحرق وقود إضافي في كل أسطوانة. يتطلب هذا أحيانًا استخدام نسبة انضغاط أقل، للسماح بمجال أكبر لتقديم توقيت الإشعال المسبق قبل حدوث الانفجار (لنسبة أوكتان ما ثابتة في الوقود). من جهة أخرى، تقلل نسبة الانضغاط الأقل عادةً مردود الاحتراق وتكلف خسارة استطاعة.

تقيس بعض شركات ضبط المحركات عالية الأداء درجة الحرارة قبل المبرد البيني وبعده لضمان اقتراب درجة حرارة الخرج ما أمكن إلى درجة حرارة الوسط المحيط (دون تبريد إضافي؛ بمعدات ترذيذ غاز أو سائل أو ماء).