Μία τεχνολογία υπερτροφοδότησης που ξεκινά 6-7 δεκαετίες πίσω στο χρόνο και μέχρι σήμερα περιορίζεται στους ντίζελ των φορτηγών, ίσως να αποδειχτεί το επόμενο μεγάλο γεγονός στους κινητήρες και των επιβατικών…
Πριν από καιρό, η λέξη «τούρμπο» ακουγόταν ως κάτι το εξεζητημένο και προνόμιο των σπορ και πολυτελών μοντέλων. Σταδιακά, η υπερτροφοδότηση έγινε πιο έξυπνη χάρη στον ηλεκτρονικό έλεγχο και η λύση με στροβιλοσυμπιεστή μεταβλητής γεωμετρίας καθιερώθηκε σε σημείο που σήμερα δε νοείται πετρελαιοκινητήρας δίχως τούρμπο. Με την ίδια ταχύτητα η υπερτροφοδότηση εξαπλώνεται και στους βενζινοκινητήρες (με εξαίρεση αυτούς που προορίζονται για city cars), τουλάχιστον για τους Ευρωπαίους κατασκευαστές που έχουν να αντιμετωπίσουν τις αυστηρότερες νόρμες περί ρύπων. Ήδη χρησιμοποιούνται διάφοροι τρόποι υβριδοποίησης περιλαμβάνοντας μέχρι και ηλεκτρικό τούρμπο.
Ωστόσο, υπάρχει μία πιο απλή διάταξη που ενδεχομένως να επανέλθει στο προσκήνιο. Είναι αυτή που είχε χρησιμοποιηθεί σε αεροσκάφη από την δεκαετία του 1940 (π.χ. στο Napier Nomad ή μετά τον Β΄ Π.Π. στο αεροσκάφος Wright R-3350 με 18-κύλινδρο μοτέρ που χρησιμοποιούσε τρεις τουρμπίνες για να ανακτήσει το 20% της ενέργειας των καυσαερίων). Πρόκειται για την σύνθετη υπερτροφοδότηση (ας την αποκαλούμε έτσι μιας και προέρχεται από την λέξη «TurboCompound») όπου ένας αεριοστρόβιλος στην εξαγωγή οδηγεί τα καυσαέρια σε έναν δεύτερο στρόβιλο που είναι συνδεδεμένος στον στροφαλοφόρο υποβοηθώντας την περιστροφική κίνησή του (φανταστείτε κάτι σαν boost).
Το σύνθετο τούρμπο είναι ένας τρόπος για να βελτιωθεί η ισχύς του κινητήρα. Αναλυτικότερα, στο διπλανό σχήμα διακρίνεται πάνω δεξιά ο στροβιλοσυμπιεστής (με το γαλάζιο) και δίπλα ο αεριοστρόβιλος που λαμβάνει κίνηση από τα καυσαέρια. Μέχρι εδώ η λειτουργία του είναι η κλασική στέλνοντας περισσότερα αέρα στους κυλίνδρους. Ωστόσο, τα καυσαέρια δεν παρακάμπτονται προς την εξαγωγή αλλά συνεχίζουν προς έναν άλλο αεριοστρόβιλο που βρίσκεται γεφυρωμένος μέσω ενός μειωτήρα (με μεγάλη σχέση μετάδοσης) με τον στροφαλοφόρο άξονα. Ουσιαστικά πρόκειται για ένα μηχανικό κομπρεσεράκι που παρέχει επιπλέον ροπή στον στροφαλοφόρο άξονα (κάτι αντίστροφο από τον μηχανικό υπερσυμπιεστή που κλέβει έργο για να συμπιέσει περισσότερο αέρα στους κυλίνδρους). Το όφελος σε απόδοση μπορεί να φτάσει το 7%, αλλά το μειονέκτημα αφορά πως μπορεί να υπάρχει αρνητικό αντίκτυπο σε συνθήκες υψηλού φορτίου.
Η κατασκευάστρια εταιρία Detroit Diesel διακρίθηκε για τον κινητήρα DD16 που χρησιμοποιεί σύνθετο τούρμπο, ενώ τόσο η Scania (από το 1991 με τον 11-λιτρο κινητήρα DTC12), όσο οι Volvo και Mercedes χρησιμοποιούν την συγκεκριμένη διάταξη σε κινητήρες φορτηγών τους. Ακόμη και τα υβριδικά συστήματα στους V6 της Formula 1 χρησιμοποιούν σύνθετο τούρμπο για την κίνηση της MGU-H ηλεκτρογεννήτριας (η οποία είναι ομοαξονικά τοποθετημένη με τον στροβιλοσυμπιεστή) για να παραχθεί ενέργεια που προσφέρει έξτρα boost στην διάρκεια ενός γύρου (διαβάστε εδώ που υπερτερεί η Mercedes F1).
Βλέπετε, οι ειδικοί στρέφουν την προσοχή τους στην εκμετάλλευση της χαμένης ενέργειας από τα καυσαέρια (σχετικό άρθρο BMW). Τα κλασικά τούρμπο καυσαερίων ανακυκλώνουν ένα μεγάλο μέρος της ενέργειας αυτής, αλλά υπάρχουν ακόμη μεγαλύτερα περιθώρια με νέες τεχνολογίες, όπως το σύνθετο τούρμπο όπου ουσιαστικά ο στροβιλοσυμπιεστής συνδέεται μέσω ενός σετ γραναζιών με τον στροφαλοφόρο άξονα. Εδώ να πούμε πως ένα turbo-compounding σύστημα μπορεί να συνδυαστεί με ή χωρίς τον κλασικό υπερτροφοδότη.
Ένα από τα σημαντικότερα μειονεκτήματα του σύνθετου τούρμπο είναι η πολυπλοκότητα και το κοστος της κατασκευής. Για να μειωθούν και οι δύο παράγοντας θα μπορούσε δίπλα στο τούρμπο να τοποθετηθεί μία γεννήτρια στον ίδιο άξονα (όπως και στους V6 των μονοθεσίων). Θεωρητικά, η παραγόμενη ενέργεια θα μπορούσε να υποβοηθήσει την κίνηση των τροχών (π.χ. μέσω ενός ηλεκτροκινητήρα ανάμεσα στην μετάδοση και το μοτέρ, όπως σε ένα παράλληλης διάταξης υβριδικό), ή να φορτίζει μπαταρίες, ή η ίδια η γεννήτρια με ανάστροφή πόλωση να λειτουργήσει σαν ηλεκτρικό τούρμπο περιορίζοντας εξαλείφοντας παράλληλα το lag.
