Turbo: που χρησιμεύει και πώς λειτουργεί

Πολλά άλογα απο μικρούς κινητήρες, εντυπωσιακές ρεμπρίζ και «καυτές» επιδόσεις, έχουν ως «δράστη» μια τουρμπίνα που εφευρέθηκε μέσα απο τους αγώνες, με αρχικό στόχο να μην αυξηθεί το βάρος του αυτοκινήτου.

Η αναζήτηση λύσεων για την αύξηση της ιπποδύναμης και της ροπής, ξεκίνησε όπως ήταν αναμενόμενο από τους αγώνες αυτοκινήτου, όπου οι τεχνικοί θα έπρεπε να κρατήσουν το βάρος του αυτοκινήτου χαμηλά, δίχως να μεγαλώσουν τον κυβισμό του.

Η αρχή της προσπάθειας ξεκίνησε πειραματικά με τους μηχανικούς υπερσυμπιεστές οι οποίοι έπαιρναν κίνηση από τον στρόφαλο μέσω  γραναζιών και ιμάντων.

Αυτό όμως είχε το μειονέκτημα της απώλειας στην δύναμη της  ισχύος στην μεταφορά λόγω των τριβών. Η αρχική σκέψη στηριζόταν, στο ότι ο συμπιεστής θα συμπίεζε και θα οδηγούσε μεγαλύτερη ποσότητα αέρα στους κυλίνδρους μέσω της εισαγωγής, με αποτέλεσμα την καύση περισσότερου όγκου μείγματος, βελτιώνοντας έτσι την «αναπνοή» του κινητήρα και αυτόματα την απόδοση της ροπής και της ισχύος του.

Πώς λειτουργούν οι στροβιλοσυμπιεστές καυσαερίων

Στην πορεία εξέλιξης και έρευνας για κάτι περισσότερο αποδοτικό, εφευρέθηκαν οι στροβιλοσυμπιεστές καυσαερίων, οι οποίοι χρησιμοποιούν τα καυσαέρια της εξάτμισης ως κινητήρια δύναμη, για να συμπιέσουν τον αέρα στην πεταλούδα εισαγωγής και από εκει στους θαλάμους καύσης.

Αυτοί αποτελούνται από δύο τμήματα: έναν στρόφιλο και έναν συμπιεστή με φτερωτές και κοινό άξονα περιστροφής.

Ο στρόβιλος παρεμβάλλεται στο σύστημα εξάτμισης, συνήθως βιδωμένος πάνω στο «χταπόδι» εξαγωγής, ενώ ο συμπιεστής συνδέεται με το σύστημα εισαγωγής. Τα καυσαέρια από την εξάτμιση, ρίχνονται στον στρόβιλο και τον αναγκάζουν σε περιστροφή.

Αυτόματα περιστρέφεται ομοαξονικά και ο συμπιεστής, συμπιέζοντας έτσι τον αέρα και αυξάνοντας την πυκνότητα του, πριν φθάσει στους κυλίνδρους.

Για να αντέξει ο κινητήρας στις υψηλές στροφές λειτουργίας την άφθονη συμπίεση του αέρα, τοποθετείται μια βαλβίδα ανακούφισης, ανάμεσα στην πολλαπλή εξαγωγής και τον στρόβιλο.

Όταν η πίεση φτάσει το επιτρεπτό όριο αντοχής για την προστασία του κινητήρα, τότε αυτή η βαλβίδα ανοίγει, δίνοντας διαφυγή στα καυσαέρια, ελαττώνοντας έτσι την συμπίεση στην εισαγωγή.

Για στιγμιαίες αποδόσεις επιτάχυνσης στο μέγιστο, υπάρχει ένας πρόσθετος μηχανισμός overboost, ο οποίος αργεί λίγο την λειτουργία της βαλβίδας διαφυγής, επιτρέποντας την στιγμιαία αύξηση της υπερπλήρωσης πάνω από 1 bar, ανάλογα πάντα με τις προδιαγραφές των «σωθικών» του κινητήρα.

