احتمالا تا به حال در مقالات خودرویی با عباراتی نظیر پیشرانه تنفس طبیعی، توربوشارژر، سوپرشارژر و سیستم‌های پرخوران برخورد داشته‌اید یا شاید هم هنگامی که برای خرید یک خودرو به بازار مراجعه کرده‌اید، به شما عنوان شده که موتور خودرو مورد نظرتان از سیستم توربوشارژ یا پرخوران برخوردار است.
در این مقاله از سری مقالات بلاگ شیپور قصد داریم تا اطلاعاتی پیرامون نحوه عملکرد سیستم‌های توربوشارژر و سوپرشارژر، تفاوت آن‌ها با یکدیگر و نیز مزایا و معایبی که نسبت به یکدیگر دارند را به استحضار شما مخاطبان گرامی برسانیم؛ لطفا در ادامه با شیپور همراه باشید.
توربوشارژر چیست؟
همزمان با استارت خوردن پیشرانه تنفس طبیعی و به حرکت در آمدن اجزای داخلی موتور، نوعی نیروی مکش به وجود می‌آید که هوای اطراف را با نیرو و فشاری متعادل، از طریق مجرا‌های مربوطه و پس از گذر از فیلتر به درون منیفولد هوا منتقل می‌کند؛ هوای مکیده شده پس از مخلوط شدن با ذرات سوخت، به درون سیلندر فرستاده خواهد شد و بدین ترتیب پیشرانه روشن می‌گردد. این چرخه با به کار افتادن موتور پیوسته ادامه خواهد داشت.
اگر بتوان میزان هوای ورودی به پیشرانه را به طریقی افزایش داد، میزان اکسیژن بیشتری نیز وارد منیفولد هوا خواهد شد؛ در نتیجه انرژی حاصل از انفجار همان میزان سوخت درون سیلندر افزایش یافته و توان خروجی پیشرانه نیز بیشتر می‌شود. به پیشرانه‌هایی که از چنین مکانیزمی استفاده می‌کنند، در اصطلاح پرخوران یا توربوشارژ گفته می‌شود.
توربوشارژر وسیله‌ای است که این امر را میسر می‌سازد و از دو بخش توربین و کمپرسور تشکیل شده است. پره‌های توربین بر سر راه گازهای داغ خروجی از اگزوز قرار گرفته و به علت نیروی وارده از سوی آن‌ها، با سرعت بالا شروع به چرخیدن می‌کنند. به دلیل هم محور بودن پره‌های توربین با تیغه‌های کمپرسور، این تیغه‌ها نیز همزمان با پره‌های توربین شروع به دوران کرده و هوا را با فشار و چگالی بیشتر به سمت مجرای اصلی ورودی هوای پیشرانه ارسال می‌کنند؛ بدین ترتیب و با ازدیاد غلظت اکسیژن، قدرت انفجار درون سیلندر هم زیادتر شده و نیروی بیشتری به سوی چرخ‌ها روانه می‌شود.
کاهش نسبی مصرف سوخت، افزایش قدرت و شتاب خودرو، باز بودن دست مهندسان در ساخت پیشرانه‌های کم حجم‌تر (بدون ترس از افت توان) و در نتیجه سبک‌تر شدن وزن خودرو، از جمله مزایای پیشرانه‌های توربوشارژ به شمار می‌روند. ازدیاد نسبی دمای موتور، افزایش استهلاک پیشرانه و نیاز به سیستم خنک‌کننده بزرگ‌تر و قوی‌تر (اینتر کولر) را نیز می‌‌توان به عنوان نقاط ضعف پیشرانه‌های مجهز به توربوشارژر قلمداد کرد.
سوپرشارژر چیست؟
همانطور که ذکر شد، توربوشارژر نیروی مورد نیاز خود را از گازهای خروجی پیشرانه دریافت می‌کند؛ حال اگر همین سیستم طوری طراحی شود که انرژی مورد نیاز برای به چرخش درآوردن پره‌های خود را به طور مستقیم از میل لنگ دریافت کند، از آن با عنوان «سوپرشارژر» نام برده خواهد شد. در واقع سوپرشارژر نوعی کمپرسور است که می‌تواند به وسیله تسمه، زنجیر یا چرخ دنده، نیروی چرخشی میل لنگ را دریافت کند.
توربوشارژر یا سوپرشارژر، کدامیک بر دیگری برتری دارد؟
به دلیل ارتباط مستقیم سوپرشارژر با میل لنگ، این سیستم در همان لحظه استارت وارد مدار می‌شود و می‌تواند هوای فشرده را به درون سیلندرها ارسال کند، اما به دلیل فشار کم گازهای خروجی در دورهای پایین پیشرانه، توربوشارژر ابتدا با وقفه یا لگ (lag) مواجه خواهد بود؛ بنابراین در دورهای موتور کمتر از ۱۵۰۰ تا ۲۰۰۰ نمی‌توان انتظار زیادی از آن داشت.
از طرف دیگر چون سوپرشارژر مستقیما با میل لنگ ارتباط دارد، از افت توان بیشتر و راندمان پایین‌تری نسبت به توربوشارژر (که نیروی خود را از گازهای اگزوز دریافت می‌کند) برخوردار است.
سایر اجزای سیستم‌های پرخوران
همان طور که در علم فیزیک به اثبات رسیده است، با فشرده شدن گاز یا هوا، دمای آن نیز افزایش می‌یابد. در نتیجه لازم است تا درجه حرارت هوای فشرده شده پیش از ورود به موتور و محفظه سیلندر، تا حد کافی کاهش یابد. بدین منظور در سیستم های پرخوران به ویژه توربوشارژرها از یک رادیاتور جداگانه موسوم به اینترکولر (افترکولر)، به جهت کاهش دمای هوای فشرده شده بهره برده می‌شود تا علاوه بر جلوگیری از احتراق زودهنگام و بروز ناک در پیشرانه، از اُورهیت شدن و آسیب رسیدن به اجزای موتور نیز جلوگیری به عمل آید.
همچنین یک سوپاپ اطمینان در مسیر هوای فشرده شده وجود دارد تا در صورت نیاز باز شود و فشار هوا را به حد متعادل برگرداند. در قسمت توربین توربوشارژر نیز یک دریچه وجود دارد تا بتوان گازهای اضافی خروجی از پیشرانه را از طریق آن به سیستم اگزوز پس فرستاد.
کدام خودروهای داخلی از سیستم توربوشارژر بهره می‌برند؟
امروزه به دلیل راندمان بالاتر سیستم توربوشارژر نسبت به سوپرشارژر، شاهد آن هستیم که بسیاری از پیشرانه‌های احتراق داخلی مدرن به انواع و اقسام سامانه‌های پرخوران از نوع توربوشارژر مجهز شده‌اند تا ضمن کاهش حجم پیشرانه، افزایش توان و کارایی این گونه موتورها را در پی داشته باشد. در کشور ما نیز محصولاتی نظیر هایما اس ۷ توربو، جک اس۵، هایما اس۵، دنا پلاس توربو، ام جی ۳۶۰ توربو، ام جی GS و برخی دیگر از خودروهای وارداتی به پیشرانه‌های پرخوران از نوع توربوشارژ مجهز شده‌اند.