توربوشارژر چیست و چطور کار می‌کند؟

طی یکی دو دهه گذشته، استفاده از توربوشارژر در پیشرانه خودروها بسیار متداول شده است تا جایی که امروز در بین خودروهای روز جهان کمتر مدلی را می‌توان پیدا کرد که از این تکنولوژی بی‌بهره باشد؛ اما توربوشارژر چیست؟ چطور کار می‌کند؟ چه مزیت‌هایی دارد؟ در ادامه به همه این سؤالات پاسخ می‌دهیم.

توربوشارژر چیست؟

پیشرانه خودرو از طریق ترکیب سوخت و هوا کار می‌کند و بنابراین، هوا یکی از اصلی‌ترین نیازهای موتور محسوب می‌شود. در پیشرانه‌های معمولی، هوای موردنیاز موتور از طریق مکشی که با حرکت پیستون‌ها به سمت پایین ایجاد می‌شود تأمین خواهد شد و این هوا با فشار طبیعی جو وارد موتور می‌شود. به این موتورها که هنوز در بسیاری از خودروهای کشورمان می‌بینیم، موتور تنفس طبیعی گفته می‌شود؛ اما اگر به موتور خودرو هوای بیشتری رسانده شود، راندمان آن افزایش پیدا خواهد کرد و می‌تواند بدون نیاز به افزایش حجم موتور، قدرت بیشتری تولید کند. این کاری است که توسط توربوشارژر انجام می‌شود؛ به‌عبارت‌دیگر، توربوشارژر قطعه‌ای است که هوای بیشتری از فشار طبیعی جو را به موتور پمپاژ می‌کند.

اجزا و شیوه کار توربوشارژر چیست؟

توربوشارژر از دو بخش اصلی تشکیل شده است که عبارت‌اند از:

• توربین
• کمپرسور

این دو قسمت از طریق یک شافت به هم متصل هستند. توربین توربوشارژر بر سر راه گازهای خروجی اگزوز قرار می‌گیرد و با نیروی این گازها به چرخش درمی‌آید و سپس کمپرسور را به چرخش درمی‌آورد. چرخش کمپرسور نیز هوای بیشتری را به داخل موتور پمپاژ می‌کند و این هوای بیشتر با سوخت ترکیب شده و باعث افزایش قدرت و راندمان موتور می‌شود؛ به‌عبارت‌دیگر، در یک توربوشارژر، توربین به منیفولد دود متصل است و کمپرسور به منیفولد هوا. از این طریق، با استفاده از نیروی گازهای پرفشار اگزوز می‌توان هوای بیشتری به موتور رساند. البته با توجه به دمای بسیار بالای گازهای خروجی موتور، در بسیاری از موتورهای توربو از یک سیستم خنک‌کننده به نام اینترکولر هم استفاده می‌شود که با کاهش دمای هوا، مانع از بالا رفتن دمای کلی موتور و توربوشارژر می‌شود. همچنین اینترکولر باعث می‌شود هوای خنک‌تری وارد موتور شود که چگالی بیشتری دارد.

تاریخچه توربوشارژر

توربوشارژرها تقریباً از همان سال‌های ابتدایی اختراع پیشرانه درون‌سوز وجود داشته‌اند اما دهه‌ها طول کشید تا از آن‌ها در خودروهای سواری استفاده شود. تولد توربوشارژر به سال ۱۹۰۵ و ثبت اختراع یک مهندس سوئیسی بنام «آلفرد بوچی» بازمی‌گردد. وی اولین نمونه آزمایشی توربوشارژر خود را در سال ۱۹۱۵ تکمیل کرد و چندین سال بعد با موفقیت آن را روی پیشرانه دیزلی ۱۰ سیلندر دو کشتی مسافربری بزرگ آلمانی نصب کرد. در جنگ جهانی دوم نیز از توربوشارژرها در موتور هواپیماهای مختلف استفاده شد. اولین استفاده از توربوشارژر در وسایل نقلیه جاده‌ای نیز در اوایل دهه ۳۰ توسط شرکت کامیون‌سازی سوئیسی سائورر انجام گرفت. چالش اصلی استفاده از توربوشارژر در خودروهای سواری اندازه بزرگ آن بود اما در طول دهه 50 خودروسازان توانستند این قطعه را به‌اندازه کافی کوچک کنند که امکان نصب روی موتور خودرو را داشته باشد. اولین خودروی توربوشارژ تولیدی جهان، الدزمبیل جت‌فایر بود که در سال 1962 معرفی شد اما به دلیل مشکلات مختلف، نتوانست موفق عمل کند و پس از تنها یک سال تولید آن خاتمه پیدا کرد. سپس در دهه 70 میلادی خودروسازانی مثل بی‌ام‌و، پورشه و مرسدس بنز سراغ توربوشارژر رفتند و این قطعه رفته‌رفته متداول‌تر شد.

