مروری بر تاریخچه توربوشارژر و اولین خودروهای توربوی جهان

این روزها توربوشارژرها به قطعه‌ای متداول و حتی ضروری در پیشرانهٔ خودروها تبدیل شده‌اند تا جایی که در بازارهای جهانی کمتر خودرویی را با پیشرانهٔ تنفس طبیعی می‌توان پیدا کرد. دلیل این موضوع ساده است، توربوشارژرها باعث تولید قدرت بیشتر و درعین‌حال کاهش مصرف سوخت می‌شوند. به همین دلیل، امروزه در هر خودرویی که فکرش را بکنید از فولکس‌واگن پولو گرفته تا بوگاتی شیرون می‌توان توربوشارژر را دید؛ اما توربوشارژر چه زمانی در خودروها استفاده شد و اولین خودروهای توربوی جهان کدامند؟ در ادامه به این سؤالات پاسخ می‌دهیم.

برخلاف تصور، توربوشارژرها تقریباً از همان سال‌های ابتدایی اختراع پیشرانهٔ درون‌سوز وجود داشته‌اند اما دهه‌ها طول کشید تا از آن‌ها در خودروهای سواری استفاده شود. به گفتهٔ اکثر منابع، تولد توربوشارژر به سال 1905 و ثبت اختراع یک مهندس سوئیسی بنام «آلفرد بوچی» بازمی‌گردد. وی اولین پروتوتایپ توربوشارژر خود را در سال 1915 تکمیل کرد اما اولین استفادهٔ تجاری آن 10 سال بعد صورت گرفت یعنی زمانی که بوچی با موفقیت توربوشارژر را روی پیشرانهٔ دیزلی 10 سیلندر دو کشتی مسافربری بزرگ آلمانی نصب کرد و قدرت آن را از 1750 به 2500 اسب بخار افزایش داد. این کار نشان داد که می‌توان از توربوشارژر در وسایل نقلیهٔ دریایی و ریلی استفاده کرد. قبل از اختراع توربوشارژر، القای اجباری فقط از طریق سوپرشارژرهای مکانیکی انجام می‌شد که استفاده از آن‌ها در سال 1878 آغاز شده بود.

در جنگ جهانی دوم نیز از توربوشارژرها در موتور هواپیماهای مختلف استفاده شد. بوئینگ B-17، لاکهید P-38 و فوک ولف FW-190 از اولین هواپیماهای توربوشارژ جهان بودند. اولین استفاده از توربوشارژر در وسایل نقلیهٔ جاده‌ای نیز در اوایل دههٔ 30 توسط شرکت کامیون‌سازی سوئیسی سائورر انجام گرفت. سپس در طول دههٔ 50، خودروسازان تحقیقاتی را در مورداستفاده از توربوشارژر در خودروهای سواری آغاز کردند اما اندازهٔ بزرگ توربوشارژرهای اولیه و همین‌طور تأخیر توربو مانعی بر سر این کار بود. بااین‌حال، به دلیل مزیت‌های بزرگ توربوشارژر، تنها چند دهه زمان نیاز بود تا بتوانیم این قطعه را زیر کاپوت خودروها ببینیم.

در دههٔ 60 برای اولین بار از توربوشارژر در خودروها استفاده شد اما به دلیل قابلیت اطمینان پایین موتورهای توربو و مشکلات دیگری که در ادامه خواهیم گفت، استفادهٔ گسترده از توربوشارژر تا پیش از دههٔ 80 آغاز نشد.

در اوایل دههٔ 60، الدزمبیل به این نتیجه رسید که پیشرانهٔ 3.5 لیتری V8 مدل کاتلاس قدرت کافی ندارد. این شرکت اما بجای توسل به زرادخانهٔ افسانه‌ای موتورهای هشت سیلندر بلوک کوچک و بزرگ جنرال موتورز، تصمیم گرفت کاری انجام دهد که هیچ خودروسازی تا آن زمان انجام نداده بود. الدزمبیل با همکاری شرکت گرت، موتور 3.5 لیتری کاتلاس را به توربوشارژر مجهز کرد تا در سال 1962 مدل جت‌فایر به‌عنوان اولین خودروی توربوشارژ تولیدی جهان متولد شود. به لطف توربو، موتور 3.5 لیتری الدزمبیل حالا 215 اسب بخار قدرت و 407 نیوتن متر گشتاور تولید می‌کرد؛ اما استفاده از توربوشارژر در یک خودروی تولید انبوه چالش‌های بزرگی را پیش روی مهندسان دههٔ 60 گذاشت.

