تاریخچه سوپرشارژر؛ از ظهور قبل از اختراع خودرو تا جای‌گزینی با توربوشارژر

در این مطلب خواهیم دید که سوپرشارژر چگونه جنگ اسب بخار را آغاز کرد و باعث ساخت برخی از جذاب‌ترین خودروهای تاریخ شد.

دستگاهی که بعداً به سوپرشارژر تبدیل شد، چندین دهه قبل از اختراع خودروی درون‌سوز ساخته شد. این دستگاه توسط برادران فیلاندر و فرانسیس روتس با نام Roots Blower در تلاش برای ساخت یک چرخ چاه بهتر متولد شد. این برادران مکانیزمی را توسعه دادند که از اتصال دو پروانه به هم تشکیل شده بود که در جهت مخالف هم می‌چرخیدند. هنگام آزمایش این دستگاه، چرخش پروانه‌ها به‌طور اتفاقی کلاه یک نفر را از سرش بلند کرد و سازندگان متوجه شدند که این دستگاه خیلی خوب هوا را به حرکت درمی‌آورد.

بدین ترتیب، روتس بلاور در سال ۱۸۶۰ ثبت اختراع شد و نقشه‌های اولیهٔ آن که کار فیلاندر بودند، پروانه‌هایی با دو، سه و چهار پره را نشان می‌دهد. در این دستگاه، سیال کم‌فشار مثل هوا از یک سمت وارد می‌شود و چرخش دو پروانه داخل سیستم با افزایش فشار، سیال را مجبور به خروج از سمت دیگر می‌کند. از این دمنده ابتدا در کوره‌ها، تهویه معادن و حتی اولین خط متروی شهر نیویورک استفاده شد؛ بنابراین، مشخص است که این دستگاه هرگز برای استفاده در خودرو یا پیشرانه‌های درون‌سوز طراحی نشده بود. بااین‌حال، مهندسان خیلی زود به پتانسیل آن پی بردند و «رودولف دیزل» در اواخر دههٔ ۱۸۹۰ از سوپرشارژرهای نوع روتس در پیشرانه‌های دیزلی خود استفاده کرد.

پس از اختراع پیشرانهٔ درون‌سوز بنزینی در اواخر قرن نوزدهم نیز کم‌کم از سوپرشارژ در این موتورها استفاده شد. مزیت سوپرشارژر همان چیزی بود که امروز میدانیم. اگر هوای بیشتری وارد محفظهٔ احتراق کنید می‌توانید قدرت بیشتری تولید کنید. سوپرشارژرهای اولیه با تسمه‌ای که به پیشرانه متصل بود و کمپرسور را به چرخش درمی‌آورد، طبق اصول نمونه‌های امروزی کار می‌کردند. هرچند مهندسان خودرو در آغاز قرن بیستم به آزمایش سوپرشارژرها ادامه دادند اما آغاز جنگ جهانی اول به توسعهٔ این سیستم سرعت بخشید و پس از جنگ، مرسدس بنز اولین خودروهای جاده‌ای سوپرشارژ را تولید کرد.

تجزیه‌وتحلیل‌های آن زمان نشان می‌داد که شتاب گیری خودرو از سرعت ۱۵ تا ۵۰ کیلومتر بر ساعت با سوپرشارژر بسیار سریع‌تر است و این قطعه باعث کاهش اندازهٔ منیفولدها و سوپاپ‌ها می‌شود. با وجود همهٔ این مزیت‌ها، مشکل اصلی سوپرشارژر تحمیل بار اضافی به پیشرانه با تسمه‌ای بود که برای چرخاندن کمپرسور از موتور نیرو می‌گرفت درحالی‌که توربوشارژر هرچند از تأخیر رنج می‌برد اما این مشکل را ندارد. بااین‌حال، چندین دهه طول کشید تا توربوشارژ بتواند به پیشرانه‌ها راه پیدا کند و به همین دلیل برای سال‌ها، سوپرشارژر دستگاه محبوب افزایش قدرت موتورها بود.

