مدیر سایت
اگر علاقه‌مند به حوزه‌ی خودرو باشید، با بررسی مشخصات خودروها در طول سال‌های اخیر درخواهید یافت که موتورها هرروز عملکرد بهتری نسبت به گذشته دارند. بخش اعظمی از این دستاوردها مربوط به همه‌گیر شدن استفاده از سیستم‌های پرخوران (توربوشارژر و سوپرشارژر) است. در این سلسله مقالات نگاهی عمیق به یکی از مهم‌ترین فناوری‌های فعلی موتورهای بنزینی خواهیم داشت.
نگاهی به مشخصات خودروهای جدید که یکی از موتور تنفس طبیعی و دیگری از موتور توربوشارژر استفاده می‌کند، بیشتر شما را با ارزش توربوشارژر آشنا خواهد کرد. برای مثال هیوندای توسان با داشتن موتور چهار سیلندر و ۲٫۴ لیتری قدرتی معادل ۱۷۷ اسب بخار و گشتاور حدود ۲۲۸ نیوتون‌متر تولید می‌کند؛ اما یک مرسدس بنز C200 با داشتن موتور کوچکتر با ۱.۸ لیتر حجم قدرت و گشتاور ۱۸۴ و ۲۷۰ نیوتون متر در اختیار راننده قرار می‌دهد؛ ضمن این که مصرف سوخت کمتری دارد. اصلی‌ترین دلیل دستیابی پیشرانه‌ی مرسدس بنز به عملکرد بهتر در استفاده‌ی این خودرو از سیستم پرخوران است. با استفاده از سیستم‌های پرخوران می‌توان موتورهای کوچکتر، سبک‌تر و کم‌مصرف‌تر تولید کرد.
تاریخچه‌ی توربوشارژرها
نخستین استفاده از سیستم‌های پرخوران به اواخر قرن ۱۹ بازمی‌گردد؛ در سال ۱۸۸۵ گوتلیب دایملر مهندس آلمانی ایده‌ای مبنی بر استفاده از یک پمپ مکانیکی برای تزریق هوا به موتورهای احتراق داخلی داشت. اما اختراع توربوشارژر به شکلی که امروزه می‌شناسیم، توسط مخترع سوئیسی، آلفرد بوشی انجام شد. البته سال‌های زیادی طول کشید تا این سیستم بتواند به‌صورت عمده و عملی مورد استفاده قرار گیرد. در سال ۱۹۱۸ یکی از مهندسان شرکت جنرال الکتریک به نام سانفورد الکساندر ماس اقدام به نصب سیستم توربوشارژر روی یک موتور ۱۲ سیلندر کرد. این موتور با نام لیبرتی دارای ۲۷ لیتر حجم بود و برای استفاده در تانک و هواپیماهای جنگ جهانی اول طراحی شده بود. الکساندر ماس این موتور را برای آزمایش به کوه پایکس پیک در کلرادو برد. در ارتفاع حدود ۵۵۰۰ متری از سطح دریا، فشار هوا تقریبا نصف فشار هوای سطح دریا است. از لحاظ تئوری این یعنی یک پیشرانه‌ی احتراقی در چنین ارتفاعی نصف حالت عادی قدرت خواهد داشت. نتایج آزمایشات وی نشان داد که پیشرانه‌ی توربوشارژردار در ارتفاعات بالا افت بسیار کمتری نسبت به پیشرانه‌های اتمسفریک یا تنفس طبیعی دارند. همان‌طور که واضع است هر چقدر ارتفاع از سطح دریا افزایش یابد به دلیل رقیق‌تر شدن هوا میزان چگالی آن کاهش می‌یابد و پیشرانه‌های احتراقی دچار افت توان می‌شوند.
نحوه‌ی عملکرد توربوشارژرها
توربوشارژر در حقیقت یک توربین است که هوا را فشرده می‌کند و به داخل محفظه‌ی احتراق می‌فرستد. سوپرشارژر و توربوشارژر هر دو همین کار را انجام می‌دهند و تفاوت آن‌ها تنها در نحوه‌ی تأمین نیروی مورد نیازشان است. سوپرشارژرها نیروی مورد نیاز خود را مستقیما از میل لنگ خودرو دریافت می‌کنند که می‌تواند با استفاده از تسمه باشد، اما توربوشارژر نیروی مورد نیاز خود را از گازهای خروجی اگزوز تأمین می‌کند. مزیت سوپرشارژرها در این است که چون مستقیما به میل‌لنگ متصل هستند، دیگر تأخیری در عملکرد آن‌ها وجود ندارد و از ابتدای گاز دادن راننده، وارد عمل می‌شوند. اما توربوشارژر برای چرخش نیاز به انتقال انرژی گازهای اگزوز به توربین دارد تا آن را به چرخش دربیاورند. بنابراین لازم است موتور کمی دور بگیرد تا توربوشارژرها بتوانند کار خود را انجام دهند. این قضیه سبب تأخیر زمانی در عملکرد توربو می‌شود که اصطلاحا به آن لگ (Lag) گفته می‌شود. اما عملکرد این سیستم چگونه است؟
می‌دانیم در یک موتور تنفس طبیعی (اتمسفریک) هنگامی که موتور در حال مکش هوا است ،تنها نیرویی که هوا را به داخل سیلندر می‌کشاند، فشار اتمسفر است (دقیقا همانند پر کردن یک سرنگ). توربوشارژرها با اعمال نیروی اضافی به هوای ورودی و پمپ کردن هوای فشرده به داخل محفظه‌ی احتراق، سبب ورود اکسیژن بیشتری به سیلندر می‌شوند و پیستون در یک کورس خود می‌تواند اکسیژن بیشتری به داخل سیلندر مکش کند و مسلم است که اکسیژن بیشتر به معنای احتراقی کامل‌تر و قدرتمند‌تر است. همین عامل سبب افزایش قدرت موتورهای توربوشارژردار است.
توربوشارژرها از دو بخش تشکیل شده‌اند که یکی توربین و دیگر کمپرسور است. گازهای خروجی از اگزوز که دارای سرعت زیادی هستند با توربین برخورد می‌کنند و آن را به چرخش درمی‌آورند از آنجایی که توربین و کمپرسور هم‌محور هستند، با چرخش توربین کمپرسور نیز به چرخش درمی‌آید و شروع به پمپ کردن هوا به داخل سیلندر‌ها می‌کند. در شکل زیر یک توربوشارژر برش خورده را مشاهده می‌کنید که توربین و کمپرسور آن هم‌محور هستند.