"זה אוטו שתיין", "כמה הוא שותה?" – בדרך כלל אנחנו נוטים להתייחס אל מכוניות ומנועים מזווית הדלק שהם צורכים. יש בזה הגיון, הרי אנחנו צריכים לשלם על הדלק, בעוד האוויר הוא חינם אין כסף. אבל כבר מזמן גילו מהנדסי הרכב שאין שום בעיה להאכיל את המנוע בכמה דלק שרק ירצה – הבעיה האמיתית היא הנשימה. איך לגרום למנוע לנשום מספיק אוויר כדי לשרוף את הדלק, ולהפוך אותו לכוח מכאני שמיש.
כמה מזמן? כבר במאה ה-19, בשחר ימי מנועי הבעירה הפנימית, העסיקה הבעיה הזו את חלוצי התעשייה כגון דיימלר ודיזל, שחקרו דרכים לדחוס יותר אוויר אל תוך הגלילים הגדולים של המנועים שהמציאו. אך בראשית הדרך היה מדובר במדחסים מכאניים, כאלו המונעים על ידי שרשרת/חגורה/גל הינע מהמנוע כדי להפעיל את האלמנט שדוחס אוויר. אין מחלוקת על כך שהפטנט הראשון על מדחס טורבו - מדחס המנצל את האנרגיה האצורה בגזי הפליטה - נרשם ב–1905, על ידי מהנדס שוויצרי בשם Alfred Büchi, אולם מי היו הראשונים לבנות מנוע שמיישם את המגדש החדש הוא עניין קצת פחות וודאי - לא מפתיע בתקופה בה מאות ואלפי ממציאים ומכונאים עסקו ללא הרף בבניית אבי טיפוס של מנועים, ולא תמיד טרחו לתעד את עבודתם כראוי.
צילום: מנהל
סאאב. הורידה את הטורבו אל לעם
חלק מהמקורות טוענים כי היה זה אלפרד עצמו שפיתח את הטורבו העובד הראשון, בעוד אחרים טוענים כי הייתה זו חברת Murray-Willat, שב-1910 הצליחה לייצר מנוע מוגדש טורבו שגם עבד, אולם בכל מקרה, אף אחד מהם לא הגיע לשלב הייצור הסדרתי. במהלך מלחמת העולם הראשונה (1914–1918) מהנדס צרפתי בשם Auguste Rateau הצמיד מגדשי טורבו למנועי מטוסים צרפתיים, אולם גם ניסיונות אלו לא הבשילו לכדי ייצור סדרתי.
לגבי מנועי טורבו סדרתיים התמונה כבר קצת יותר ברורה. אומנם האמריקאים המציאו את האמרה there’s no replacement for displacement (אין תחליף לסמ"קים בתרגום חופשי), ורבים מהם דבקים בה עד היום, אולם מתברר שדווקא הם היו הראשונים לאמץ את הטכנולוגיה החדשה באופן סדרתי. ראשית בתחום המטוסים - אלו סבלו מירידה חדה בביצועים בטיסה בגובה גבוה בגלל האוויר הדליל (בגובה של 18,000 רגל, כ-5.5 ק"מ, צפיפות האוויר היא חצי מצפיפותו בגובה פני הים, והירידה בהספק מקבילה), ולכן הגדשת המנועים הייתה מהלך נפוץ, אולם בדרך כלל נעשה שימוש במדחסים מכאניים (מגדש-על או סופר-צ'ארג'ר) הפשוטים יותר לבניה.
צילום: מנהל
איך גורמים למנוע לנשום מספיק אוויר כדי לשרוף את הדלק, ולהפוך אותו לכוח מכאני שמיש?
