Turbo - compressor (kompressor). Τι είναι, πως λειτουργούν, ιδιαιτερότητες....
Τα υπερτροφοδοτούμενα αυτοκίνητα, χρησιμοποιούν 2 ειδών υπερσυμπιεστές, ξεχωριστά ή και σε συνδυασμό όπως οι TSI του VW GROUP.
Τους υπερσυμπιεστές καυσαερίων (turbo) και τους μηχανικούς υπερσυμπιεστές (compressor, supercharger).
Σε σύγκριση μεταξύ τους, οι υπερσυμπιεστές καυσαερίων (turbo) έχουν λιγότερες απώλειες ισχύος, λιγότερες φθορές, μικρότερη κατανάλωση, καλύτερη αξιοπιστία αλλά παρουσιάζουν υστέρηση στις χαμηλές στροφές (μέχρι τα καυσαέρια να αποκτήσουν αρκετή κινητική ενέργεια για να γυρίσουν τη φτερωτή). Οι μηχανικοί υπερσυμπιεστές (compressor, supercharger) έχουν άμεση απόκριση αλλά και μεγαλύτερες φθορές, κατανάλωση, και απώλειες ισχύος.
Σήμερα σχεδόν όλοι οι κινητήρες πετρελαίου και οι περισσότεροι βενζίνης, χρησιμοποιούν υπερσυμπιεστές.
Οι περισσότεροι υπετροφοδοτούμενοι κινητήρες χρησιμοποιούν turbo κυρίως λόγω του μικρότερου κόστους και λόγω της πιο αξιόπιστης λειτουργίας τους (χωρίς αυτό να σημαίνει ότι δεν παρουσιάζουν βλάβες ή καταστροφή της τουρμπίνας. Τα τελευταία χρόνια βέβαια, η αξιοπιστία τους έχει βελτιωθεί κατά πολύ.).
TURBO
Το Turbo ή υπερσυμπιεστής καυσαερίων, αποτελείται από δύο φτερωτές, συνδεδεμένες μεταξύ τους με έναν άξονα. Η πρώτη φτερωτή γυρίζει από τα καυσαέρια, μεταδίδοντας την κίνηση στην άλλη φτερωτή, η οποία συμπιέζει τον αέρα και στέλνει μεγαλύτερες ποσότητες αέρα στην εισαγωγή του κινητήρα.
Η συμπίεση του αέρα, αυξάνει την θερμοκρασία του. Έτσι πριν ο αέρας φτάσει στην εισαγωγή του κινητήρα, περνάει από το intercooler (εναλλάκτης θερμότητας),το οποίο είναι στην ουσία ένα ψυγείο και ψύχεται.
Έτσι με την μεγαλύτερη μάζα αέρα (περισσότερο οξυγόνο), γίνεται καλύτερη καύση αυξάνεται η πίεση και σε συνδυασμό με την παροχή μεγαλύτερης ποσότητας καυσίμου, ο κινητήρας παράγει περισσότερη δύναμη και ροπή, διαθέσιμη σε χαμηλότερες στροφές απ' ότι σ' ένα ατμοσφαιρικό κινητήρα.
Όταν ο κινητήρας φτάσει την πίεση για την οποία είναι προορισμένος, τα επιπλέον καυσαέρια που παράγονται, παρακάμπτουν το turbo μέσω της βαλβίδας διαφυγής (wastegate).
wastegate
Όταν ο οδηγός αφήσει το γκάζι, ο αέρας που μένει μέσα στο turbo εκτονώνεται στο περιβάλλον μέσω της βαλβίδας εκτόνωσης (η γνωστή μας σκάστρα (blow off valve)).
ανοικτού τύπου σκάστρα
κλειστού τύπου σκάστρα
Λόγω της πολύ μεγαλύτερης ροπής και δύναμης, ο κινητήρας περιστρέφεται σε πολύ λιγότερες στροφές με αποτέλεσμα να καταναλώνει λιγότερο καύσιμο απ' ότι ένας αντίστοιχος ατμοσφαιρικός κινητήρας. Βέβαια σε περιπτώσεις μεγάλης πίεσης, καταναλώνει περισσότερο καύσιμο.
Όπως αναφέραμε παραπάνω οι κινητήρες με turbo έχουν υστέρηση στις χαμηλές στροφές, μέχρι τα καυσαέρια να αποκτήσουν αρκετή κινητική ενέργεια για να γυρίσουν τη φτερωτή (turbo lag). Οι αυτοκινητοβιομηχανίες έχουν σχεδόν εξαφανίσει ή τουλάχιστον έχουν ελαχιστοποιήσει το turbo lag, χρησιμοποιώντας διάφορες τεχνικές.
Ορισμένες από τις τεχνικές είναι:
- Η χρησιμοποίηση 2 υπερσυμπιεστών (turbo ή compressor) σε σειρά. Ένα compressor ή μικρότερο turbo για τις χαμηλές στροφές και ένα μεγαλύτερο turbo για τις υψηλές στροφές.
