توربوشارژ (Turbocharger) که به آن پرخوران هم می‌گویند، سامانه‌ای در خودرو است که با تزریق هوای بیشتر به محفظه‌ی احتراق، توان خروجی و راندمان موتورهای درون‌سوز را افزایش می‌دهد. پیشرفت در خودروسازی از یک طرف و محدودیت در استفاده‌ از سوخت‌ فسیلی از سوی دیگر، خودروسازان بیشتر از قبل به تولید خودروهای توربو شارژ کم مصرف با پیشرانه‌های کم‌حجم علاقه‌مند شدند. توربو شارژ یکی از راه‌هایی است که مهندسان برای افزایش توان در موتورهای بنزینی از آن استفاده کرده‌اند. اختراعی که از اواخر سده‌ی نوزدهم میلادی به صنعت وارد شد و کمپانی‌های آلمانی و آمریکایی برای اولین‌بار از این تکنولوژی در خودروهای‌شان استفاده کردند.

تاریخچه‌ی اختراع توربوشارژ

روزهای پایانی قرن نوزدهم میلادی در گرماگرم انقلاب صنعتی مهندس‌هایی از آلمان و سوییس دست به ساخت سیستم‌هایی زدند که مجهز به سامانه‌ای مدرن بود. سامانه‌ای که اسم آن را توربوشارژ گذاشتند تا در انقلاب خودروسازی جرقه‌ی تازه‌ای دیده شود. گوتلیب دایملر (Gottlieb Daimler)  آلمانی و آلفرد بوچی (Alfred Buchi) سوییسی پدران استفاده از این سامانه بودند. اما به طور عملی‌تر این اختراع خودش را در ۱۹۲۰ میلادی نشان داد. جایی که در موتورهای ۱۲ سیلندر خورجینی هواپیما به کار گرفته شد.

صنعت خودروسازی هنوز برای استفاده از این سامانه آماده نبود. هرچند ایده‌هایی برای به‌کارگیری آن در ذهن مهندسان وجود داشت. موتورهای دیزلی در استفاده از توربوشارژ پیش‌‎قدم بودند و اولین‌بار شرکت آلمانی مان (MAN) در دهه‌هایی ۱۹۳۰ و ۱۹۴۰برای MK26 از موتورهای توربو دیزل استفاده کرد. این روزها تقریباً تمام موتورهای گازوئیلی کامیون‌ها برای بالا بردن قدرت تولیدی موتور، از سامانه‌ی توربوشارژ استفاده می‌کنند که منجر به کاهش مصرف سوخت و همین‌طور بهینه‌سازی عملکرد پیشرانه می‌شود.  اما در سال ۱۹۶۰میلادی، خودروهایی سبکی مثل شورولت کورویر مونزا (Chevrolet Corvair Monza) و الدزموبیل جت فایر (Oldsmobile Jetfire)  هم با مجهز شدن به این سامانه وارد بازار شدند. اولدزمبیل، زیر مجموعه‌ی کمپانی بزرگ جنرال موتورز آمریکا، برای اولین‌بار دست به تولید انبوه خودرویی با نام F85 زد که از تکنولوژی توربوشارژر در آن استفاده شده بود. این خودرو ۲۱۵ اسب بخار قدرت داشت و گشتاور ۴۰۰ نیوتون‌متری آن از پیشرانه V8 بسیار کوچکی با حجم ۳.۵ لیتر برخوردار بود. در مقایسه با نسخه‌ی غیرتوربو، بهبود خروجی ۳۰ درصدی در گشتاور تولیدی قابل مشاهده بود که باعث می‌شد تا در کمتر از ۱۰ ثانیه به سرعت ۱۰۰ کیلومتر بر ساعت برسد.

اجزای توربو شارژ

یکی از ویژگی مهم تمام قطعات موتور توربو شارژ این است که باید برابر دمای بسیار بالا مقاوم باشند. شناخت قطعه‌های استفاده شده در این سامانه می‌تواند شما را در فهم عملکرد آن کمک کند. به همین دلیل در ادامه توضیح مختصری درباره‌ی هرکدام از آن‌ها مطالعه می‌کنید.

هوزینگ

این قطعه محفظه‌ای است ‌کامل جهت پوشاندن قطعات موجود در توربوشارژ تا از آن‌ها حفاظت کند.

تیغه‌های چرخان

هدف تیغه‌ها که به آن‌ها پره‌های کمپرسور و توربین هم می‌گویند، فشرده کردن هوای ورودی به موتور است که با کمک گازهای خروجی روی توربو شارژ قرار می‌گیرند. پره‌ها به طور کامل باید با پیشرانه، هماهنگ و سازگار باشند. اندازه و شکل تیغه‌ها، شیوه‌ی طراحی، شدت تزریق هوا و میزان فشار ویژگی‌های مهمی هستند که در افزایش کارکرد کمپرسور و قدرت توربین تأثیر مستقیمی دارند.

یاتاقان‌ها

جایگاه این قطعات محفظه‌ی توربو شارژ است تا پره‌ها چرخش راحت‌تری داشته باشند. نکته‌ی مهم این است که در بعضی از خودروها، فقط از بلبرینگ استفاده می‌شود و یاتاقان در سیستم آن‌ها جایی ندارد.

بلبرینگ‌های محور اتصال دهنده

وظیفه‌ی بلبرینگ‌های محور اتصال‌دهنده این است که بار فشار نیروهای وارده به محور اتصال دهنده را تحمل کنند.