مشکل اول نسبت تراکم 10.25 به یک این پیشرانه بود که بدون سیستم‌های مدرن مدیریت موتور باعث افزایش ناک زدن می‌شد. البته مهندسان با اسپری کردن مخلوط آب و اتانول به داخل موتور این مشکل را برطرف کرده بودند اما این سیستم چندان کاربردی نبود. مشکل بعدی قیمت جت‌فایر بود. این خودرو 300 دلار از کاتلاس معمولی گران‌تر بود که در آن زمان اختلاف بسیار زیادی محسوب می‌شد. علاوه بر این، پیشرانهٔ توربوشارژ الدزمبیل با مشکلات قابلیت اطمینان هم مواجه بود و به همین دلیل هرچند جت‌فایر به‌طور قابل‌توجهی از کاتلاس تنفس طبیعی سریع‌تر بود اما هرگز موردتوجه خریداران قرار نگرفت. از جت‌فایر تنها 3,765 دستگاه ساخته شد و الدزمبیل پس از تنها یک سال به تولید آن پایان داد.

تنها چند هفته پس از معرفی الدزمبیل جت‌فایر، شورلت در بهار سال 1962 برای مدل موتور عقب کورویر پیشرانهٔ توربوشارژ را ارائه کرد تا دومین خودروی توربوی تولیدی متولد شود. این موتور که فقط برای کورویر مونزا (نسخه‌های کوپه و کانورتیبل) ارائه می‌شد، یک نمونهٔ 2.3 لیتری شش سیلندر تخت بود که 150 اسب بخار قدرت تولید می‌کرد. برخلاف الدزمبیل، موتور توربو در کورویر عمر طولانی‌تری کرد و حتی در نسل دوم این خودرو که در سال 1965 معرفی شد نیز یک پیشرانهٔ 2.8 لیتری توربو با 180 اسب بخار قدرت ارائه شد. این موتور که فقط برای کوروت کورسا قابل انتخاب بود، شتاب صفر تا 96 کیلومتر حدود 7 ثانیه را فراهم می‌کرد.

سومین خودروی توربوشارژ تولید انبوه جهان هم ساخت آمریکا بود. این ماشین اما نه خودرویی اسپرت بلکه یک شاسی‌بلند بزرگ 4x4 بود. از سال 1965 تا اوایل 1968 شاسی‌بلند اسکات ساخت شرکت اینترنشنال هاروستر با یک پیشرانهٔ 2.5 لیتری چهار سیلندر توربو قابل خریداری بود. این موتور حدود 110 اسب بخار قدرت تولید می‌کرد که 20 اسب بخار بیشتر از نسخهٔ تنفس طبیعی همین موتور 2.5 لیتری قوی‌تر بود و به سیستم اسپری آب هم نیازی نداشت. بااین‌حال، حدود سه سال بعد اینترنشنال با ارائهٔ پیشرانهٔ بزرگ‌تر 3.2 لیتری چهار سیلندر تنفس طبیعی که همان میزان قدرت را با مصرف سوخت کمتری تولید می‌کرد، موتور توربو را کنار گذاشت. پس از این نیز با وقوع بحران نفتی در دههٔ 70، استفاده از توربوشارژر منطقی نبود و به همین دلیل حدود یک دهه طول کشید تا دوباره روی پیشرانه‌های آمریکایی توربوشارژر نصب شود.

اروپایی‌ها حدود یک دهه بعد از آمریکایی‌ها به فکر استفاده از توربوشارژر در خودروهای سواری افتادند و در سال 1973 در نمایشگاه فرانکفورت ب‌ام‌و 2002 توربو به‌عنوان اولین خودروی توربوشارژ اروپایی معرفی شد. این خودرو به یک پیشرانهٔ 2 لیتری چهار سیلندر توربو مجهز شده بود که 170 اسب بخار قدرت و 240 نیوتن متر گشتاور تولید می‌کرد. این درواقع همان پیشرانهٔ مدل 2002 tii بود که توربوشارژری ساخت شرکت KK&K مجهز شد. علاوه بر این، برای جلوگیری از ناک زدن، محفظه‌های احتراق بزرگ‌تر شدند و نسبت تراکم به 6.9 به یک کاهش یافت. 2002 توربو هرچند خودروی بسیار سریعی بود اما از مشکلات بزرگی مثل مصرف سوخت بسیار بالا و تأخیر توربوی وحشتناک رنج می‌برد. به همین دلیل، 2002 توربو که دقیقاً پیش از بحران نفتی سال 1973 معرفی شده بود، مثل جت‌فایر فقط یک سال دوام آورد و تنها 1,672 دستگاه از آن ساخته شد.