אלא שמגדש מכאני, כמשתמע משמו, צורך הספק מהמנוע לפעולתו, ולכן פוגע הן בהספק המרבי שניתן להפיק מהמנוע, והן בצריכת הדלק. לכן פתחה חברת הענק ג'נרל אלקטריק בניסויים עם מגדשי טורבו ב-1918, כשהצמידה מגדש כזה למנוע ליברטי תעופתי (מנוע V12 ענק, שהיה בשימוש נרחב באותה תקופה), והוכיחה את יעילות הקונספט על פסגת פייקס-פיק. בעקבות הניסויים המוצלחים עברה החברה לייצר מנועי מטוסים מוגדשי טורבו בשנות העשרים, ובמלחמת העולם השנייה כבר היה הטורבו בשימוש נרחב במטוסים תוצרת ארה"ב, חלקם מוכרים מאוד כמו ה-B17 או ה-P38 לייטנינג.
אם נתעלם לרגע משימוש בטורבו במנועי ענק, כגון אלו המשמשים באניות וקטרים, נגלה כי דילגנו הישר אל שנות החמישים, כאשר יותר ויותר חברות המייצרות מנועי משאיות, החלו לנצל את הידע שנצבר בתחום מגדשי הטורבו במנועי מטוסים, לטובת מנועי משאיות. עדיין מנועים גדולים - אבל פחות. אבל אנחנו נשאר כרגע בתחום מכוניות הנוסעים ולכן, ברשותכם, נדלג עוד כמה שנים קדימה.
צילום: מנהל
ה-911 טורבו הפיקה 260 כ"ס ממנוע 3.0 ליטר, וזכתה גם כן לשם פרוע במיוחד
כמו במטוסים, הראשונים לאמץ את הטכנולוגיה היו האמריקאים. אחרי מספר שנים בהם נוסתה הטכנולוגיה על מסלולי המרוצים, הגיעו מכוניות הטורבו הסדרתיות הראשונות ב–1962 - שברולט קורבייר מונזה ספיידר ואולדסמוביל קטלס ג'טפייר. בקורבייר המניע למהלך היה המבנה ההנדסי יוצא הדופן שלה - בניסיון להתחרות בחיפושית, יצרה שברולט מכונית מנוע אחורי עם מנוע בוקסר שישה צילינדרים בנפח 2.3 ליטר. בגרסה המקורית הוא הפיק 80 כ"ס (או 102 בגרסאות החזקות), שלא הספיקו כאשר ניגשו בשברולט לתכנן גרסה ספורטיבית לקורבייר. ומכיוון שאי אפשר היה לשתול בתא המנוע האחורי מנוע V8, כמקובל במקרים כאלו, הוחלט על השתלת טורבו – עניין שהקפיץ את ההספק ל-140 כ"ס. המומנט גדל באופן משמעותי עוד יותר, כשצמח ב-64% לכ-28 קג"מ. מגזין road&track התלהב וכתב "שברולט הצליחה להפוך את מנוע ה-145 (אינץ' מעוקב) שלה למנוע המקביל למנוע 210 תוך העלאת המשקל ב-30 פאונד (כ-13.5 ק"ג) בלבד!" . גרסה זו נשארה ביצור במשך ארבע שנים.
צילום: מנהל
שברולט קורבייר
מנוע הג'טפייר של אולדסמוביל היה במבנה שמרני יותר - V8 אמריקאי קלאסי בנפח 3.5 ליטר. אולם הוא כלל חידוש נוסף – הזרקת נוזל (תערובת של מים, מתנול וחומר מונע קורוזיה) שדאגה למנוע צלצולים – עניין בעייתי בשל יחס הדחיסה הגבוה של המנוע (10.25). אם מיכל הנוזל – שזה לשם הצנוע "נוזל רקטות טורבו" – היה מתרוקן, הטורבו היה מנוטרל כדי למנוע נזק למנוע. גם כאן, ההספק היה מרשים מאוד ביחס לתקופה – 215 כוחות סוס, כ"ס לכל אינץ' מעוקב, לעומת 185 כ"ס לגרסת הביצועים הרגילה של אותו מנוע, ועם יתרון גדול גם במומנט. אולם המנוע סבל מבעיות אמינות, ויצור הדגם הופסק אחרי שנתיים.
