عصر ایران- اگر مخاطب صنعت خودرو باشید قطعا این اصطلاحات برایتان مفهومی ویژه دارند: turbocharged، supercharged و naturally aspirated. توربوشارژ، سوپرشارژ و تنفس طبیعی در تخصصی ترین و جذاب ترین بخش مهندسی پیشرانه های احتراقی مورد استفاده قرار می گیرند و مترادف با غرش های هیجان انگیز، نمایش قدرت و سرعت هستند.
سوپرشارژر مقابل توربوشارژر
در ادامه کوتاه و ساده به هر کدام، اشاره ای خواهیم داشت:
Naturally Aspirated / NA/ تنفس طبیعی / اتمسفر
وقتی کسی یک موتور بنزینی را naturally aspirated یا به اختصار NA می نامد، خیلی ساده یعنی هیچ توربوشارژر یا سوپرشارژری در کار نیست (که این دو با هم forced induction نامیده می شوند). همین. تعریفش فقط همین نبودن سیستم پرخوران یا القای اجباری است.
نمایی از موتور 8 سیلندر تنفس طبیعی شورولت کوروت زد06
این یعنی هوا و بنزین با هم مخلوط می شوند، انفجارهای کوچکی داخل سیلندرها رخ می دهد و این انفجارها باعث حرکت پیستون ها به بالا و پایین (یا گاهی چپ و راست) می شوند. این حرکت، میل لنگ را می چرخاند و در نهایت چرخ ها را به حرکت در می آورد. این توضیح خیلی کلی از نحوه کار موتور بنزینی است.
ساده تر بگوییم: بنزین و هوا منفجر می شوند، سیلندر حرکت می کند، میل لنگ می چرخد و ماشین جلو می رود. و در یک موتور تنفس طبیعی، مرحله انفجار به هیچ فن یا ترفند هوایی کمکی متکی نیست.
از دید راننده، موتور تنفس طبیعی معمولا واکنش گاز خطی تری دارد. یعنی رابطه بین میزان فشردن پدال گاز و سرعت چرخش موتور حس یک خط صاف را می دهد. در موتورهای توربو، این خط اغلب خمیده تر حس می شود و تجربه رانندگی را کمتر قابل پیش بینی و از نظر بعضی ها کمتر ارگانیک می کند.
اما نقطه ضعف بزرگ ساختار تنفس طبیعی مخصوصا در موتورهای کم حجم این است که برای هیجان انگیز شدن رانندگی، باید حسابی دور بگیرند. این ویژگی جذابیت های خودش را دارد، اما از نظر مصرف سوخت بهینه نیست و اگر فقط هیجان خالص بخواهید، معمولا انتخاب ایده آلی نیست.
با این حال، در بعضی محافل ماشین بازها، خودروهای تنفس طبیعی امروز احترام بیشتری دارند چون شخصیت خالص تر و تصویر اصیل تری دارند. همچنین این روزها در خودروهای جدید ساختار تنفس طبیعی کمیاب شده و این موضوع هم بی تاثیر نیست.
Turbocharging / توربوشارژ
توربوشارژر یک قطعه فیزیکی است که کمی شبیه حلزون فلزی با یک فن داخلش به نظر می رسد. این قطعه گازهای خروجی اگزوز را که در حالت عادی بدون استفاده خارج می شوند، می گیرد و از آن ها برای چرخاندن یک فن به نام turbine wheel استفاده می کند. این فن هم به نوبه خود فن دومی به نام compressor wheel را می چرخاند.
کمپرسور، هوای محیط را از بیرون می مکد و آن را به بخش احتراق موتور پمپ می کند. نتیجه، هوای متراکم تر است که انفجارهای قوی تری ایجاد می کند و در نتیجه قدرت بیشتری به دست می آید. خلاصه اینکه موتور توربوشارژ از گازهای خروجی خودش استفاده می کند تا هوای بیشتری به داخل بکشد و قدرت بالاتری تولید کند.
ساختار حلزون مانند یک واحد توربوشارژر
یکی از نشانه های مشخص توربو (و برای بعضی ها نقطه قوت آن) صدای سوت مانندی است که هنگام بالا رفتن فشار بوست شنیده می شود و صدای خاصی که هنگام برداشتن پا از روی گاز و تخلیه هوای فشرده از blow off شنیده می شود (اگر وجود داشته باشد). اصطلاح twin turbo یا bi-turbo یعنی موتوری که دو توربو دارد که به آن توربودوقلو نیز می گویند. گاهی اوقات هم ممکن است با واژه quad turbo روبه رو شوی که یعنی چهار توربو یا کواد توربو.
نمایی از پیشرانه 8 لیتری 16 سیلندر کواد توربو بوگاتی / 2 توربو در هر طرف از پیشرانه جانمایی شده است
نکته مهم این است که توربوها به طور تئوریک به خودروسازان اجازه می دهند خودروهایی بسازند که به اندازه مدل های قدیمی یا حتی بیشتر، پرقدرت باشند، در حالی که استانداردهای سخت گیرانه مصرف سوخت را هم رعایت کنند. وقتی معقول رانده شوند یا دست کم در چرخه تست EPA، یک موتور توربوشارژ کم حجم نسبت به یک موتور تنفس طبیعی بزرگ تر، بهینه تر است. اما اگر پای تان را روی گاز سنگین کنید، مصرف واقعی داستان دیگری خواهد بود.
