Τι είναι ο υπερσυμπιεστής;

Όταν πρόκειται για συνδυασμό απόδοσης με μειωμένη κατανάλωση καυσίμου, οι μηχανικοί είναι σχεδόν αναγκασμένοι να επιλέξουν έναν κινητήρα turbo.

Έξω από τον αέρα του κόσμου των υπεραυτοκινήτων, όπου η Lamborghini εξακολουθεί να επιμένει ότι οι ατμοσφαιρικοί κινητήρες παραμένουν ο καθαρότερος και πιο ιταλικός τρόπος παραγωγής ισχύος και θορύβου, οι μέρες των μη υπερτροφοδοτούμενων αυτοκινήτων πλησιάζουν στο τέλος τους.

Είναι αδύνατο, για παράδειγμα, να αποκτήσετε ένα ατμοσφαιρικό Volkswagen Golf. Μετά το Dieselgate, φυσικά, αυτό είναι απίθανο να έχει σημασία, γιατί κανείς δεν θέλει πια να παίξει γκολφ.

Ωστόσο, το γεγονός παραμένει ότι αυτοκίνητα πόλης, οικογενειακά αυτοκίνητα, grand tourers, ακόμη και μερικά supercar εγκαταλείπουν το πλοίο για ένα μέλλον κατάδυσης. Από το Ford Fiesta έως τη Ferrari 488, το μέλλον ανήκει στην εξαναγκαστική επαγωγή, εν μέρει λόγω των νόμων για τις εκπομπές ρύπων, αλλά και επειδή η τεχνολογία έχει εξελιχθεί αλματωδώς.

Αυτή είναι μια περίπτωση μικρής οικονομίας καυσίμου κινητήρα για ομαλή οδήγηση και μεγάλη ισχύ κινητήρα όταν το θέλετε.

Όταν πρόκειται για συνδυασμό υψηλότερων επιδόσεων με χαμηλότερη κατανάλωση καυσίμου, οι μηχανικοί είναι σχεδόν αναγκασμένοι να σχεδιάσουν τους πιο πρόσφατους κινητήρες τους με τεχνολογία υπερτροφοδότησης.

Πώς μπορεί ένα turbo να κάνει περισσότερα με λιγότερα;

Όλα εξαρτώνται από το πώς λειτουργούν οι κινητήρες, οπότε ας μιλήσουμε λίγο για την τεχνική. Για τους βενζινοκινητήρες, η αναλογία αέρα-καυσίμου 14.7:1 διασφαλίζει την πλήρη καύση όλων των ειδών στον κύλινδρο. Οποιοσδήποτε περισσότερος χυμός από αυτό είναι σπατάλη καυσίμου.

Σε έναν κινητήρα με φυσική αναρρόφηση, το μερικό κενό που δημιουργείται από το κατερχόμενο έμβολο τραβάει αέρα στον κύλινδρο, χρησιμοποιώντας την αρνητική πίεση στο εσωτερικό για να τραβήξει αέρα μέσα από τις βαλβίδες εισαγωγής. Είναι ένας εύκολος τρόπος να κάνεις πράγματα, αλλά είναι πολύ περιορισμένος όσον αφορά την παροχή αέρα, όπως ένα άτομο με άπνοια ύπνου.

Στον υπερτροφοδοτούμενο κινητήρα, το βιβλίο κανόνων έχει ξαναγραφεί. Αντί να βασίζεται στο φαινόμενο κενού ενός εμβόλου, ένας υπερτροφοδοτούμενος κινητήρας χρησιμοποιεί μια αντλία αέρα για να σπρώξει τον αέρα σε έναν κύλινδρο, όπως μια μάσκα άπνοιας ύπνου ωθεί τον αέρα στη μύτη σας.

Αν και οι στροβιλοσυμπιεστές μπορούν να συμπιέσουν αέρα έως και 5 bar (72.5 psi) πάνω από την τυπική ατμοσφαιρική πίεση, στα αυτοκίνητα δρόμου λειτουργούν συνήθως σε πιο χαλαρή πίεση από 0.5 έως 1 bar (7 έως 14 psi).

Το πρακτικό αποτέλεσμα είναι ότι σε 1 bar πίεσης υπερπλήρωσης, ο κινητήρας δέχεται διπλάσιο αέρα από ότι αν ήταν φυσικά αναρροφούμενος.

Αυτό σημαίνει ότι η μονάδα ελέγχου κινητήρα μπορεί να ψεκάζει διπλάσια ποσότητα καυσίμου διατηρώντας παράλληλα την ιδανική αναλογία αέρα-καυσίμου, δημιουργώντας μια πολύ μεγαλύτερη έκρηξη.