پورشه در اواخر دههٔ 60 آزمایش تکنولوژی توربوشارژر را روی خودروهای مسابقه‌ای خود آغاز کرد و در سال 1972 نیز توسعهٔ نسخهٔ توربوشارژ 911 را کلید زد. این خودرو در سال 1974 معرفی و یک سال بعد روی خط تولید رفت. 911 توربو در ابتدا فقط برای مطابقت با قوانین مسابقات که الزام به تولید تعدادی نسخهٔ جاده‌ای از خودروهای مسابقه‌ای داشت در نظر گرفته شده بود اما به‌سرعت در بین علاقه‌مندان به خودرو محبوب شد تا جایی که تا اوایل سال 1976 تعداد هزار دستگاه از آن به تولید رسید. 911 توربو از همان پیشرانهٔ 3 لیتری شش سیلندر تخت 911 کاررا RS 3.0 استفاده می‌کرد که به یک توربوشارژر ساخت KK&K مجهز شده بود. این موتور 260 اسب بخار قدرت و 330 نیوتن متر گشتاور تولید می‌کرد که بسیار بیشتر از کاررا بود و 911 توربو را به سریع‌ترین خودروی تولیدی جهان تبدیل کرد. این مهم‌ترین نقطهٔ عطف در تاریخ پیشرانه‌های توربو بود و پس از این تمایل خودروسازان به استفاده از توربوشارژ افزایش یافت.

سال 1978 سال مهمی برای موتورهای توربو بود. در این سال نسخهٔ توربوشارژ ساب 99 معرفی شد که پس از الدزمبیل جت‌فایر، یکی از اولین خودروهای توربوشارژ خانوادگی محسوب می‌شد. خودروهای توربوشارژ قبلی مدل‌هایی اسپرت و تخصصی بودند که رانندگی با آن‌ها دشوار بود اما ساب 99 توربو یک خودروی خانوادگی راحت بود هرچند که فقط به‌صورت کوپه ارائه می‌شد. موتور 2 لیتری توربوشارژ این ماشین با تولید 145 اسب بخار قدرت امکان دستیابی به حداکثر سرعت 200 کیلومتر بر ساعت را فراهم می‌کرد. تا اوایل سال 1979 بیش از 10 هزار دستگاه از 99 توربو ساخته شد و ساب را با موفقیت وارد بخش جدیدی از بازار کرد.

یکی دیگر از اتفاقات مهمی که در سال 1978 برای توربوشارژرها رخ داد، معرفی مرسدس بنز 300SD به‌عنوان اولین خودروی سواری جهان با موتور دیزلی توربو بود. این خودرو از یک پیشرانهٔ 3 لیتری پنج سیلندر دیزلی با توربوشارژر گرت استفاده می‌کرد که از خودروی آزمایشی C111 گرفته شده بود و 110 اسب بخار قدرت و 228 نیوتن متر گشتاور داشت. 300SD نشان داد که توربوشارژ روی بهبود عملکرد موتورهای دیزلی تأثیر بسیار بیشتری نسبت به نمونه‌های بنزینی دارد زیرا چرخهٔ احتراق موتورهای دیزلی به تراکم بالا بستگی دارد و القای اجباری به‌راحتی می‌تواند قدرت و کارایی این پیشرانه‌ها را بهبود بخشد. به همین دلیل، به‌سرعت مشخص شد که موتورهای توربودیزل بسیار بهتر از نمونه‌های دیزلی تنفس طبیعی هستند. مرسدس 300SD که فقط در بازار آمریکای شمالی و ژاپن عرضه می‌شد، به خودروی پرفروشی تبدیل شد اما علیرغم محبوبیت خودروهای دیزلی در اروپا، 300SD هیچ‌گاه در این قاره عرضه نشد تا سال 1991 که مرسدس مدل 300SD نسل W140 را برای اروپا و بازارهای جهانی معرفی کرد.

در سال 1978 بیوک برای نسل دوم رگال پیشرانهٔ 3.8 لیتری V6 توربو را ارائه کرد. این اولین خودروهای آمریکایی توربوشارژ پس از اینترنشنال اسکات و همین‌طور تنها خودروی توربوی بازار آمریکا در کنار سه مدل وارداتی ساب 99، پورشه 911 توربو و مرسدس بنز 300SD محسوب می‌شد. رگال توربو با کاربراتور دو دهنه 150 اسب بخار و با کاربراتور چهار دهنه 165 اسب بخار قدرت داشت. این خودرو بعداً منجر به ساخت مدل افسانه‌ای و قدرتمند گرند نشنال در سال 1982 شد که قدرت آن در سال 1987 به 245 اسب بخار رسید.