…σημειώσατε «διπλό». Με τον περιορισμό του περίφημου turbo-lag, οι κατασκευαστές αυτοκινήτων δείχνουν πως προτιμούν τα συστήματα turbo. Ακόμη και η Mercedes-Benz αποφάσισε μετά από χρόνια να απατήσει τους περίφημους κομπρέσορες και να στραφεί και προς τα turbo.
Με ποιο τρόπο μπορεί κανείς να αυξήσει την απόδοση ενός κινητήρα εσωτερικής καύσης χωρίς να μεταβάλλει την χωρητικότητα των κυλίνδρων; Συμπιέζοντας τον αέρα εισαγωγής στους θαλάμους καύσης με το κατάλληλο σύστημα. Οι μηχανισμοί αυτοί ονομάστηκαν υπερσυμπιεστές και εμφανίστηκαν για πρώτη φορά στις αρχές της δεκαετίας του 1920 σε αγώνες ταχύτητας και μετέπειτα σε μοντέλα παραγωγής. Από εκείνη την περίοδο, και για αρκετά χρόνια μετά, οι μηχανικοί υπερσυμπιεστές ήταν τα μοναδικά συστήματα που μπορούσαν να στραγγαλίσουν την αναπνοή του κινητήρα και να αυξήσουν σημαντικά την ισχύ και την ροπή του.
Για να γίνει κάτι τέτοιο, δηλαδή η συμπίεση του αέρα, ένα σύστημα γραναζιών ή ένας ιμάντας αναλάμβανε την μετάδοση της κίνησης από τον στροφαλοφόρο άξονα στον στρόβιλο. Οι μηχανικοί υπερσυμπιεστές είχαν το μονοπώλιο της αγοράς μέχρι να εμφανιστούν την δεκαετία του ’60 τα πρώτα συστήματα turbo. Η αρχή λειτουργίας τους ήταν η ίδια καθώς και τα δύο συστήματα υπερπλήρωναν τους θαλάμους καύσης με επιπλέον αέρα. Ο τρόπος όμως με τον οποίο όμως γίνεται κάτι ανάλογο είναι εντελώς διαφορετικός. Σε αντίθεση με τους μηχανικούς υπερσυμπιεστές, τα turbo δεν λαμβάνουν κίνηση από τον στροφαλοφόρο άξονα αλλά από την κινητική ενέργεια των καυσαερίων την ώρα που αυτά οδεύουν προς την εξάτμιση. Και πάλι, όμως, πήρε αρκετά χρόνια στα turbo για να υπερνικήσουν τους συμπιεστές.
Το σημαντικότερο πρόβλημα είχε να κάνει με την χρονική υστέρηση, το περίφημο turbo-lag. Στα παλιότερα μοντέλα, όπως το Fiat Uno Turbo, την ώρα που ο οδηγός βύθιζε το γκάζι το αυτοκίνητο δεν επιτάχυνε αμέσως αλλά ορισμένα δευτερόλεπτα αργότερα, ειδικά όταν ο κινητήρας λειτουργούσε σε χαμηλές στροφές. Αρχικά, αυτό συνέβαινε διότι στα πρώτα συστήματα turbo το βάρος του στροβίλου και του συμπιεστή ήταν σχετικά μεγάλο και ήταν δύσκολο να υπερνικηθεί η αδράνεια της συναρμογής. Από την άλλη, στις χαμηλές στροφές λειτουργίας του κινητήρα, ο όγκος των καυσαερίων ήταν μικρός και ο άξονας του turbo αργούσε να πάρει «φόρα».
Στην συνέχεια χρησιμοποιήθηκαν ελαφρύτερα υλικά και το πρόβλημα μειώθηκε αισθητά. Επίσης, ο ηλεκτρονικός έλεγχος βελτίωσε ριζικά την λειτουργία των συστημάτων turbo ενώ το αποκορύφωμα ήρθε με την εξέλιξη των diesel. Μέχρι τότε τα turbo έβρισκαν εφαρμογή κυρίως σε σπορ αυτοκίνητα οπότε οι γκρίνιες για turbo-lag και έλλειψη ροπής στις χαμηλές στροφές περνούσαν σε δεύτερη μοίρα. Ωστόσο, οι diesel ώθησαν τους μηχανικούς να εξελίξουν την τεχνολογία των turbo, μέχρι να κατασκευάσουν στροβιλοσυμπιεστές οι οποίοι με την βοήθεια ενός υδραυλικού μηχανισμού είχαν την δυνατότητα να μεταβάλλουν την γωνία των πτερυγίων τους, ανάλογα με τις στροφές λειτουργίας του κινητήρα, για την καλύτερη δυνατή εκμετάλλευση της ενέργειας από τα καυσαέρια. Αυτά είναι τα συστήματα μεταβαλλόμενης γεωμετρίας.
