Υπερσυμπίεση (ή υπερπλήρωση;;)!
Ο υπερσυμπιεστής είναι μια μονάδα η οποία στην ουσία προκαλεί μια εξαναγκασμένη «διέγερση» η οποία εκτελείται μέσω ενός στροβιλοκινητήρα, ο οποίος αυξάνει την απόδοση και τη δύναμη του κινητήρα μέσω εισαγωγής- στο θάλαμο καύσης – περισσότερου αέρα.
Η διαδικασία της Υπερσυμπίεσης (υπερπλήεωσης) είναι απλή: εισάγεται αέρας στο πρώτο τμήμα της τουρμπίνα (τμήμα εισαγωγής) ψύχεται στο ψυγείο (ιντερκούλερ) και πετάγεται με πίεση στο θάλαμο καύσης (αναλογικά πετάγεται και περισσότερο καύσιμο ώστε στοιχειομετρικά το μίγμα να είναι κατάλληλο για να αποδώσει το όχημα) από τον οποίο τα καυσαέρια κινούν το 2ο τμήμα του συστήματος υπερπίεσης (τμήμα εξαγωγής) και καταλήγουν στο σύστημα της εξάτμισης και από εκεί στο περιβάλλον.
Λίγη ιστορία πρίν το ζουμί
Η «εξαναγκασμένη εισαγωγή» εμφανίστηκε στα τέλη του 19ου αιώνα, όταν ο Γκότλεμπ Ντάιμλερ σχεδίασε την τεχνική στην οποία μία αντλία κινούμενη μηχανικά (με γρανάζι) εισήγαγε αέρα σε ένα Μ.Ε.Κ. Ο υπερσυμπιεστής (ή για πολλούς αεροσυμπιεστής) εφευρέθηκε από από ένα σουηδό μηχανικό τον Γκεμπρίντερ Μπέχι, ο οποίος είχε την ιδέα το 1905 να χρησιμοποιήσει ένα κομπρέσορα κινούμενο μέσω καυσαερίων ώστε να εξαναγκάσει αέρα να μπεί στο θάλαμο καύσης και να αυξήσει την ισχύ του κινητήρα. Το σχέδιο αυτό βέβαια πήρε ακόμη 20 χρόνια ώστε η ιδέα να εκτελεστεί και να τελειοποιηθεί. Οι υπερσυμπιεστές πρώτα βγήκαν στην παραγωγή το 1920 και χρησιμοποιήθηκαν σε κινητήρες αεροσκαφών.
Αρχή λειτουργίας (το ζουμί)
Σε φυσιολογικώς αναρροφημένους εμβολοφόρους κινητήρες, τα αέρια εισαγωγής αντλούνται ή “πιέζονται” στον κινητήρα με ατμοσφαιρική πίεση γεμίζοντας το ογκομετρικό κενό που προκαλείται από την προς τα κάτω διαδρομή του εμβόλου (υποπίεση) π.χ. όπως όταν ρίχνουμε σταγόνες με σύριγγα. Η ποσότητα του αέρα που υπάρχει στο θάλαμο καύσης σε σχέση με τη θεωρητική ποσότητα αέρα που θα υπήρχε εάν ο κινητήρας μπορόυσε να διατηρήσει την ατμοσφαιρική του πίεση σταθερή, ονομάζεται ογκομετρική απόδοση. Ο υπερσυμπιεστής έχει στόχο να αυξήσει την ογκομετρική απόδοση του κινητήρα αυξάνοντας την πυκνότητα του αέρα που εισάγεται αυξάνοντας την ισχύ ανά κύκλο του κινητήρα.
Στην αυτοκινητοβιομηχανία όταν λέμε «boost» (ώθηση) αναφερόμαστε στη διαφορά της παραπάνω πίεσης που υπάρχει στην εισαγωγή ενός κινητήρα με υπερσυμπιεστή σε σχέση με ένα ατμοσφαιρικό μοτέρ. Τα επίπεδα πίεσης αναγράφονται με διάφορα όργανα τα οποία μετρούν σε bar, psi ή και kPa.
Όταν υπερ-ωθούμε (overboosting) ένα κινητήρα υπάρχουν και συνέπειες: προανάφλεξη, υπερθέρμανση και δημιουργία μεγάλων τάσεων εσωτερικά του κινητήρα. Για παράδειγμα για να αποφύγουμε την κρουστική καύση (πειράκια), η πίεση στην εισαγωγή δεν πρέπει να είναι υψηλή γι’ αυτό την ελέγχουμε με κάποια μέσα. Ένα από αυτά είναι η wastegate (βαλβίδα ανακουφίσεως) η οποία την περίσσια ενέργεια που οδεύει στην τουρμπίνα, αυτή η βαλβίδα τη στέλνει κατευθείαν στην εξάτμιση, οπότε και μειώνει την πίεση της τουρμπίνας.
Η χρονική καθυστέρηση του τούρμπο (Turbo lag)
Είναι η καθυστέρηση στην αλλαγή του φορτίου μέχρι να ανακάμψει η απόδοση. Όταν το φορτίο (γκάζι) είναι υψηλό (πατημένο) και το μειώσουμε, στην επόμενη απότομη γκαζιά δεν θα λειτουργήσει αμέσως το τούρμπο με αποτέλεσμα να υπάρχει καθυστέρηση. Αυτό έχει να κάνει με το χρόνο που χρειάζονται τα καυσαέρια και η τουρμπίνα ώστε να παράξουν την απαιτούμενη «ώθηση». Η αδράνεια, η τριβή και το φορτίο του συμπιεστή είναι οι παράγοντες στους οποίους οφείλεται αυτή η υστέρηση.
*οι superchargers δεν έχουν αυτό το πρόβλημα γιατί κινούνται άμεσα από το στρόφαλο και όχι από τα καυσαέρια. Περισσότερα σε επόμενο άρθρο.
Κατηγορίες υπερσυμπιεστών
- Twin turbo ή bi turbo είναι μια κατηγορία στην οποία έχουμε δυο χωριστούς υπερσυμπιεστές οι οποίοι δουλεύουν είτε σε σειρά είτε παράλληλα. Όταν δουλεύουν με παράλληλη διάταξη και οι δυο υπερσυμπιεστές τροφοδοτούνται με τα μισά καυσαέρια του κινητήρα. Στη διάταξη εν σειρά ο ένας λειτουργεί σε χαμηλές στροφές, και ο δεύτερος λειτουργεί σε υψηλές. Στην εν σειρά διάταξη το turbo lag είναι μειωμένο, αλλά πνίγουν το μοτέρ μας οι πολλές σωληνώσεις.
- Twin scroll είναι οι υπερσυμπιεστές οι οποίοι έχουν δύο εξόδους για τα καυσαέρια (για παράδειγμα σε έναν τετρακύλινδρο κινητήρα με σειρά καύσης 1-3-2-4 οι 1-4 διώχνουν από τη μία έξοδο και οι 2-3 από την άλλη) και δύο πτερύγια στον στρόβιλο ένα μικρότερο για άμεση απόκριση (μηδενικό lag) και ένα για μεγαλύτερη απόδοση. Με αυτό τον τρόπο μειώνεται η θερμοκρασία των καυσαερίων και τα οξείδια του αζώτου (ρύποι) και έχουμε μεγαλύτερη απόδοση της τουρμπίνας.