پس از مرسدس، سوپرشارژرها در خودروهای اسپرت و مسابقه‌ای ظاهر شدند. در اروپا بوگاتی، آلفارومئو و از همه معروف‌تر، بنتلی از این قطعه در پیشرانه‌های خود استفاده کرد. البته بنتلی بلاور که با موتور سوپرشارژ برای لمان ساخته شد هیچ‌گاه در این مسابقه به پیروزی نرسید ولی با سوپرشارژ نوع روتس که جلوی جلوپنجره نصب شده بود، به یک نماد تبدیل شد. بعداً نیز خودروهای گرند پری آلمانی ساخت اتو یونیون و مرسدس بنز نیز برای تولید قدرت بیشتر از سوپرشارژر استفاده کردند. این تکنولوژی در جنگ جهانی دوم هم نقش پررنگی ایفا کرد زیرا همهٔ هواپیماهای جنگی به سوپرشارژر متکی بودند. البته حتی در همان زمان هم مهندسان مزیت‌های توربوشارژر نسبت به سوپرشارژر را می‌دانستند ولی دانش مواد آن سال‌ها اجازهٔ ساخت توربوشارژرهای مناسب را نمی‌داد و درنتیجه، سوپرشارژر حاکم شد.

پس از جنگ جهانی دوم اما سوپرشارژر در خودروهای تولیدی ناپدید شد و در مسابقات هم قوانین فرمول یک در سال ۱۹۵۴ با محدود کردن حجم پیشرانه‌های پرخوران به تنها ۷۵۰ سی‌سی، عملاً استفاده از سوپرشارژر را ممنوع کرد. بااین‌حال، سوپرشارژ به‌طور کامل منقرض نشده بود زیرا هات رادهای آمریکایی با استفاده از این قطعه قدرت‌های عظیمی را از پیشرانه‌های فورد و شورلت بیرون می‌کشیدند و شرکت‌هایی مثل پکستون نیز کیت‌های سوپرشارژر را برای انواع خودروها از بیتل گرفته تا موستانگ ارائه می‌کردند. بااین‌وجود، به‌جز چند استثناء مثل استودبیکر آوانتی، خودروسازان برای چندین دهه در خودروهای تولیدی خود سراغ سوپرشارژر نرفتند تا اینکه لانچیا با معرفی مدل بتا ولیومکس در سال ۱۹۸۳، اولین خودروساز بزرگی بود که دوباره سوپرشارژر را به کار گرفت.

در این خودرو از یک سوپرشارژر برای تولید ۶ psi بوست و بهبود عملکرد در سرعت‌های پایین استفاده شده بود. چند سال بعد، تویوتا مدل اسپرت MR2 را با موتور سوپرشارژ به بازار فرستاد که پرفورمنس یکسانی با پورشه 944S داست که از پیشرانهٔ بزرگ‌تری استفاده می‌کرد و قیمت بسیار گران‌تری داشت. در پایان دههٔ ۸۰ نیز فورد یک سوپرشارژر را به موتور V6 اسکس خود برای تاندربرد اضافه کرد و فولکس‌واگن هم سوپرشارژر خودش را توسعه داد که هرچند با دو اسکرول مارپیچی، ایدهٔ جدید و کارآمدی به نظر می‌رسید اما در عمل غیرقابل‌اعتماد بود و به همین دلیل بجای آن فولکس‌واگن سراغ پیشرانه‌های VR6 رفت.

