هم زمان با روند افزایش قیمت سوخت و قوانین سختگیرانه زیست محیطی در جهان، روند طراحی پیشرانه های احتراق داخلی در سال های اخیر مسیر متفاوتی را طی کرده است.
هم زمان با روند افزایش قیمت سوخت و قوانین سختگیرانه زیست محیطی در جهان، روند طراحی پیشرانه های احتراق داخلی در سال های اخیر مسیر متفاوتی را طی کرده است. با نگاهی گذرا به رویکرد خودروسازان بزرگ در به کارگیری پیشرانه های کم حجم و پرقدرت در خودروهای جدید، در خواهیم یافت که صنعت خودرو به سمت کوچک‌ سازی پیشرانه، کاهش مصرف سوخت و افزایش بازدهی نسبت به حجم حرکت می‌کند.

از این رو استفاده از سازوکارهای پرخوران (سوپرشارژر و توربوشارژر) برای پشرانه ها، به امری ناگزیر در طراحی آنها بدل شده است. در این راه، خودروسازان بزرگی همچون مرسدس بنز، ب ام و، فورد و… پیشگام بوده اند و بسیاری از ساخته های این برندهای معتبر در حال حاضر میهم ان خیابان های کشور ما نیز هستند. فورد در سال ۲۰۱۳ با تولید یک پیشرانه حدود یک لیتری ۳ سیلندر مجهز به توربوشارژ توانست جایزه بهترین موتور سال را به دست بیاورد. همچنین پیشرانه ۱٫۵ لیتری توربوشارژ چهار سیلندر ب ام و که در مدل I8 مورد استفاده قرار میگیرد، در سال ۲۰۱۵ توانست به سلطه پیشرانه فورد به عنوان بهترین موتور سال پایان دهد.

در میان پیشرانه های مجهز به سامانه های پرخوران (شارژشده)، انواع شارژکننده های توربینی یعنی توربوشارژر در میان خودروهای شهری از محبوبیت بیشتری نزد تولید‌کنندگان برخوردارند. از جمله موضوعاتی که در پیشرانه های اتمسفریک یا تنفس طبیعی وجود دارد، افت قدرت و گشتاور پیشرانه در مکانهای مختلف به نسبت ارتفاع از سطح دریاست؛ به طور مثال در شهری مثل تهران که به صورت میانگین ارتفاع ۱۲۰۰متری از سطح دریا وجود دارد، پیشرانه خودرو با افت قدرتی حدود ۱۲ تا ۱۵ درصد روبه رو میشود. این افت قدرت به دلیل کاهش چگالی هوا اتفاق میافتد.

در واقع باید گفت هر قدر ارتفاع از سطح دریا بیشتر باشد، فاصله مولکول‌های هوا و به طور خاص اکسیژن از یکدیگر بیشتر میشود؛ در نتیجه، تعداد کمتری از این مولکول ها را میتوان در یک فضای خاص جای داد. این امر به دلیل ایجاد افت قدرت در پیشرانه باعث می شود راننده فشار بیشتری بر پدال گاز اعمال کند و دور موتور را بالا ببرد. ناگفته پیداست که افزایش دور موتور همراه با افزایش مصرف سوخت، استهلاک و آلایندگی بیشتری درپی دارد. درست همین‌جاست که توربوشارژها و به‌طور کلی سیستم‌های پرخوران، نسخه‌ای مناسب برای این مشکل هستند. این سامانه‌ها با سازوکارهای حرکتی مختلف فقط یک هدف را دنبال می‌کنند و آن افزایش بازدهی حجمی پیشرانه است.