آیا میدانستید کیفیت پایین سوخت در موتورهای دارای توربوشارژ باعث ناک ردن می‌شود و باید برای حل این مشکل از بنزین سوپر یا مکمل سوخت استفاده کنید؟

مزایای توربوشارژر چیست؟

توربوشارژر مزیت‌های زیادی دارد که در ادامه عنوان می‌کنیم:

افزایش قدرت موتور

با استفاده از توربوشارژر می‌توان از پیشرانه‌هایی با حجم پایین قدرت بیشتری گرفت و بدون نیاز به افزایش حجم موتور به قدرت‌های بسیار بالایی دست پیدا کرد.

کاهش آلایندگی و مصرف سوخت

موتورهای توربو می‌توانند قدرت بالایی را با مصرف سوختی کمتر از نمونه‌های تنفس طبیعی ارائه کنند.

عملکرد بهتر موتور در ارتفاع بالا

هرچه ارتفاع از سطح دریا بیشتر شود، فشار هوای جو کمتر می‌شود و به همین دلیل خروجی موتورهای تنفس طبیعی در مکان‌هایی با ارتفاع بالا کاهش پیدا می‌کند اما در موتورهای توربو با افزایش ارتفاع، کاهش خروجی رخ نخواهد داد یا خیلی کمتر خواهد بود.

معایب توربوشارژر چیست؟

توربوشارژر با تمام مزیت‌هایی که دارد، معایبی را هم به دنبال خواهد داشت که عبارت‌اند از:

تأخیر توربو

ازآنجایی‌که توربوشارژر نیرو لازم برای چرخاندن کمپرسور را از گازهای اگزوز می‌گیرد، زمانی که دور موتور پایین است و فشار گازهای اگزوز کم است، توربوشارژر کارایی نخواهد داشت. به همین دلیل، در خودروهای توربو در آغاز حرکت تأخیری احساس می‌شود که به آن تأخیر توربو گفته می‌شود. البته در توربوشارژرهای جدید این تأخیر بسیار کمتر شده و حتی از بین رفته است.

حساسیت به شرایط نگهداری

ازآنجایی‌که موتورهای توربو قطعات بیشتری دارند و با فشار بیشتری کار می‌کنند، نیازمند رسیدگی و مراقبت بیشتری مثل استفاده از بنزین و روغن باکیفیت خواهند بود.

هزینه تعمیر بالا

به دلیل پیچیدگی بیشتر موتورهای توربوشارژر، تعمیر آن‌ها سخت و پردردسر است. علاوه بر این، موتورهای توربو استهلاک بیشتری نسبت به نمونه‌های تنفس طبیعی دارند.

تفاوت توربوشارژر و سوپرشارژر

پیش از اختراع توربوشارژر، برای رساندن هوای بیشتر به موتورهای درون‌سوز از سوپرشارژر استفاده می‌شد و امروز نیز هرچند از سوپرشارژر بسیار کمتر از توربوشارژر استفاده می‌شود اما هنوز هم می‌توانیم سوپرشارژر را در برخی خودروها و خصوصاً نمونه‌های آمریکایی ببینیم. سوپرشارژر هم مثل توربوشارژر با کمپرسور هوای بیشتری را به داخل موتور پمپاژ می‌کند اما سوپرشارژر نیروی موردنیاز برای چرخاندن کمپرسور را بجای گازهای اگزوز با استفاده از تسمه از میل‌لنگ موتور می‌گیرد. به همین دلیل، در سوپرشارژر مشکل تأخیر توربو وجود ندارد اما راندمان این نوع موتورها از نمونه‌های توربوشارژ کمتر است.

تعداد توربوشارژر در موتور خودروها

در اکثر خودروهای معمولی جهان مثل شاسی‌بلندهای چینی که در کشورمان می‌بینیم، از یک توربوشارژر استفاده می‌شود اما در خودروهای اسپرت و سوپراسپرت، بسیاری از خودروسازان از دو توربوشارژر استفاده می‌کنند تا قدرت بیشتری استخراج کنند. به این موتورها توئین توربو (Twin Turbo) گفته می‌شود. استفاده از بیش از دو توربوشارژر در پیشرانه‌ها معمول نیست و در حال حاضر فقط موتور 16 سیلندر بوگاتی شیرون چهار توربوشارژر دارد.