محور اتصال دهنده

این محصور پره‌های کمپرسور و توربین را به یکدیگر متصل می‌کند.

آب بند

برای جلوگیری از نشت روغن در کمپرسور و سایر تجهیزات موجود در توربو شارژ از قطعه‌ای با عنوان آب‌بند استفاده می‌شود که اصطلاحاً وظیفه‌ی آب‌‎بندی سیستم را به عهده دارد.

ساختار و عملکرد توربورشارژ در خودرو

برای اینکه عملکرد توربوشارژ را بهتر درک کنیم باید دنبال شباهت کارکرد آن در کارهایی باشیم که در زندگی روزمره انجام می‌دهیم. مثلاً باد زدن زغال کباب را  به خاطر بیاورید. هوایی که از طریق حرکت بادبزن با فشار بیشتر در مجاورت ماده سوختنی (زغال) قرار می‌گیرد باعث شعله‌ورتر شدن سریع‌ زغال و در نتیجه شدت سوختن شدت بیشتر می‌شود.

توربو شارژ در مسیر گازهای داغ خروجی از موتور به سمت اگزوز قرار می‌گیرد. دمایی این گازها حدود ۵۰۰ تا ۷۰۰ درجه‌ی سانتیگراد هستند. قبل از هدر رفتن گرمای حاصل از این گازها، با مکش و تبدیل انرژی گرمایی به انرژی جنبشی توسط کمپرسور اول و مکش هوا توسط توربین ، هوای متراکم برای ورود مجدد به محفظه‌ی احتراق سیلندر آماده می‌شود. اما به دلیل دمای بالای هوای تولید شده، برای اینکه راندمان موتور عملکرد بهتری داشته باشد و آسیب کاهش پیدا کند، هوای متراکم‌شده پیش از ورود دوباره به محفظه‌ی سیلندر از مسیر اینترکولر رد می‌شود. این کار جدای از خنک شدن هوا، باعث می‌شود تا هوا با تراکم و چگالی بیشتری به داخل موتور پمپ شود.

مزایای استفاده از توربوشارژ

• بهینه‌شدن عملکرد و بالارفتن راندمان پیشرانه
• کاهش حجم پیشرانه در نتیجه‌ی بالارفتن راندمان
• عدم تاثیرپذیری از تغییرات آب‌وهوایی و ارتفاع
• کاهش چشمگیر مصرف سوخت در مقایسه با راندمان نهایی

معایب استفاده از توربوشارژ

• مهندسی پیچیده‌تر
• بالا رفتن قیمت تولید و نگهداری دشوار
• بیشتر شدن حساسیت‌های مجموعه‌ی فنی
• بالا رفتن هزینه‌ی تعمیرات
• قیمت بالای توربو و سنگین بودن هزینه‌ی جایگزینی آن

علایم و نشانه‌های خرابی توربوشارژ

1. کاهش توان موتور و افت چشمگیر شتاب‌گیری
2. خطای توربو و روشن شدن چراغ چک
3. تغییر صدای موتور به صدایی شبیه سوت کشیدن

تأخیر توربو

توربو برای دور گرفتن و تأمین بوست به سرعت و شدت عبور گازهای خروجی از اگزوز نیاز دارد. به همین دلیل پره‌های توربین نصب‌شده در کلکتور اگزوز، مثل سدی در مسیر گازهای خروجی اگزوز عمل می‌کنند. تا وقتی که به دور مطلوب در تناسب با دور موتور نرسد، جلوی خروج سریع گاز از اگزوز را گرفته می‌شود و پیشرانه برای لحظه‌ای خفه می‌کند. این موضوع برای هر بار دور گرفتن توربو یا هر بار ورود توربو به مدار بوست اتفاق می‌افتد.

حالت خفه کردن تا زمان دورگیری مطلوب پره‌های توربین با تأخیر کوتاه‌مدت اما محسوس اتفاق می‌افتد. پدیده‌ای که به آن توربو لَگ (Turbo Lag) یا تاخیر توربو گفته می‌شود. هرچه ابعاد توربو در مقایسه با حجم پیشرانه بزرگ‌تر یا میزان بوست مورد نیاز پیشرانه بالاتر باشد، تأخیر توربو محسوس‌تر و آزاردهنده‌تر خواهد بود.

کاهش تأخیر توربو

• ابعاد مناسب توربو
• استفاده از انواع دیگر توربوها مثل توربوهای موازی، متوالی، ترکیبی، هندسه متغیر و دو مجرا
• بهره‌گیری سیستم ضد تأخیر

در آخر

در خودروهایی که به توربوشارژ مجهز هستند به دلیل حساسیت قطعات توربو به روغن مصرفی، پیشنهاد می‌شود قبل از حرکت حدود ۳۰ ثانیه خودرو در دور آرام روشن بماند. با این کار، روان‌کاری انجام می‌شود و روغن به تمام قطعات داخلی توربو می‌رسد. استفاده از روغن موتورهای با کیفیت، چک کردن اتصال‌های توربو، مطمئن بودن از نشت نکردن آب و روغن، تعویض به موقع فیلتر هواکش خودرو و استفاده از سوخت با کیفیت و اکتان بالا کارهایی هستند که باعث می‌شوند تا توربو عملکرد مطلوب‌تری داشته باشد.