توربو شارژ

فرآیند مکش، تراکم، احتراق و تخلیه در موتورهای احتراقی موجب چرخش میل لنگ و ایجاد گشتاور و نهایتا موجب حرکت خودرو می شود. در موتورهای احتراقی، سوخت توسط پمپ بنزین به سمت انژکتور با فشار بالا حرکت می کند و در آنجا با پاشش در درون محفظه احتراق، با اکسیژن موجود در هوا ترکیب می شود. در واقع وجود هوا و اکسیژن موجود در آن برای احتراق الزامی است ولی لازم به ذکر است که نسبت هوا و سوخت نباید تغییر کند، چنانچه هوا در سیلندر به نسبت سوخت کمتر باشد، نه تنها قدرت و کارائی موتور کم می شود بلکه آلایندگی و مصرف سوخت نیز افزایش می یابد. این وضعیت در دورهای بالای موتور اتفاق می افتد و به عبارتی دیگر نسبت سوخت و هوا در دورهای پائین موتور قابل کنترل است ولی وقتی دور موتور افزایش می یابد، می توان میزان سوخت ورودی به سیلندر را افزایش داد ولی جبران کمبود هوا خیلی مشکل است. وجود چنین مشکلی رویکرد طراحان و مهندسین را بر آن داشت تا برای جبران کمبود هوا در دورهای بالا راهی بیابند.
برای حل این موضوع تجهیز خودرو به توربو شارژ یکی از راهکارهایی بود که شرکت های خودروسازی برای جبران کمبود هوا در سیلندر در دورهای بالا به منظور افزایش توان و قدرت بالا به کار می گرفتند. 
اگرچه فن آوری توربو شارژ در سال 1900 توسط یک مهندس سوئیسی اختراع شد اما برای اولین بار شرکت جنرال موتورز بعد از برطرف کردن ایرادهای این سیستم توانست در سال 1962 اولین خودروی مجهز به موتور توربو شارژ را معرفی کند.
توربو شارژ خودرو که معادل آن در فارسی پرخوران است با هدف طراحی موتورهای سبک تر با حجم کمتر و در عین حال قدرتمند تر و با راندمان بالاتر اختراع شد. در حقیقت توربین تعبیه شده بین خروجی دود و ورودی هوا، قدرت خود را از دود خارج شده از منیفولد دود گرفته و به نوعی باعث بهینه تر شدن مصرف سوخت می شود.
در نظر بگیرید که یک خودرو در دنده چهار در حال حرکت در یک جاده مسطح با سرعتی حدود 70 کیلومتر در ساعت است؛ دور موتور در این وضعیت حدود 2000 دور در دقیقه بوده و در این وضعیت میل لنگ در هر ثانیه حدود 34 دور می‌چرخد.  از آنجا که در حال بحث در خصوص موتورهای چهار زمانه هستیم و دور میل سوپاپ نصف دور میل لنگ است و یا به عبارتی دیگر سرعت چرخش میل سوپاپ نصف سرعت چرخش میل لنگ است لذا سوپاپ دود در هر ثانیه حدود 17 بار باز و بسته می‌شود. با توجه به اینکه هوا در اثر خلا نسبی که در اثر پائین رفتن پیستون در سیلندر، وارد سیلندر می‌شود لذا راندمان موتور مناسب است زیرا هوا به مقدار مناسب وارد سیلندر می‌شود.
حال اگر راننده قصد افزایش سرعت خودرو را داشته باشد، می‌بایست پدال گاز را فشار دهد، چنانچه دور موتور به حدود 4500 دور در دقیقه افزایش یابد، میل لنگ در ثانیه 75 دور خواهد چرخید، در این حالت سوپاپ هوا حدود 38 بار در هر ثانیه باز و بسته می‌شود، در این حالت سرعت باز و بسته شدن سوپاپ های هوا آنقدر زیاد است که هوا نمی‌تواند به اندازه کافی و به مقدار مورد نیاز وارد سیلندر شود و در این حالت راندمان موتور به شدت کاهش می‌یابد. به عبارت دیگر مشکلی که در این دور موجب کاهش کارائی موتور می‌شود، کاهش حجم هوای ورودی به داخل سیلندر است؛ در واقع می توان با افزایش فشار سوخت و افزایش زمان پاشش سوخت، سوخت بیشتری وارد سیلندر نمود ولی افزایش میزان هوای ورودی به داخل سیلندر کار بسیار مشکل و دشواری است.