به بیانی ساده تر، با استفاده از سیستم های پرخوران میتوان در حجمی مشخص، چندین برابر هوا را به نسبت پیشرانه های اتمسفریک جای داد. وقتی اکسیژن بیشتری برای سوختن در سیلندر داشته باشیم، ECU میزان سوخت مورد نیاز پیشرانه را تخمین میزند و نسبت هوا به سوخت را (۱۴٫۷ هوا به یک سوخت) تنظیم می‌کند تا بیشترین قدرت حاصل شود، ضمن این که در کشوری مثل ایران که خودروها در شهرهای مختلف با ارتفاع و دمای متفاوت تردد می‌کنند، دمای هوای ورودی به سیلندر میتواند نقش بسیار مهمی در تولید قدرت کافی داشته باشد، زیرا دما نقش مهمی در افزایش و یا کاهش بازدهی حجمی پیشرانه و در نتیجه افزایش یا کاهش قدرت تولید شده دارد. در شهری مثل اهواز که در روزهای گرم سال دمایش حتی تا بیش از ۵۰ درجه هم افزایش می‌یابد، فاصله مولکول های هوا از یکدیگر بیشتر میشود. اما در شهرهایی که حتی در روزهای حرفه‌ای گرم سال نیز دمای مناسبی نسبت به اهواز دارند، فاصله مولکول های هوا (اکسیژن) از یکدیگر کمتر است.

حال اگر به طور مثال یک پیشرانه ۱٫۶ لیتری را در دمای ۵۰ درجه ای اهواز آزمایش کنید و سپس آن را در شهری با دمای حدود ۳۰ درجه بالای صفر مورد آزمایش مجدد قرار دهید، خواهید دید که قدرت و گشتاوری که این موتور در شهر دوم تولید می‌کند چند درصد بیشتر از خروجی همین پیشرانه در اهواز است، پس باید توجه داشت که حتی دمای هوای ورودی به سیلندر نیز اهمیت زیادی در تولید قدرت پیشرانه دارد. در دهه های گذشته به منظور جبران این افت قدرت، طراحان برای افزایش حجم پیشرانه ها اقدام می‌کردند. اما همان طور که در بالا نیز اشاره شد این ترفند باعث افزایش آلایندگی و مصرف سوخت بیشتر میشود. اما نسخه ای که متخصصان با توربوشارژر برای این درد پیچیده اند، نسخه ای کارآمد است که بدون افزایش مصرف سوخت، حتی تا ۵۰ درصد (بسته به نحوه طراحی پیشرانه) بازده حجمی پیشرانه را افزایش میدهد و این در شرایطی است که مصرف سوخت ثابت مانده و حتی کاهش می‌یابد؛ با این حال، ظرفیت پیشرانه افزایش نیافته است و به راحتی میتوان آن را در پلاتفرم‌های کوچک نیز به کار گرفت.

کیوان وزیری مدیر طراحی و تولید پلاتفرم گروه صنعتی ایران خودرو در خصوص سازوکار حرکتی سیستم های توربوشارژ می گوید: »سیستم های توربوشارژ دارای چند قطعه مختلف هستند که توربو یونیت، یکی از آن هاست.

در واقع حرکت سیستم توربو توسط این بخش تامین میشود، زیرا پره های یکی از توربین‌های توربو یونیت در مسیر گازهای خروجی از پیشرانه در اگزوز قرار دارد و گازهای خروجی موتور که سرعت بسیار بالایی دارند با پره های توربین برخورد کرده و این توربین اولین موتور توربو در ایران‌خودرو به تولید انبوه رسید همه چیز درباره سورن توربو هر قدر ارتفاع از سطح دریا بیشتر باشد، باعث ایجاد افت قدرت در پیشرانه میشود و راننده باید فشار بیشتری بر پدال گاز اعمال کند و دور موتور را بالا ببرد را با سرعت حدودا ۱۶۰ تا ۲۰۰ هزار دور در دقیقه به گردش در میآورند.

این گردش از طریق بخشی دیگر در توربو یونیت به توربین دمنده‌ای در ورودی سیلندر انتقال می‌یابد؛ به این ترتیب، توربین دوم نقش دمنده هوا را با فشار بالا به پیشرانه بازی می‌کند.« وزیری اضافه می‌کند: »اما برای کاهش دمای هوای ورودی به موتور هم از قطعه‌ای استفاده میشود که خنک‌کن میانی یا اینترکولر نام دارد و همانند رادیاتور که کارش کاهش دمای آب است، دمای هوا را با استفاده از عبور دادن آن از شبکه هایش کاهش میدهد؛ به این ترتیب، بازدهی حجمی پیشرانه افزایش خواهد یافت.

