جهش بزرگ در فناوري پيشرانه‌ هاي توربوشارژر

پيشرانه‌هاي درون‌سوز هر روز كوچك‌تر و در عين حال قوي‌تر مي‌شوند و يكي از دلايلي كه سبب حركت صنعت به سمت چنين مسيري شده است، حركت خودروسازان به سمت پيشرانه‌هاي پرخوران يا توربوشارژ است. استفاده از توربوشارژر يكي از راه‌حل‌هاي ساده و كارآمد براي بهبود كارايي پيشرانه است. توربوشارژرهاي امروزي داراي انواع مختلفي همانند دو مجرايي (Twin scroll) و دبي متغير هستند كه راندمان بالاتري در مقايسه با يك توربوشارژر معمولي ارائه مي‌دهند. بااين‌وجود حجم موتور خودروها همچنان در حال كاهش است و همين موضوع سبب مي‌شود توربوشارژرهاي ساده، جوابگوي نياز خودروسازان نباشند و به همين خاطر  انواع ديگري از پرخوران‌ها همانند توربوهاي الكتريكي، هيبريدي و حتي تركيب توربوشارژر و سوپرشارژر در كنار يكديگر، توليد شوند. در ادامه مي‌خواهيم به دو ايده‌ي جديد كه در اين حوزه معرفي شده‌اند بپردازيم.

نخستين ايده نوعي سوپرشارژر با نام V-Charge است كه توسط مهندسان Torotrak معرفي شده است. وي چارج مي‌تواند هم به‌عنوان يك دمنده‌ي مستقل به كار رود و هم به‌عنوان وسيله‌اي براي جبران تأخير توربوشارژرها. اين سوپرشارژر به يك توربين دمنده‌ از نوع گريز از مركز مجهز است كه نيروي مورد نياز خود را با استفاده از يك تسمه از ميل‌لنگ پيشرانه دريافت مي‌كند. نكته‌ي جالب وي شارژ، وجود يك جعبه‌دنده‌ي ضريب متغير از نوع CVT درون سيستم است كه توانايي تغيير دور كمپرسور را دارد.

در اين نوع سيستم انتقال قدرت از دو پولي مخروطي استفاده مي‌شود كه يك تسمه در بين آن‌ها قرار دارد. با تغيير فاصله‌ي پولي‌ها از يكديگر، تسمه نيز در قطر آن‌ها حركت مي‌كند و به اين ترتيب ضريب انتقال نيرو تغيير خواهد كرد.  در حالت عادي ضريب انتقال نيرو يك به يك است؛ اما با تغيير فاصله‌ي پولي‌ها، مي‌توان آن را از بازه‌ي ۰.۲۸ به ۱ تا ۲.۸۲ به ۱ تغيير داد. تغيير ضريب انتقال نيرو در وي شارژ در زماني كمتر از ۴۰۰ ميلي‌ثانيه

يك ست چرخ‌دنده‌ي سياره‌اي نيز در اين مجموعه قرار داده شده است كه مي‌تواند ضريب انتقال نيروي ثابتي به ميزان ۱۲.۵ به ۱ را فراهم كند. نكته‌ي جالب اين چرخ‌دنده‌ها اين است كه همانند پولي‌ فاقد دندانه هستند و نيرو را با استفاده از اصطكاك انتقال مي‌دهند.

با اين حساب زماني كه دور موتور خودرو روي ۱۰۰۰ دور بر دقيقه باشد، اين سوپرشارژر مي‌تواند دوري در بازه‌ي ۸۷۵۰ دور بر دقيقه تا ۸۸ هزار و ۱۲۵ دور بر دقيقه داشته باشد؛ ضمن اينكه سرعت عمل آن در فراهم كردن بوست مورد نياز پيشرانه از حتي از توربوهاي دومرحله‌اي و سوپرشارژرهاي كلاچ دار بالاتر است. براي مقايسه، متخصص كارشناسان اقدام به نصب اين سوپرشارژر جديد روي پيشرانه‌ي ۳ سيلندر ۱ ليتري فورد فوكوس كردند و توانستند به حداكثر قدرت ۱۵۰ اسب بخار و گشتاور ۲۴۵ نيوتون متر دست پيدا كنند. نصب اين سوپرشارژر مصرف سوخت اين پيشرانه را در حدود ۳ الي ۴ درصد بيشتر كرد؛ اما توانايي آن را نيز به‌اندازه‌ي يك پيشرانه‌ي اكوبوست ۴ سيلندر ۱.۵ ليتري افزايش داد و به اين ترتيب شاهد كاهش مصرف سوخت ۱۲ درصدي در مقايسه با پيشرانه‌ي ۱.۵ ليتري هستيم. 

