چگونه توربوشارژر برقی به کاهش آلایندگی و بهبود عملکرد فنی کمک می‌کند؟

در چند سال گذشته، درباره‌ی تقویت برق (e-boosting) پیشرانه‌های دیزلی شنیده‌ایم. تعدادی از برندهای معروف هم‌اکنون از این فناوری همراه‌با توربوشارژرهای معمولی برای بهبود واکنش یا پاسخ پیشرانه در دورها و قدرت کم استفاده می‌کنند؛ درحالی‌که از توربوشارژر معمولی در دورهای بالاتر به‌منظور پمپ‌کردن هوای کافی به داخل پیشرانه استفاده می‌شود.

یکی از فناوری‌های جدید صنعت خودرو، توربوشارژر برقی (e-turbocharger) است که به‌عنوان یکی از روش‌های کمک به پیشرانه برای سازگاری با قوانین آینده درباره‌ی انتشار گازهای گلخانه‌ای شناخته می‌شود. این فناوری قبلا در فرمول یک استفاده شده است و مرسدس AMG به‌همراه گرت‌موشن (Garrett Motion)، سازنده معروف توربوشارژر، برای استفاده در خودروهای جاده‌ای در حال توسعه‌ی آن هستند.

تقویت‌کننده‌های برقی (بوستر برقی یا سوپرشارژرهای برقی) کاملا با توربوشارژرهای برقی متفاوت هستند. توربوشارژر معمولی انرژی خود را از گازهای خروجی اگزوز می‌گیرد و از دو مؤلفه‌ی اصلی تشکیل شده است: یک توربین که گازهای خروجی آن را می‌گرداند و یک کمپرسور که درواقع هوای ورودی به پیشرانه را زیرفشار قرار می‌دهد.

بوستر‌های برقی به‌جای توربین از موتور الکتریکی ۴۸ ولت به‌عنوان جایگزین بهره می‌برند؛ بنابراین، گازهای خروجی در کار آن دخیل نیست. سوپرشارژر برقی می‌تواند هنگامی که انرژی گازهای خروجی اگزوز بسیار کم است، باعث تقویت فشار شود و تأخیر را از بین ببرد و همین امر باعث می‌شود پاسخ سریعی به پدال گاز بدهد. ازبین‌بردن تأخیر و پاسخ سریع سوپرشارژر برقی به‌عنوان یکی از مزیت‌های اصلی آن شناخته می‌شود.

توربوشارژرهای برقی نیز از توربین و کمپرسور بهره می‌برند؛ اما موتور برقی برای تقویت پاسخ توربوشارژر به آن اضافه می‌کنند که با غلبه بر اینرسی توربین و کمپرسور باعث می‌شود تا بستگی چندانی به سرعت پیشرانه نداشته باشند. این موتور به واکنش توربوشارژر هنگام کم‌بودن انرژی گاز خروجی کمک و ازطریق معادل سیستم ترمز احیاکننده در توربوشارژر، انرژی را بازیافت می‌کند. هنگامی‌که راننده پای خود را از روی پدال گاز برمی‌دارد، هنوزهم در گازهای خروجی اگزوز و قسمت‌های دوّار انرژی زیادی وجود دارد.

درواقع هنگامی‌که به تقویت توربوشارژر نیازی نباشد، انرژی خود را حفظ می‌کند و از آن برای استفاده در شرایط آینده بهره می‌برد. به‌همین‌دلیل تمام سیستم‌های توربو شیر تخلیه دارند تا جریان خروجی را از توربوشارژر منحرف کند و مستقیما به منیفولد خروجی انتقال دهد. علاوه‌بر‌این، شیر اطمینان وجود دارد که فشار تقویت‌شده را از سمت ورودی پیشرانه آزاد می‌کند. توربوشارژر الکتریکی از انرژی اضافی برای تولید برق بهره می‌برد که در باتری سیستم هیبریدی ذخیره می‌شود.

ایده‌ی گفته‌شده به این معنا است که توربوشارژر به‌قول گرت‌موشن می‌تواند به‌اندازه‌ی مناسب برای هر کار تولید شود‌؛ یعنی لازم نیست اندازه‌ی بزرگی داشته باشد و می‌تواند در اندازه‌های کوچک نیز ساخته شود. این موضوع به‌‌ویژه برای استراتژی‌های احتراق به‌منظور سازگاری با مقررات آتی تولید گازهای گلخانه‌ای ضروری است.

مرسدس AMG در این مرحله اعلام نکرد که آیا تجربه‌ی فرمول یک را دنبال خواهد کرد یا از قابلیت بازیابی انرژی الکتریکی بهره خواهد برد؛ اما گفته است که از توربوشارژر برقی می‌توان برای حفظ فشار تقویتی در دورهای آرام (برداشتن پای راننده از روی پدال گاز) استفاده کرد و سپس دوباره برای پاسخ سریع دریچه‌ی گاز آن را بازگرداند. 

شرکت بورگ‌وارنر (BorgWarner) نیز فناوری مشابهی توسعه داده که تاکنون فقط برای پیشرانه‌های کامیون دردسترس است؛ درحالی‌که شرکت BMTS Technology (شرکت سابق Bosch Mahle Turbo Systems) آوریل گذشته برنامه‌ای برای تولید توربوشارژر برقی در نمایشگاه موتور شانگهای اعلام کرد.

سوپرشارژرها هنوزهم در اطراف وجود دارند؛ اما به‌دلیل بهره‌وری بیشتر و بهبود پاسخ توربوشارژرها، استفاده از آن‌ها در حال کاهش است. محرک مکانیکی دمنده به این معنی است که به‌لطف فشار کم گازهای خروجی اگزوز دچار تأخیر نمی‌شود. ناگفته نماند جگوار، لندرور، لوتوس، ولوو و تعدادی از خودروهای اسپرت آمریکایی هنوزهم از سوپرشارژرها استفاده می‌کنند.