- Η χρησιμοποίηση turbo μεταβλητής γεωμετρίας (VTG). Το turbo μεταβλητής γεωμετρίας συναντάται συνήθως σε κινητήρες πετρελαίου λόγω της χαμηλότερης θερμοκρασίας καυσαερίων. Στους κινητήρες βενζίνης η υψηλότερη θερμοκρασία οδηγεί σε μεγάλες φθορές (αυτό δεν σημαίνει ότι δεν υπάρχουν κινητήρες βενζίνης με VTG όπως σε οχήματα της PORSCHE ή στον 1,5 TSI του VW GROUP (130ps)). Η διαφορά του turbo μεταβλητής γεωμετρίας με το "απλό" turbo, είναι ότι περιμετρικά της φτερωτής υπάρχουν πτερύγια. Στις χαμηλές στροφές τα πτερύγια μένουν κλειστά, αυξάνοντας την πίεση των καυσαερίων και στις υψηλές στροφές τα πτερύγια ανοίγουν με αποτέλεσμα να μεγιστοποιείται η ροή των καυσαερίων και να μειώνεται η ταχύτητα περιστροφής της φτερωτής.
- Twin-scroll. Η τεχνική χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά στο MAZDA RX-7. Η εξαγωγή χωρίζεται σε δύο τμήματα, όπου από το πρώτο περνούν τα καυσαέρια των μισών κυλίνδρων και από το άλλο το καυσαέρια των υπολοίπων. Το βασικό χαρακτηριστικό είναι ότι τα δύο τμήματα έχουν διαφορετική διατομή ( το ένα είναι μικρότερο από το άλλο), με αποτέλεσμα το ένα εκ των δύο να αυξάνει την πίεση και την ταχύτητα των καυσαερίων στις χαμηλές στροφές. Η αυξημένη ταχύτητα των καυσαερίων επιτρέπει αποτελεσματικότερη περιστροφή της φτερωτής στις χαμηλές στροφές, συμβάλλοντας στη μείωση ή εξαφάνιση του turbo lag.
- Hybrid boost - ηλεκτρικό turbo (e-turbo). Σε υβριδικά οχήματα, το ηλέκτρικό σύστημα μέσω ηλεκτροκινητήρα, δίνει κίνηση απευθείας στο turbo στις χαμηλές στροφές ή σε ένα μικρό ηλεκτρικό turbo το οποίο λειτουργεί μέχρι να αναλάβει το συμβατικό turbo.
Ιδιαιτερότητες
Τα υπερτροφοδοτούμενα οχήματα (turbo) σε σχέση με τα ατμοσφαιρικά, χρειάζονται διαφορετική αντιμετώπιση.
Στην εκκίνηση χρειάζεται εγκράτεια μέχρι το turbo και ο κινητήρας να αποκτήσουν την ιδανική θερμοκρασία λαδιού. Δεν πρέπει να πιέζουμε τον κινητήρα μέχρι να ζεσταθεί.
Στο σβήσιμο πρέπει να αφήνουμε τον κινητήρα να δουλεύει για 2-3 λεπτά πριν τον σβήσουμε ή μετά από ταξίδι ή οδήγηση υπό πίεση να οδηγήσουμε τα τελευταία χιλιόμετρα με χαμηλή ταχύτητα, για να μειωθεί η θερμοκρασία λαδιού. Στην αγορά υπάρχουν και συστήματα τα οποία κρατούν τον κινητήρα σε λειτουργία και τον σβήνουν όταν έχει μειωθεί η θερμοκρασία λαδιού (turbo timer).
Οι πετρελαιοκινητήρες έχουν μικρό εύρος λειτουργίας. Η μέγιστη ροπή αποδίδεται σε χαμηλότερες στροφές και μικρότερο εύρος απ' ότι στους βενζινοκινητήρες. Η οδήγηση ενός diesel οχήματος πάνω από τις 4,000 σ.α.λ. δεν έχει νόημα, αφού η ροπή συνήθως έχει εξασθενίσει και αυξάνεται η κατανάλωση. Η ιδανική οδήγηση είναι μέσα στο φάσμα στροφών που αποδίδεται η μέγιστη ροπή. Στις προσπεράσεις, ανεβάζουμε ταχύτητα για να πέσουν οι στροφές και να βρεθούμε στο ωφέλιμο φάσμα της ροπής.
COMPRESSOR (kompressor)– SUPERCHARGER
Ο μηχανικός υπερσυμπιεστής, κάνει την ίδια δουλειά με το turbo, με εντελώς διαφορετικό τρόπο.
Παίρνει κίνηση απευθείας από τον κινητήρα μέσω ιμάντα ή άξονα.
Έχει άμεση απόκριση αλλά και μεγαλύτερες φθορές, κατανάλωση και απώλειες από το turbo.