Ας ανοίξουμε όμως παρένθεση για να επανέλθουμε στους μηχανικούς υπερσυμπιεστές. Σε αντίθεση με τα συστήματα turbo, για αυτούς ο όρος turbo-lag είναι άγνωστος καθώς η υπερσυμπίεση είναι ανάλογη με τις στροφές του στροφαλοφόρου, χωρίς να εξαρτάται από την δύναμη των καυσαερίων. Η ροπή, άφθονη, σχεδόν από το ρελαντί. Όσο όμως ο δείκτης του στροφόμετρου πλησιάζει τα κόκκινα η ανάπτυξη μεγάλων τριβών μεταξύ των μηχανικών μερών έχει ως αποτέλεσμα την μείωση της ισχύος. Συνυπολογίστε δε και την απώλεια έργου του κινητήρα καθώς ο μηχανικός υπερσυμπιεστής «κλέβει» δύναμη από τον στροφαλοφόρο για να λειτουργήσει.
Η Mercedes-Benz ήταν ένας από τους κατασκευαστές αυτοκινήτων που εδώ και χρόνια χρησιμοποιούσε μηχανικούς υπερσυμπιεστές στις περίφημες εκδόσεις με τα διακριτικά Kompressor· εξού και η ελληνιστί «κομπρέσορας». Και λέμε, «ήταν», διότι και αυτή με την σειρά της αντιλήφθηκε πως δεν είχε εξαντλήσει τα περιθώρια και πως όφειλε να αντικαταστήσει τους περίφημους κομπρέσορες της με τα turbo. Δεν μπορούσε να κάνει και αλλιώς, διότι με φυσιολογική οδήγηση οι κομπρέσορες καταναλώνουν λίγο περισσότερο καύσιμο από turbo. Για ποιο λόγο; Είπαμε, αντλούν συνεχώς δύναμη από τον κινητήρα ο οποίος για να αντεπεξέλθει «καίει» περισσότερο.
Όσο πιο πολύ καύσιμο «καίγεται» τόσο αυξάνεται και η ποσότητα του διοξειδίου του άνθρακα που εκλύεται από την εξάτμιση στο περιβάλλον. Έτσι, λοιπόν, οι προδιαγραφές ρύπων είναι ένας ακόμη λόγος που αποφάσισε η γερμανική φίρμα να βάλει σπάσει την παράδοσή της με τους κομπρέσορες και να στραφεί και προς τα turbo· αρχής γενομένης από την νέα A-200 Turbo των 200 ίππων.
Χρειάστηκε να πάρει αρκετό διάστημα στην Mercedes-Benz, σε αντίθεση με την VW η οποία εγκατέλειψε τους μηχανικούς υπερσυμπιεστές -θυμηθείτε τα Golf G40 και Corrado G60- από τότε που η Saab έδωσε λύση με τις εκδόσεις LP (Light Pressure). Σίγουρα, είναι λυπηρό όταν μια τεχνολογία όπως οι κομπρέσορες θα περάσει στα ράφια των μηχανικών. Αλλά έτσι έχουν τα πράγματα. Ακόμη και η GM, η οποία διαθέτει κινητήρα 3,8 λίτρων που τοποθετείται στην Pontiac Grand Prix και με την βοήθεια κομπρέσορα αποδίδει 264 ίππους, είναι θέμα χρόνου πότε θα ακολουθήσει το παράδειγμα της Mercedes-Benz.
- Τα διακριτικά Kompressor που κοσμούν διάφορα μοντέλα της Mercedes-Benz, περίπου από την δεκαετία του 1920, άντεξαν αρκετά παρά την έντονη τάση των κατασκευαστών προς τα turbo. Παρά ταύτα η γερμανική φίρμα αποφάσισε να… απατήσει τους μηχανικούς υπερσυμπιεστές και η μέθοδος υπερπλήρωσης πραγματοποιείται πλέον με τα γνωστά συστήματα turbo σε αρκετά μοντέλα (όπως στη νέα E-Class). Οι λόγοι που οδήγησαν τους μηχανικούς της Mercedes-Benz που δεν προτίμησαν τον παραδοσιακό, για αυτούς, κομπρέσορα έχουν να κάνουν με την φτηνότερη και ελαφρύτερη κατασκευή, αλλά και στην πιο ήσυχη λειτουργία, των turbo συστημάτων. Ο βασικός προμηθευτής των συστημάτων turbo της γερμανικής εταιρίας πρόκειται να είναι η Bosch η οποία προβλέπει πως το 50% των μοντέλων που θα κυκλοφορούν στην ευρωπαϊκή αγορά μέχρι το 2010 θα είναι υπερτροφοδοτούμενα (συνυπολογίστε και τα diesel).