سیستم توربوشارژر در واقع کار افزایش میزان هوای ورودی به داخل سیلندر را انجام می‌دهد و هوا علاوه بر اینکه در اثر خلاء نسبی به داخل سیلندر راه پیدا می‌کند، بوسیله سیستم توربوشارژر نیز به داخل سیلندر تزریق می‌شود و همانطور که با اعداد و ارقام نشان داده شد، این کار صرفا لازم است در دورهای بالا انجام شود؛ به عبارت دیگر سیستم توربوشارژر در دورهای پائین به کار گرفته نشده بلکه در دورهای بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد.
برای متراکم کردن هوای ورودی به داخل سیلندر نیاز به صرف انرژی بالائی است زیرا مطابق قوانین فیزیک متراکم نمودن یک گاز کار بسیار سختی است و نیاز به انرژی بالائی دارد و برای انجام این کار باید مقداری از انرژی و گشتاور تولید شده توسط موتور را صرف عملیات تراکم هوا و هدایت آن به داخل سیلندر کرد.
طراح سیستم توربوشارژر برای انجام این کار از انرژی نهفته در گازهای خروجی اگزوز استفاده کرده است، به عبارت دیگر در سیستم توربوشارژر از انرژی گرمائی خروجی موتور استفاده شده است که از اگزوز خودرو خارج شده و تلف می‌گردد. بدین منظور یک پره در مسیر گازهای خروجی اگزوز قرار گرفته و جریان خروجی اگزوز که دارای انرژی بسیار بالائی است، این پره را می چرخاند، نام این پره توربین است، شفت متصل به این پره(توربین) با پره دیگری متصل است که در مسیر هوای ورودی به داخل موتور قرار گرفته است، این پره کمپرسور نام دارد. در دورهای پائین، انرژی موجود در گازهای خروجی و سرعت خروج گازهای سوخته شده در اثر احتراق زیاد نیست ولی با این حال پره های توربین را می‌چرخاند و این چرخش توسط شفت متصل به آن به کمپرسور منتقل می‌شود اما سرعت چرخش آن در حدی نیست که تغییر محسوسی در روند ورود هوا به داخل سیلندر ایجاد کند. 
در این حالت (دور موتور پائین)، توربین و کمپرسور می‌چرخند ولی عملا تاثیری در افزایش راندمان حجم ورودی هوا به داخل سیلندر ندارند، وقتی دور موتور بالا می‌رود، انرژی حاصل از خروج گازهای حاصل از احتراق به میزان چشم گیری افزایش می‌یابد، این انرژی به پره هائی که در مسیر اگزوز وجود دارد منتقل شده و آنرا به سرعت تحت تاثیر قرار می‌دهد و در نهایت موجب چرخش کمپرسور می‌شود. سرعت بسیار زیاد کمپرسور که در مسیر هوای ورودی به موتور قرار دارد، موجب فشرده شدن هوا شده و این هوای فشرده شده به داخل سیلندر تزریق می‌شود، همانطوری که قبلا نیز اشاره شد در دور بالای موتور، سرعت باز و بست شدن سوپاپ های هوا آنقدر زیاد است که در موتورهائی که فاقد سیستم توربوشارژر هستند فرصت کمی برای ورود هوا به داخل سیلندر در اثر ایجاد خلاء نسبی وجود دارد؛  ولی در موتورهائی که دارای سیستم توربوشارژر هستند، از آنجا که هوای فشرده شده در پشت سوپاپ هوا وجود دارد، به محض اینکه سوپاپ باز می‌شود، هوا با فشار بالا به داخل سیلندر تزریق می‌شود، سیستم پاشش این نوع موتورها DGI و یا پاشش مستقیم نام دارد و بنزین با فشار بالا به داخل سیلندر تزریق می‌شود. میزان فشار بنزین در ریل سوخت در موتورهای فاقد سیستم توربوشارژر حدود 3.5 بار است ولی میزان فشار سوخت در ریل سوخت در موتورهائی که مجهز به سیستم توربوشارژر هستند، تا حدود 80 بار و بالاتر هم نیز می‌رسد، به سادگی می توان تفاوت میزان هوای موجود در سیلندر را در یک موتور مجهز به توربوشارژر و یک موتور فاقد سیستم توربوشارژر احساس نمود.
لازم به ذکر است که موتورهای مجهز به سیستم توربوشارژر دارای دو پمپ بنزین هستند، پمپ بنزین با فشار پائین که مانند خودروهای دیگر در باک بنزین قرار دارند و با برق کار می کنند و پمپ بنزین با فشار بالا که بر روی موتور نصب می شوند، این پمپ ها از نوع مکانیکی بوده و قدرت مورد نیاز خود را از میل سوپاپ دریافت می کند.

نکاتی درباره نگهداری توربوشارژ
استفاده از دنده مناسب
خاموش کردن صحیح خودرو
توقف چند ثانیه خودرو بعد از طی مسافت طولانی (به صورت درجا روشن باشد)
گرم کردن صحیح موتور خودرو و پرهیز از گاز دادن خودرو پس از روشن شدن
استفاده از سوخت مناسب
استفاده از روغن موتور مناسب و تعویض به موقع آن
توجه به زمان تعویض فیلترهای سوخت و هوا
پرهیز از رانندگی هیجانی

مزایای استفاده از توربوشارژ در خودرو 
کاهش آلودگی هوا
تولید انرژی بیشتر
صرفه‌جویی در مصرف سوخت
افزایش قدرت موتور
افزایش راندمان بدون افزایش وزن
قابل استفاده در انواع مختلف وسایل نقلیه
استفاده همه جانبه از آن در موتورهای دیزلی و بنزینی
جلوگیری از هدر رفت انرژی