Για την προστασία επίσης του κινητήρα από τις υψηλές θερμοκρασίες που αναπτύσσονται, χρησιμοποιείται ένα ηλεκτρονικά ελεγχόμενο σύστημα, το οποίο δίνει εντολή για το άνοιγμα της βαλβίδας ανακούφισης και την πτώση της πίεσης του αέρα στην πεταλούδα.

Επίσης δύναται να υπάρχει και ένας αισθητήρας προανάφλεξης για την μεταβολή του αβάνς, στην περίπτωση που η υψηλή θερμοκρασία του μίγματος προκαλέσει την αυτανάφλεξή του.

Ιντερκούλερ: Ποιος είναι ο ρόλος του

Για την μείωση της θερμοκρασίας του εισαγόμενου συμπιεσμένου αέρα στην εισαγωγή, αλλά και για την ταυτόχρονη μείωση της ανεβασμένης θερμοκρασίας μέσα στους κυλίνδρους από την καύση μεγαλύτερης ποσότητας μίγματος, υπάρχει ο εναλλάκτης θερμότητας ή αλλιώς ιντερκούλερ.

Αυτό το «ψυγείο» αέρα, είναι τοποθετημένο μεταξύ του συμπιεστή και της πολλαπλής εισαγωγής, ψύχοντας τον συμπιεσμένο αέρα, πριν αυτός φτάσει στους θαλάμους καύσης. Μειώνοντας την θερμότητα, αυξάνεται η πυκνότητα του αέρα, κάτι που έχει ευεργετική επίδραση στις επιδόσεις και στην απόδοση του μοτέρ εν γένει, επειδή μπορεί να καεί περισσότερο καύσιμο ανά όγκο μίγματος.

Αρκεί να θυμηθούμε οι παλαιότεροι, τις ζεστές καλοκαιρινές ημέρες, πόσο έπεφτε η απόδοση της ισχύος στα «βολτάδικα» Renault turbo και στα Hyundai S coupe turbo, όπως και σε άλλα αυτοκίνητα με πρώιμα τούρμπο, που δεν διέθεταν ιντερκούλερ από κατασκευής.

Τί είναι το Turbo lag

Η καθυστέρηση απόκρισης του τούρμπο στο γκάζι, είναι κάτι που δεν μπορεί να εξαλειφθεί, αλλά μπορεί να μειωθεί. Αυτό συμβαίνει επειδή τα καυσαέρια στις χαμηλές στροφές, δεν έχουν μεγάλη κινητική ενέργεια για να υπερνικήσουν την αδράνεια από το ολικό σύστημα του υπερσυμπιεστή.

Στο «λαγκάρισμα», ο οδηγός πατάει το γκάζι και περιμένει κάποια λίγα δεύτερα, μέχρι να «ξυπνήσει» το τούρμπο.

Την μερική λύση δίνουν ορισμένα ακριβά συστήματα υπερπλήρωσης, κατασκευασμένα από υλικά ελαφρών κραμάτων, με μικρότερο βάρος και λιγότερη αδράνεια περιστροφής. Έτσι βλέπουμε ότι τα μικρά τούρμπο, «αρπάζουν ή αλλιώς σκουλάρουν» γρηγορότερα από τα μεγάλα, αφού τα κινούμενα μέρη τους λόγω μεγέθους, έχουν μικρότερη αδράνεια.

Συμπέρασμα

Τα τούρμπο εξάτμισης, αποτελούν έναν από τους πλέον αποδοτικούς τρόπους αύξησης της ιπποδύναμης και της ροπής ενός κινητήρα. Διατηρούν την υπεροχή από τους μηχανικούς συμπιεστές, καθώς δεν επιβαρύνουν τον κινητήρα για την λειτουργία τους, χρησιμοποιώντας ένα μέρος της ενέργειας των καυσαερίων που θα πήγαινε ανεκμετάλευτο.

Το μοναδικό πλεονέκτημα των μηχανικών υπερσυμπιεστών, είναι η απουσία του turbo lag, αφού συμπιέζουν τον εισερχόμενο αέρα απο την αρχή, δίχως υστέρηση!