در سالهای گذشته، غالب خودروسازان دنیا از توربوشارژر بهعنوان سیستم پرخوران پیشرانه استفاده کردهاند. حالا این سؤال مطرح است که آیا سوپرشارژرها در آینده، فراموش خواهند شد؟
توربوشارژر دربرابر سوپرشارژر؛ کدام بهتر است؟ یکی از سؤالها و بحثهای قدیمی میان علاقهمندان دنیای خودرو، ضعفها و قوتهای دو نوع فناوری انقلابی پیشرانه است. هر دو سیستم مزیتهای مشخصی دارند؛ ولی پیشرفتهای درخورتوجه در توربوشارژر بهمعنی پایان و مرگ سوپرشارژر خواهد بود؟
در این مقاله، سیستمهای پرخوران را بررسی نمیکنیم و فقط به روند طراحی نمونههای مختلف اشاره میکنیم. برای آشنایی با Turbocharger و Supercharger و درک بهتر اصطلاحات این مطلب، پیشنهاد میکنیم مجموعه مقالات آموزشی گذشته را مطالعه کنید.
از وقتی سیستمهای پرخوران پیشرانه بهوجود آمدند، جنگ بین توربوشارژر و سوپرشارژر وجود داشته است. همانطورکه بسیاری از طرفداران خودروهای کلاسیک از آن آگاهاند، در ابتدا سوپرشارژرها در پیشرانههای بزرگ V8 و توربوشارژرها در موتورهای کوچکتر نصب میشدند. درواقع، ترکیب پیشرانهی کوچک و توربوشارژر برای دستیافتن به عملکرد نمونههای هشت سیلندر بزرگ انجام میشد. در طول سالها، پژوهشها و آزمایشهای بسیاری برای بهبود این دو فناوری انجام شده؛ اما امروزه، کدام سیستم در خط مقدم قرار میگیرد؟ توربوشارژر یا سوپرشارژر؟
سوپرشارژرها همیشه برای دستیابی به گشتاور بالا در دورهای پایین موتور استفاده شدهاند. در نوع اتصال با تسمه، سوپرشارژرها از همان دور پایین و حالت سکون خودرو فعال هستند و در آزادسازی گشتاور و قدرت نقش دارند. بزرگترین ضعف این نوع سوپرشارژرها، عملکرد نامناسب در دورهای بالا است. درمقابل، قوت آنها نصب مناسب در فضای خالی بین آرایش Vشکل هشت یا شش سیلندر است. اولین نمونههای سوپرشارژر در ۳۰۰۰ دور بر دقیقه کارایی خود را ازدست میدادند؛ بنابراین، تمام ظرفیت پیشرانه را بهنمایش نمیگذاشتند. طراحیهای سوپرشارژر در بنتلی بلوئر (Blower) و اَونتی (Avanti) پیشرفت مهمی محسوب میشود. در نمونههای پیشرفتهتر، ترکیب کلاچ و کمپرسور ایجاد شد؛ اما به پیچیدگی سیستم هم اضافه کرد.
برخلاف سوپرشارژر، در توربوشارژر انرژی از گاز داغ اگزوز برای چرخش کمپرسور فراهم میشود. باوجوداین، این طرح ضعف بزرگی دارد؛ زیرا در دور موتور پایین انرژی زیادی برای افزایش فشار و بوست (Boost) توربو وجود ندارد. در اولین نسلهای توربوشارژر، فشار لازم از حدود ۲۵۰۰ دور بر دقیقه آغاز میشد و تا نهایت عملکرد پیشرانه و خطقرمز دور موتور ادامه داشت. بهدلیل ضعف مشخص توربوشارژرهای اولیه، مهندسان به افزایش دسترسی انرژی در سرعتها و دورموتورهای پایین تمرکز کردند.
در دهههای گذشته، پیشرفتهای مهمی در سیستم توربوشارژر بهوقوع پیوسته است. برای نمونه، نمونههای پیشرفته به چرخهای کمپرسور بسیار سبک مجهز هستند و درمقایسهبا نسلهای گذشته با سرعت بیشتری میچرخند. توربوشارژرهای کوچک در دههی ۱۹۸۰ متولد شدند و بهمنظور افزایش سرعت چرخش توربوها و دسترسی بیشتر انرژی از بخش اگزوز در طرحهای پیشرانهی توربین بهکار رفتند. یکی از موارد خطرناک در توربوهای کوچک، امکان انرژی بیشتر فشار مخالف دربرابر بوست است. درواقع در دورهای بالای موتور، فشار مخالف میتواند از ورود هوا به سیلندرهای جلوگیری کند.