Torortrak همچنين ادعا كرده است كه ميزان صداي توليدي توسط وي شارژ، ۹۷ درصد كمتر از سوپرشارژرهاي روتس است و ارزش آن تفاوتي با سوپرشارژرهاي برقي ندارد. اين در حالي است كه وي شارژ نيازي به سيم‌كشي و باتري و ... ندارد.

ايده‌ي دوم از سوي يك شركت مستقر در مينه‌سوتاي آمريكا به نام Hunsen Engine Corporation ارائه شده است. در اين طرح، مهندسان به‌جاي آنكه اقدام به تغيير سرعت سوپرشارژر كنند، حجم سوپرشارژر را تغيير داده‌اند؛ يعني حجم هواي موجود در سوپرشارژر مي‌تواند تغيير كند. اين مهندسان براي اين منظور اقدام به استفاده از يك سوپرشارژر از نوع دور پيچي ساخت Lysholm كرده‌اند و نتيجه‌ي كار، سوپرشارژري شده است كه ضمن اينكه سرعت پاسخگويي بالايي همانند ساير سوپرشارژرها دارد، بازده و راندماني در حد توربوشارژر دارد و حتي ميزان گشتاوري كه به گشتاور پيشرانه اضافه مي‌كند نيز قابل رقابت با توربوشارژرها است. 

هدف از طراحي چنين سوپرشارژري اين بود كه هيچگان نيروي پيشرانه صرف توليد هواي فشرده‌ي اضافه نشود كه از طريق سوپاپ اطمينان به بيرون دفع شود و هدر برود و پيشرانه همواره به ميزان نياز خود هواي فشرده توليد كند. به‌طور خلاصه بايد گفت در اين نوع سوپرشارژر، درصورتي‌كه در دور آرام رانندگي كنيد يا در اتوبان يك سرعت ثابت داشته باشيد، دريچه‌هاي اطراف سوپرشارژر باز خواهند شد و به اين ترتيب اين سوپرشارژر براي كار كردن به كمتر از ۱ اسب بخار نيرو نياز خواهد داشت و استهلاك كمي نيز دارد.

در صورتي كه پاي خود را روي پدال گاز فشار دهيد، اين دريچه‌ها بسته‌ مي‌شوند و به اين ترتيب فشار هواي توليدي توسط سوپرشارژر افزايش پيدا مي‌كند. اين سوپرشارژر همچنين طوري طراحي شده است كه كمترين فشار را روي ميل‌لنگ موتور وارد كند.

تحقيقات صورت‌گرفته توسط فورد نشان مي‌دهند كه  يك پيشرانه‌ي اكوبوست ۲ ليتري كه به اين نوع سوپرشارژر مجهز شود، مي‌تواند به‌اندازه‌ي يك پيشرانه‌ي اكوبوست ۲.۳ ليتري قدرت داشته باشد و در عين حال مصرف سوختي برابر با يك پيشرانه‌ي ۲ ليتري ارائه كند. اين در حالي است كه سوپرشارژر هنسن روي يك پيشرانه كه براي استفاده از توربو طراحي و داراي ضريب تراكم پاييني به ميزان ۹.۳ به ۱ است، نصب شده است و در صورتي كه سوپرشارژر روي يك پيشرانه‌ي با ضريب تراكم بالا نصب شود، حتما شاهد نتايج بهتري نيز خواهيم بود.

پل كراس، معاون مدير عامل هنسن نيز از اين بابت اظهار خوشحالي كرده كه سوپرشارژر ساخت آن‌ها نخستين سوپرشارژري است كه راندمان و كارايي به‌اندازه‌ي توربوشارژرها ارائه مي‌كند. همچنين برنامه‌هايي براي استفاده از اين نوع سوپرشارژر در كنار توربوشارژر به‌عنوان مكمل وجود دارد كه تأثير بسيار زيادي بر كاهش مصرف سوخت خودرو مي‌گذارد.

از سويي ديگر، تمهيداتي نيز براي كاهش دماي اين سيستم انديشيده شده است تا با معضلات ناشي از حرارت بالاي توربوشارژرهاي امروزي مواجه نباشيم. يك سري اقدامات نيز به‌منظور كاهش صداي توليدي سوپرشارژر منسن انجام شده است كه البته بايد گفت اين سوپرشارژر از انديشه متخصصين صداي توليدي، ناله‌ي سوپرشارژر و صداي زيباي وست گيت توربوشارژر را هم‌زمان ارائه مي‌كند.

در پايان اين مطلب، بيننده‌ي فيلم كوتاهي باشيد كه به كمك تصاوير گرافيكي، عملكرد پيشرانه‌ي مجهز به وي‌شارژ را نشان مي‌دهد.