در گذشته، خودروهای توربوشارژ با پدیده ای به نام turbo lag / توربو لگ شناخته می شدند. توربوهای قدیمی زمان می برد تا به دور برسند و قبل از آن، موتور حس بی رمقی داشت. اما وقتی بوست می ساخت، گشتاور ناگهان جهش می کرد. این جهش ناگهانی گشتاور هم بحث برانگیز بود، هم نمایشی، و اگر صادق باشیم، وسط پیچ کمی ترسناک.
اما خودروهای توربوشارژ مدرن تقریبا برعکس شده اند. به لطف توربوهای کوچک تر و سریع تر، تزریق مستقیم سوخت و حتی توربوهایی که با موتور الکتریکی می چرخند، گشتاور تقریبا بلافاصله در دسترس است و همانجا می ماند. تاخیر ناچیز، بدون جهش ناگهانی و بدون غافلگیری.
سازش های دیگر شامل هزینه ساخت بالاتر و کاهش بالقوه اطمینان به دلیل پیچیدگی بیشتر است. توربوهای مدرن هر روز ارزان تر و مقاوم تر می شوند، اما در نهایت، موتوری با قطعات بیشتر، گرمای بیشتر، فشار بیشتر و نقاط خرابی بیشتر، معمولا خرید و نگهداری گران تری نسبت به یک موتور ساده دارد.
با این حال، توربوشارژ امروزه تقریبا در همه خودروهای جدید دیده می شود؛ از سوپراسپرت های خوابیده روی زمین گرفته تا پیکاپ های فول سایز و هاچ بک های اقتصادی. بنابراین موتور چهار سیلندر توربوشارژ به موتور پیش فرض خودروهای معمولی تبدیل شده است.
Supercharging / سوپرشارژ
سوپرشارژرها به اندازه توربوها رایج نیستند، اما هدف مشابهی دارند: تولید قدرت بیشتر با فشرده سازی هوای ورودی. تفاوت اصلی در روش انجام این کار است که ماهیتی کاملا مکانیکی دارد.
سوپرشارژرها که بعضی ها به آن ها blower می گویند، مثل توربو، هوای محیط را می گیرند و به داخل موتور می فرستند تا احتراق قوی تری ایجاد شود. اما به جای گازهای خروجی، نیروی چرخش از طریق یک سیستم پولی و تسمه مستقیما از میل لنگ موتور تامین می شود. یعنی موتور علاوه بر چرخاندن چرخ ها، مکانیزمی را هم می چرخاند که هوا را به داخل خودش می فرستد. این مکانیزم همان سوپرشارژر است.
نمایی از یک واحد سوپرشارژر
سه نوع اصلی سوپرشارژر وجود دارد: roots، twin-screw و centrifugal. تفاوت آن ها بیشتر در نحوه حرکت و فشرده سازی هوا در داخل است. roots و twin-screw از دو روتور بلند درگیر با هم استفاده می کنند. twin-screw در واقع نسخه پیشرفته تر roots است که هوا را در داخل فشرده می کند، بازده بالاتری دارد و خنک تر کار می کند.
نوع centrifugal از یک پروانه شبیه توربو به نام impeller استفاده می کند. صرف نظر از نوع، ویژگی تعریف کننده سوپرشارژر این است که قطعات چرخان آن مستقیما توسط موتور و از طریق تسمه و پولی به حرکت درمی آیند، نه با گازهای خروجی.
چون سوپرشارژرها مستقیما با حرکت موتور کار می کنند، بوست آن ها تقریبا بلافاصله در دسترس است. این یعنی کشش بیشتر تقریبا در هر دور موتوری. سوپرشارژرهای roots و twin-screw شکل منحنی گشتاور موتور تنفس طبیعی را عوض نمی کنند، بلکه کل نمودار را بالاتر می برند.
نمایی از موتور سوپرشارژ فورد ماستنگ جی تی دی
اما چون سوپرشارژرها انرژی خودشان را از موتور می گیرند، نقطه ضعف بزرگشان مصرف سوخت بیشتر است. این مصرف پارازیتی باعث می شود سوپرشارژ بیشتر یک انتخاب کاملا عملکردی باشد، نه بهینه.
شاخص ترین ویژگی سوپرشارژر در رانندگی شاید صدای آن باشد. یک زوزه زیر و تیز که برای هرکسی که صدای عبور یک داج هل کت را شنیده آشناست. صدایی کاملا مکانیکی، غریزی و مرزی با دیوانگی که دلیل محبوبیت آن در میان خودروهای ماسل آمریکایی است.
آن چیزی که از کاپوت ماشین هایی مثل داج چارجر دومینیک تورتو بیرون زده در فیلم سریع و خشن، سه ورودی هوا دارد و پولی و تسمه اش دیده می شود یک سوپرشارژر فوق حرفه ای است.
از فیلم سریع و خشن
