ابعاد و اندازه، مصرف سوخت و قدرت تولیدی سه فاکتور کلیدی در طراحی موتور خودرو هستند. دستیابی به نقطه‌ای بهینه بین این سه مولفه برای سازندگان موتور یک چالش همیشه در جریان است. خودروسازان به‌خوبی می‌دانند که برای باقی ماندن در چرخه رقابت باید به‌سمت موتورهایی حرکت کنند که ابعاد و اندازه نسبتا کوچک دارند؛ مصرف سوخت‌شان پایین است و در عین حال قدرت تولیدی بالایی را از خود نشان می‌دهند. موتور توربور شارژ یکی از محصولاتی است که از دل تلاش برای دستیابی به این هدف بیرون آمده است. در ادامه قصد داریم به بررسی مزایا و معایب موتور توربو شارژ بپردازیم.

بد نیست بدانید که توربو شارژ در زبان فارسی تحت عنوان سیستم پرخوران موتور شناخته می‌شود. ایده اصلی تولید موتور توربو شارژ، فشرده سازی هوای ورودی به موتور است. هدف از این کار فراهم کردن ورود هوا با حجم بیشتر به محفظه احتراق است. در این حالت می‌توان بدون نیاز به افزایش سایز محفظه احتراق، میزان سوخت و هوای بیشتری را در آن مخلوط کرد. به‌همین دلیل قدرت موتور پس از احتراق نیز افزایش پیدا می‌کند.

بنابراین تمرکز سیستم توربو شارژ روی مکش هوا در ورودی موتور است. ساختمان یک سیستم توربو شارژ از 2 بخش اصلی و 1 بخش جانبی تشکیل می‌شود. بخش اول تحت عنوان کمپرسور شناخته می‌شود که به منیفولد ورودی هوا متصل است. این کمپرسور وظیفه فشرده‌سازی هوا را بر عهده دارد. حتما این سوال را می‌پرسید که کمپرسور قدرت خود را از کجا تامین می‌کند؟

سر دیگر کمپرسور به دومین بخش سیستم توربو شارژ یعنی توربین متصل می‌شود. گاز خروجی اگزوز موتور به‌سمت توربین هدایت می‌شود. این توربین به‌صورت سانتریفیوژ طراحی می‌شود. به‌همین دلیل قادر است با سرعت بسیار زیاد (تا 30 برابر دور موتور) دوران کند. توربین و کمپرسور با یک شفت به یکدیگر متصل می‌شوند. چرخش توربین، شفت را به‌حرکت در می‌آورد و این توان چرخشی به‌کمپرسور انتقال می‌یابد که قطعه‌ای متحرک است.

تجربه نشان می‌دهد که حرارت تولیدی در سیستم توربو شارژ ممکن است به دمای 130 درجه سلسیوس هم برسد. این دما احتمال آسیب دیدن قطعات داخلی موتور را به‌شدت افزایش می‌دهد. ضمن اینکه احتمال به‌هم خوردن نسبت ترکیب سوخت و هوا به‌دلیل کاهش چگالی هوا نیز وجود دارد. برای کنترل دمای هوا در سیستم توربو شارژ از اینترکولر بین کمپرسور و توربین استفاده می‌شود. اینترکولر نقشی مشابه رادیاتور ماشین را ایفا می‌کند و دمای هوای خروجی از کمپرسور را تا حدود 60 درجه سلسیوس پایین می‌آورد.

داستان موتور توربو شارژ از کجا شروع شد؟

بد نیست نگاهی به تاریخچه تلاش‌ها برای تولید موتور توربو شارژ، نگاهی گذرا داشته باشیم. ایده افزایش تراکم هوای ورودی به محفظه احتراق برای ارتقای راندمان موتور نخستین بار در نیمه دوم قرن 19 میلادی توسط یک مهندس آلمانی به‌نام گوتلیب دایملر مطرح شد.

البته دایملر نتوانست جامه عمل به این ایده بپوشاند. چند سال بعد، یک مهندسی سوئیسی به‌نام آلفرد بوچی دست به‌کار شد و موفق شد در سال 1905 یک منیفولد حلزونی طراحی کند که در مسیر اگزوز موتور قرار می‌گیرد و به‌کمک یک توربین داخلی، هوای فشرده مورد نیاز برای انتقال به محفظه احتراق را تامین نماید.

نسل‌های ابتدایی موتور توربو شارژ همگی برای نصب روی جنگنده‌های نظامی در طول جنگ جهانی دوم به‌کار گرفته شدند. تلاش‌ها برای نصب این موتور روی خودروهای سواری به دهه 1950 میلادی برمی‌گردد. طراحی موتور توربو شارژ در مقیاس خودروی سواری به‌چالش جدی تبدیل شد. این گره در نهایت توسط آمریکایی‌ها باز شد. در سال 1962، کمپانی جنرال موتورز موفق شد اولین خودروی سواری خود مجهز به موتور توربو شارژ را روانه بازار کند.