در دههٔ ۹۰، خودروهای بیشتری با موتور سوپرشارژ ساخته شدند. جگوار و آستون‌مارتین موتورهای شش سیلندر خطی سوپرشارژ را معرفی کردند و مرسدس با SLK کمپرسور دوباره به سوپرشارژر روی آورد. با آغاز قرن بیست‌ویک نیز فورد جدی‌تر از قبل از این سیستم القای اجباری در خودروهای مختلف خود استفاده کرد. ابتدا F150 لایتنینگ در سال ۱۹۹۹ با موتور سوپرشارژ معرفی شد و سپس نوبت به موستانگ کبرا رسید. بخش SVT فورد در پاسخ به جنجال‌های موستانگ کبرا ۱۹۹۹ که قدرتی کمتر از عدد اعلامی داشت، یک سوپرشارژر ایتون را روی موتور موستانگ کبرا ۲۰۰۳ نصب کرد و یک هیولای ۳۹۰ اسب بخاری ساخت. یک سال بعد نیز موتور V8 سوپرشارژ فورد در سینهٔ سوپرکار فورد GT قرار گرفت و با ۵۵۰ اسب بخار قدرت، فراری F430 را زخمی کرد.

استفاده از سوپرشارژر در خودروهای پرفورمنس بالا منطقی بود زیرا پاسخگویی فوری در هر دور موتوری و قدرت بسیار بیشتری با حجم موتور مشخص را ارائه می‌کرد. به همین دلیل، فقط فورد نبود که از سوپرشارژر در خودروهای اسپرت استفاده کرد و مرسدس نیز مدل‌های مختلف AMG را به این نوع پرخوران مجهز کرد. در سال ۲۰۰۹ نیز جنرال موتورز سرانجام با پیشرانهٔ ۶۴۰ اسب بخاری LS9 در کوروت ZR1 و LSA در کادیلاک CTS-V و کامارو ZL1 وارد بازی سوپرشارژ شد. این‌گونه بود که یک جنگ اسب بخار واقعی بین خودروسازان آمریکایی شکل گرفت. چند سال بعد، فورد نیروگاه ۵.۸ لیتری سوپرشارژر ۶۶۲ اسب بخاری را در شلبی GT500 سال ۲۰۱۳ معرفی کرد و دو سال بعد هلکت به میدان آمد.

پیشرانهٔ ۶.۲ لیتری V6 سوپرشارژ دوج در سال ۲۰۱۴ با ۷۰۷ اسب بخار قدرت وارد بازار شد و علاقه‌مندان را دیوانه کرد. بیش از ۷۰۰ اسب بخار قدرت در یک ماسل کار آمریکایی کارخانه‌ای با قیمت زیر ۱۰۰ هزار دلار! سپس جنرال موتورز و فورد با موتورهای V8 سوپرشارژر ۷۰۰ اسب بخاری خود به دوج پاسخ دادند. بااین‌حال، این هیولاها رو به انقراض رفتند زیرا یک توربوشارژر اساساً همان کار سوپرشارژر را بدون تحمیل بار اضافی به موتور و افزایش مصرف سوخت انجام می‌دهد درحالی‌که یک سوپرشارژر همیشه حتی در حالت درجا، بار اضافی روی دوش پیشرانه می‌گذارد.

به همین دلیل، دوج سال گذشته موتور هلکت را کنار گذاشت و هرچند پیشرانهٔ V8 سوپرشارژ جنرال موتورز همچنان در کادیلاک CT5-V بلک‌وینگ زنده است اما استفاده از آن محدود خواهد بود زیرا نسل جدید کوروت ZR1 به موتور توئین توربو مجهز می‌شود. جگوار-لندررور نیز در حال حذف تدریجی پیشرانهٔ V8 سوپرشارژ قدیمی خود و جایگزینی آن با موتور V8 ب‌ام‌و است و بنابراین، موستانگ GTD یکی از معدود خودروهای سوپرشارژ آینده خواهد بود. به‌طورکلی، سوپرشارژر تکنولوژی مناسبی برای زمانی از تاریخ بود که مصرف سوخت اهمیتی نداشت اما امروز که توربوشارژرها بسیار کارآمدتر شده‌اند، این سیستم منسوخ شده و احتمالاً در آینده فقط در کارگاه‌های تیونینگ و فروشگاه‌های افترمارکت دیده خواهد شد.