צילום: מנהל
מנוע הג'טפייר של אולדסמוביל
עוד עשור חולף, ואנחנו מגיעים לאירופה, ולהתחלה האמיתית של עידן הטורבו במכוניות, שנמשך עד היום. ב.מ.וו נוחלת הצלחה רבה על המסלולים עם גרסה מוגדשת של ה-2002ti, ומחליטה לייצר גרסת כביש של הדגם ב-1973 - אם תרצו, זו ה-M3 הראשונה, עוד לפני שקיבלה את השם המיתולוגי. מנוע ה-2.0 ליטר עם הזרקת הדלק המכאנית מקבל מגדש KKK בלחץ נמוך – עוד לא הומצאו אלמנטים לשליטה בלחץ ההגדשה כגון הוויסטגייט (wastegate, שסתום עודפים הפורק לחץ עודף אל מחוץ לסעפת היניקה) – וההספק מטפס מ-130 כ"ס ל-170 כ"ס והמומנט צמח ל-24.5 קג"מ. המכונית עוררה התלהבות רבה - וזעם ציבורי - מהרגע הראשון, הן בשל ההופעה המוחצנת והן בשל מאפייני הניהוג הפרועים, שנבעו בין היתר מהשהיית הטורבו הארוכה ועקומת הכוח המאוד לא לינארית, ויצורה הופסק אחרי פחות משנתיים.
שנה אחרי זה הצטרפה גם פורשה לחגיגת הטורבו, עם ה-911 טורבו שהפיקה 260 כ"ס ממנוע 3.0 ליטר – וזכתה גם כן לשם פרוע במיוחד. אבל מי ש"הורידה את הטורבו אל העם" הייתה סאאב, שנזקקה למנוע חזק יותר עבור הסאאב 99 שלה. אחרי שבחנה אפשרות השתלת מנוע V8 (של טריומף) החליטה לנטוש את הרעיון, והציגה ב–77' (ייצור ב-78') גרסת טורבו – 2.0 ליטר, 145 כ"ס - שכבר כללה אלמנטים מודרניים כגון וויסטגייט, ובשלב מאוחר יותר גם המציאה את חיישן הנקישות - אלמנט חיוני לאמינות ואורך חיים במנוע טורבו.
צילום: מנהל
ב.מ.וו נחלה הצלחה רבה על המסלולים עם גרסה מוגדשת של ה-2002ti
שנות השמונים היו הבמה לטירוף טורבו בליגות המרוצים הבכירות – הפורמולה 1 והראלי - שם הפיקו מנועי טורבו הספקים מטורפים. בפורמולה 1 הפיקו מנועים מוגדשים הספקים של 1200 כ"ס ויותר מנפח של 1.5 ליטר (בגרסאות המיועדות למקצי הדרוג) ולמרות השהיית טורבו איומה, שלטו במסלולים ללא עוררין. בראלי הפיקו מכוניות קבוצה B הספקים של 450 כ"ס ויותר ממנועים בנפח של 2.0 ליטר ואף פחות מכך, וגם כאן למתחרות האטמוספריות לא היה סיכוי. וגרסאות ספורטיביות קיצוניות, מרביתן גרסאות הומולגציה למכוניות מרוץ, הופיעו גם על הכבישים הציבוריים – הלנצ'יה דלתא טורבו (ואחרי זה האינטגרלה), הרנו 5 טורבו עם המנוע המרכזי ועוד – במקביל למנועי טורבו ננסיים כמו אלו שנשתלו באוטוביאנקי Y10 או בשרייד (שתיהן אף עלו ארצה).
אולם בשנות ה-90 נראה היה שהזרם מתדלדל, ומנועי הטורבו מפסידים – לפחות בזירה העממית יותר – למנועי V16 מהירי תגובה, שהצליחו להפיק הספקים גבוהים מספיק בזכות יעילות משופרת בסל"ד גבוה. ואז הגיעו תקנות צריכת הדלק החדשות, עם דרישות הולכות ומחמירות לגבי צריכת דלק ופליטת מזהמים, שדחפו את היצרנים לחפש דרכים לייצר מנועים חסכוניים יותר ויותר, מבלי לפגוע בביצועים. והשאר, כמו שאומרים, הוא היסטוריה...