Αλλά αυτό είναι μόνο το μισό από τα κόλπα του στροβιλοσυμπιεστή. Ας συγκρίνουμε έναν ατμοσφαιρικό κινητήρα 4.0 λίτρων και έναν υπερτροφοδοτούμενο κινητήρα 2.0 λίτρων με πίεση υπερπλήρωσης 1 bar, υποθέτοντας ότι κατά τα άλλα είναι πανομοιότυποι από άποψη τεχνολογίας.

Ο κινητήρας των 4.0 λίτρων καταναλώνει περισσότερο καύσιμο ακόμα και στο ρελαντί και με ελαφρύ φορτίο κινητήρα, ενώ ο κινητήρας 2.0 λίτρων καταναλώνει πολύ λιγότερη κατανάλωση. Η διαφορά είναι ότι σε ανοιχτό γκάζι, ένας υπερτροφοδοτούμενος κινητήρας θα χρησιμοποιεί τη μέγιστη δυνατή ποσότητα αέρα και καυσίμου - διπλάσια από έναν ατμοσφαιρικό κινητήρα του ίδιου κυβισμού ή ακριβώς το ίδιο με έναν ατμοσφαιρικό κινητήρα 4.0 λίτρων.

Αυτό σημαίνει ότι ο υπερτροφοδοτούμενος κινητήρας μπορεί να λειτουργεί οπουδήποτε από τα πενιχρά 2.0 λίτρα έως τα ισχυρά τέσσερα λίτρα χάρη στην εξαναγκασμένη επαγωγή.

Είναι λοιπόν μια περίπτωση μικρής οικονομίας καυσίμου κινητήρα για ήπια οδήγηση και μεγάλη ισχύ κινητήρα όταν το θέλετε.

Πόσο έξυπνο είναι αυτό;

Όπως αρμόζει σε μια ασημένια σφαίρα μηχανικής, ο ίδιος ο υπερσυμπιεστής είναι έξυπνος. Όταν ο κινητήρας λειτουργεί, τα καυσαέρια περνούν μέσα από τον στρόβιλο, με αποτέλεσμα να περιστρέφεται με απίστευτες ταχύτητες - συνήθως μεταξύ 75,000 και 150,000 φορές το λεπτό.

Η τουρμπίνα είναι βιδωμένη στον αεροσυμπιεστή, πράγμα που σημαίνει ότι όσο πιο γρήγορα περιστρέφεται η τουρμπίνα, τόσο πιο γρήγορα περιστρέφεται ο συμπιεστής, αναρροφώντας καθαρό αέρα και πιέζοντάς τον στον κινητήρα.

Το turbo λειτουργεί σε συρόμενη κλίμακα, ανάλογα με το πόσο δυνατά πατάς το πεντάλ του γκαζιού. Στο ρελαντί, δεν υπάρχουν αρκετά καυσαέρια για να φτάσει η τουρμπίνα σε οποιαδήποτε σημαντική ταχύτητα, αλλά καθώς επιταχύνετε, η τουρμπίνα περιστρέφεται και παρέχει ώθηση.

Εάν πιέσετε με το δεξί σας πόδι, παράγονται περισσότερα καυσαέρια, τα οποία συμπιέζουν τη μέγιστη ποσότητα φρέσκου αέρα στους κυλίνδρους.

Λοιπόν, ποια είναι η αλίευση;

Υπάρχουν, φυσικά, αρκετοί λόγοι για τους οποίους δεν οδηγούμε όλοι αυτοκίνητα με τούρμπο για χρόνια, ξεκινώντας από την πολυπλοκότητα.

Όπως μπορείτε να φανταστείτε, η κατασκευή κάτι που μπορεί να περιστρέφεται με 150,000 RPM μέρα με τη μέρα για χρόνια χωρίς να εκραγεί δεν είναι εύκολη και απαιτεί ακριβά εξαρτήματα.

Οι τουρμπίνες απαιτούν επίσης ειδική παροχή λαδιού και νερού, γεγονός που ασκεί μεγαλύτερη πίεση στα συστήματα λίπανσης και ψύξης του κινητήρα.

Καθώς ο αέρας στον στροβιλοσυμπιεστή θερμαίνεται, οι κατασκευαστές έπρεπε επίσης να εγκαταστήσουν ενδιάμεσους ψύκτες για να μειώσουν τη θερμοκρασία του αέρα που εισέρχεται στον κύλινδρο. Ο ζεστός αέρας είναι λιγότερο πυκνός από τον κρύο αέρα, αναιρώντας τα οφέλη ενός υπερσυμπιεστή και μπορεί επίσης να προκαλέσει ζημιά και πρόωρη έκρηξη του μείγματος καυσίμου/αέρα.