برای رفع این مشکل قطعهای موسوم به ویستگیت (Waste gate) طراحی شد. بااینحال، با نصب ویست گیت مشکل بزرگ دیگری پدیدار شد: با بازشدن ویستگیت و انتقال انرژی اضافه به سیستم اگزوز، تأخیر یا لگ (lag) بهوجود آمد. در نمونههای اولیه، گاهی برای واردشدن بوست توربوشارژ به سیستم چند ثانیه تأخیر وجود داشت. پورشه 930 توربو یکی از مدلهای توربوشارژر معروف با تأخیر درخورتوجه بود. در این مدل، تأخیر دور موتور پایین وجود داشت و سپس با واردشدن فشار توربوشارژر، ناگهان ۱۰۰ اسببخار به قدرت خودرو اضافه میشد. کنترلکردن خودروی کوپهی اسپرت محور عقب با فاصلهی بین دو محور کم و تأخیر بیشازحد توربو کار هر رانندهای نیست.
یکی از مشکلات مشترک سیستمهای توربوشارژر و سوپرشارژر، داغبودن هوای فشرده است که درمجموع، تمام عملکرد مجموعه را تحتتأثیر قرار میدهد. در این دوران، با تولد خنککنندههای داخلی برای رفع این مشکل و افزایش ۳۰ تا ۵۰ اسببخار قدرت به سیستم پرخوران، جنگ تمامنشدنی نسخههای STI سوبارو و Evolution میتسوبیشی آغاز شد. حاصل رقابت ژاپنیها، پیشرفت فناوری خنککنندههای داخلی است. همیشه خنککنندههای داخلی بزرگ در جلوپنجرهی خودروهای تقویتشده و سفارشی و مسابقهای جلب توجه کردهاند؛ اما این قطعه خود به پیچیدگی هوارسانی سیستم اضافه میکند.
mazda rx7 1993
در اقدامات بعدی و مدلهایی چون پورشه 959 و مزدا RX-7 نسل FD، توربوشارژر پیشرفت بیشتری کرد و طرح دو توربوی سکوئنشال یا ترتیبی (Sequential) اختراع شد. در این طرح، توربوی اول برای دور موتور پایین و توربوی دوم برای دور موتور بالا کنارهم قرار گرفتهاند. بهدلیل پیچیدگی بیشتر، ECU قویتر و بهتری در این نوع سیستم توربوشارژ نیاز است. در این نمونه از پیشرانهها، براساس ظرفیت فشار توربوشارژر از ۱۵۰۰ تا ۱۳۰۰۰ دور بر دقیقه دردسترس راننده قرار دارد. درکنار توربوشارژر سکوئنشال، طرح دوگانه یا توئیناسکرول (Twin-scroll یا Dual-scroll) هم قرار دارد که با دو مجرای جداگانه در هر دو دور موتور پایین و بالا عملکرد مناسبی دارد.
از طرحهای دیگری که در پیشرفت توربوشارژر نقش داشت، سیستم VNT یا توربوی نازل متغیر بود که در مدلهایی چون هوندا لجند (Legend) مدل ۱۹۸۸، دوج شلبی مدل ۱۹۸۹، پژو 405 نسخه T16، کونیگزگ One:1 و اخیرا پورشه کیمن ۲۰۱۷ استفاده شد. در این سیستم با جابهجاشدن تیغهها، اساسا ابعاد عملکردی توربوشارژر تغییر میکرد؛ بنابراین، فشار لازم در دور موتور پایین و بالا از حالت سکون تا نهایت دور موتور فراهم میشد.
همانطورکه در تاریخ صنعت خودروسازی میخوانیم، تمرکز بیشتری روی بهبود توربوشارژر بوده است؛ اما این بهمعنی مرگ سوپرشارژر خواهد بود؟ بهنظر میرسد طرفداران سوپرشارژر هنوز تسلیم نشدهاند؛ چراکه با همهگیرشدن موتورهای برقی کممصرف، امکان ظهور دوبارهی سوپرشارژرها وجود دارد. در نمونههای آینده، نیازی به اتصال سوپرشارژر با تسمه به میل لنگ نیست. درواقع، با استفاده از موتورهای برقی میتوان سوپرشارژر را چرخاند و فشار لازم را ایجاد کرد.
هماکنون، مهندسان صنعت خودروسازی بهدنبال طراحی سیستم کاربردی سوپرشارژر با کارایی چشمگیر در دورهای پایین و بالا هستند. احتمالا در چند سال آینده، اولین نمونههای پیشرفتهی سوپرشارژر درمقابل توربوشارژرها ظاهر خواهند شد. باید دید سوپرشارژرهای جدید همچنان بهمانند گذشته به زوزهکشیدن ادامه خواهند داد یا نه.
شما طرفدار کدام نوع سیستم هستید؟ نالهی سوپرشارژر یا سوت توربوشارژر؟