Μηχανικός υπερσυμπιεστής (superchargers)
Το πρώτο σύστημα υπερτροφοδότησης ενός κινητήρα. Υπάρχουν τρεις διαφορετικοί τύποι μηχανικών υπερσυμπιεστών, ο τύπος Roots, ο G-Charger και ο Comprex. O πιο διαδεδομένος είναι ο πρώτος και χρησιμοποιείται από κυρίως από τις Jaguar (XJR 4,2 λίτρα 395 ίπποι) και Mercedes-Benz (CLK 1,8 λίτρα 193 ίπποι). Αποτελείται από δύο λοβούς οι οποίοι παίρνουν κίνηση από τον στροφαλοφόρο, περιστρέφονται με πολλαπλάσια και αντίθετη φορά και συμπιέζουν τον αέρα.
Τους G-Charger χρησιμοποιούσε η VW και ήταν γνωστοί ως σπειροειδής υπερσυμπιεστές λόγω της γεωμετρίας τους η οποία θυμίζει σαλιγκάρι. Ένας ιμάντας αναλάμβανε την μετάδοση της κίνησης από τον στροφαλοφόρο το οποίο έδινε κίνηση σε ένα ελικοειδές εξάρτημα που συμπίεζε τον αέρα. Ο Comprex ήταν ο πιο σύνθετος από όλους αλλά δεν κατάφερε ποτέ να βγει στην παραγωγή. Χρησιμοποιήθηκε στις αρχές της δεκαετίας του 1980 από τις Mazda και Opel σε κινητήρες diesel και από την Ferrari στην Formula 1.
Συστήματα turbo (turbochargers)
Αν όχι το πρώτο, τότε ένα από τα αυτοκίνητα που είχαν εξοπλιστεί για πρώτη φορά με σύστημα turbo ήταν το Chevrolet Corvair που κυκλοφόρησε στις ΗΠΑ στις αρχές της δεκαετίας του 1960. Αργότερα χρησιμοποιήθηκαν στους αγώνες ταχύτητας, από την BMW 2002 Turbo, στην Formula 1 και σήμερα στο WRC.
Τα Turbo αποτελούν την δημοφιλέστερη επιλογή των κατασκευαστών για την υπετροφοδότηση ενός κινητήρα καθώς είναι απλά και φτηνά στην κατασκευή, έχουν μειωμένο βάρος και υπερέχουν από θερμοδυναμικής πλευράς. Ο λόγος είναι πως δεν αποσπούν έργο από τον κινητήρα αλλά εκμεταλλεύονται την κινητική ενέργεια των καυσαερίων τα οποία ούτως ή άλλως πάνε χαμένα. Το βασικό τους μειονέκτημα ήταν το turbo lag (χρονική υστέρηση) το οποίο με διάφορα τεχνάσματα οι μηχανικοί κατάφεραν να το περιορίσουν (θυμηθείτε τον θρυλικό κινητήρα 1.8Τ της VW) μέχρι και να το εξαλείψουν (πρόσφατο παράδειγμα ο μικρός 1.5T του Mitsubishi Colt CZT).
Εναλλάκτης θερμότητας (Intercooler)
Το συγκεκριμένο σύστημα δεν είναι παρά ένα ψυγείο που στόχος του είναι να συμπυκνώσει τον ζεστό αέρα μειώνοντας την θερμοκρασία του. Τοποθετείται ανάμεσα στο σύστημα υπερτροφοδότησης και στην πολλαπλή εισαγωγής και ψύχει τον συμπιεσμένο αέρα προτού αυτός φτάσει στον θάλαμο καύσης. Η πυκνότητα του αυξάνεται βελτιώνοντας την ποιότητα της καύσης και παράλληλα επιτρέπει την αύξηση της σχέσης συμπίεσης χωρίς να υπερθερμαίνεται η κυλινδροκεφαλή. Στην φωτογραφία φαίνεται σύστημα της BMW με μηχανικό υπερσυμπιεστή.
Δημοσιευμένο στο περιοδικό Car & Driver (Iούλιος 2006)