Το πιο διαβόητο μειονέκτημα της υπερσυμπίεσης είναι, φυσικά, γνωστό ως καθυστέρηση. Όπως αναφέρθηκε, πρέπει να επιταχύνετε και να δημιουργήσετε μια εξάτμιση για να κάνετε το turbo να αρχίσει να παράγει σημαντική πίεση ώθησης, πράγμα που σήμαινε ότι τα πρώτα turbo αυτοκίνητα ήταν σαν ένας καθυστερημένος διακόπτης - τίποτα, τίποτα, τίποτα, ΟΛΑ.

Διάφορες προόδους στην τεχνολογία turbo έχουν τιθασεύσει τα χειρότερα από τα χαρακτηριστικά αργής κίνησης των πρώιμων υπερτροφοδοτούμενων Saab και Porsche, συμπεριλαμβανομένων των ρυθμιζόμενων πτερυγίων στην τουρμπίνα που κινούνται με βάση την πίεση των καυσαερίων και των ελαφρών εξαρτημάτων χαμηλής τριβής για μείωση της αδράνειας.

Το πιο συναρπαστικό βήμα προς τα εμπρός στην υπερσυμπίεση μπορεί να βρεθεί – τουλάχιστον προς το παρόν – στους αγώνες F1, όπου ένας μικρός ηλεκτρικός κινητήρας κρατά το turbo περιστρεφόμενο, μειώνοντας τον χρόνο που χρειάζεται για να το στρίψετε.

Ομοίως, στο Παγκόσμιο Πρωτάθλημα Ράλι, ένα σύστημα γνωστό ως anti-lag ρίχνει το μείγμα αέρα/καυσίμου απευθείας στην εξάτμιση μπροστά από τον υπερσυμπιεστή. Η θερμότητα της πολλαπλής εξαγωγής την αναγκάζει να εκραγεί ακόμη και χωρίς μπουζί, δημιουργώντας καυσαέρια και κρατώντας τον στροβιλοσυμπιεστή σε βρασμό.

Τι γίνεται όμως με τους turbodiesel;

Όταν πρόκειται για υπερσυμπίεση, οι ντίζελ είναι μια ιδιαίτερη φυλή. Αυτή είναι πραγματικά μια περίπτωση χέρι με χέρι, γιατί χωρίς την εξαναγκασμένη επαγωγή, οι κινητήρες ντίζελ δεν θα ήταν ποτέ τόσο συνηθισμένοι όσο είναι.

Οι πετρελαιοκινητήρες φυσικής αναρρόφησης μπορούν να παρέχουν αξιοπρεπή ροπή χαμηλού επιπέδου, αλλά εκεί τελειώνουν τα ταλέντα τους. Ωστόσο, με την εξαναγκασμένη επαγωγή, οι ντίζελ μπορούν να εκμεταλλευτούν τη ροπή τους και να απολαύσουν τα ίδια οφέλη με τους αντίστοιχους βενζινοκινητήρες.

Οι κινητήρες ντίζελ είναι κατασκευασμένοι από την Tonka Tough για να χειρίζονται τα τεράστια φορτία και τις θερμοκρασίες που περιέχονται μέσα τους, που σημαίνει ότι μπορούν να χειριστούν εύκολα την επιπλέον πίεση ενός turbo.

Όλοι οι κινητήρες ντίζελ - φυσικά αναρροφούμενοι και υπερτροφοδοτούμενοι - λειτουργούν με την καύση καυσίμου σε περίσσεια αέρα σε ένα λεγόμενο σύστημα άπαχης καύσης.

Η μόνη φορά που οι πετρελαιοκινητήρες με φυσική αναπνοή πλησιάζουν στο «ιδανικό» μείγμα αέρα/καυσίμου είναι στο τέρμα του γκαζιού όταν τα μπεκ ψεκασμού καυσίμου είναι ορθάνοιχτα.

Επειδή το καύσιμο ντίζελ είναι λιγότερο πτητικό από τη βενζίνη, όταν καίγεται χωρίς πολύ αέρα, παράγεται τεράστια ποσότητα αιθάλης, γνωστή και ως σωματίδια ντίζελ. Γεμίζοντας τον κύλινδρο με αέρα, οι turbodiesel μπορούν να αποφύγουν αυτό το πρόβλημα.

Έτσι, ενώ η υπερσυμπίεση είναι μια εκπληκτική βελτίωση για τους βενζινοκινητήρες, η πραγματική της ανατροπή σώζει τον κινητήρα ντίζελ από το να γίνει ένα καπνιστό λείψανο. Αν και το "Dieselgate" σε κάθε περίπτωση μπορεί να προκαλέσει αυτό να συμβεί.

Πώς νιώθετε για το γεγονός ότι οι υπερσυμπιεστές βρίσκουν το δρόμο τους σε όλα σχεδόν τα τετράτροχα οχήματα; Πείτε μας στα σχόλια παρακάτω.