« وزیری در مورد قطعات مورد استفاده در سیستم های توربوشارژ میگوید: »فن‌آوری ساخت این قطعات به دلیل دقت بالا و متالوژی مواد خاص به خصوص در بخش توربین‌ها، در اختیار تولید‌کنندگان کمی در دنیا وجد دارد، از این رو طراحان پیشرانه معمولا با استفاده از قطعات تولید شده توسط سازندگان معتبر، پیشرانه هایشان را مجهز به سیستم پرخوران می‌کنند.

خوشبختانه در ایران‌ خودرو نیز همگام با روند جهانی استفاده از پیشرانه‌های کم‌حجم مجهز به توربوشارژ، توانستیم پیشرانه ef7 ملی با حجم ۱٫۷ لیتر را به توربو مجهز کنیم و قدرت پیشرانه را از ۱۰۷ اسب بخار در حالت اتمسفریک (تنفس طبیعی) به ۱۵۰ اسب بخار برسانیم. هر چند نمودار تولید قدرت این پیشرانه میتوانید حتی تا ۱۷۵ اسب بخار نیز بالا برود، اما با توجه به کیفیت سوخت موجود در کشور و چند عامل دیگر، تصمیم گرفتیم قدرت پیشرانه از مرز ۱۵۰ اسب بخار بالاتر نرود.« همان طور که میدانید، توربوشارژها وقتی وارد مدار هوارسانی میشوند که دور توربین در آنها به حدی خاص (بسته به اندازه و طراحی توربو) برسد. در این حالت پره های توربین با سرعتی بسیار بالا گردش کرده و توربین دوم را وادار به تزریق هوا با فشار بالا به موتور می‌کنند. حال اگر اندازه توربوی مورد استفاده کوچک باشد، توربین زودتر به دور مورد نیاز رسیده و توربین دمنده را وارد مدار می‌کند.

در پیشرانه ۱٫۷ لیتری EF7 ساخت ایران‌خودرو، توربوشارژ قبل از رسیدن دور موتور به ۲۳۰۰ دور در دقیقه وارد مدار شده و موجب افزایش بازدهی پیشرانه میشود. عملکرد توربوشارژ در این پیشرانه طوری تنظیم شده که تا قبل از رسیدن دور موتور به عدد پنج هزار دور بر دقیقه، بیشترین بازدهی را در اختیار راننده قرار بدهد. از جمله محاسن دیگر این پیشرانه پرخوران، میتوان به افزایش گشتاور تا مرز ۲۱۰ نیوتن متر اشاره کرد؛ این در حالی است که همین پیشرانه بدون استفاده از توربوشارژر نمی‌تواند بیش از ۱۵۵ نیوتن متر گشتاور تولید کند. نکته مثبت و مهم دیگر این که گشتاور در بازهای گسترده از دور موتور بین ۲۳۰۰ تا بیش از ۵۰۰۰ دور در اختیار راننده قرار دارد و به این ترتیب شتابگیری ثانویه خودروی مجهز به این پیشرانه – مثال در هنگام سبقت گرفتن – بسیار در خور توجه است.

پیشرانه EF7 توربو با همکاری شرکت آلمانی انجام شده و از جمله امتیازات مثبت قطعات به‌کاررفته در این موتور، باید به کیفیت و دقت ساخت بالای آنها اشاره کرد. همچنین قطعاتی مثل سوپاپ تخلیه فشار اضافی و خنک‌کن میانی در حال حاضر توسط سازندگان بنام خارجی تامین می‌شوند که در آینده ایران‌خودرو قصد دارد با انتقال تکنولوژی ساخت و طراحی آنها به داخل، این قطعات را با کمک قطعه سازان توانمند داخلی بومی سازی کند. پیشرانه EF7 توربو در حال حاضر بر روی پلاتفرم سمند به کارگیری میشود و سمندهای مجهز به این پیشرانه حدود ۲۰۰ هزار کیلومتر آزمون‌های دوام و کیفیت رابا موفقیت پشت سر گذاشته‌اند.

تنظیمات این پیشرانه و سیستم توربوشارژ آن به گونه ای صورت گرفته که با کیفیت سوخت موجود در کشور مطابق باشد و از این بابت نیز خیال خریداران راحت خواهد بود. به نظر میرسد با ورود سورن توربوشارژ به بازار، این خودرو می‌تواند در رده نیمه‌لوکس بازار با خودروهای وارداتی رقابت کند.