Τα πτερύγια μεταβάλλονται…

Τα συστήματα υπερτροφοδότησης μεταβλητής γεωμετρίας κυριαρχούν στους κινητήρες diesel αλλά ποτέ δεν μπόρεσαν να καθιερωθούν και στους βενζινοκινητήρες λόγω της υψηλότερης θερμοκρασίας των καυσαερίων…

Παρότι στους μεγάλους κυρίως κινητήρες υπάρχουν διπλά turbo οι στροβιλοσυμπιεστές VTG (Variable Turbine Geometry) αποτελούν μία απλή και άξιας ανάλυσης μηχανολογική επινόηση. Βλέπετε, η υπερτροφοδότηση είναι μία λύση που βρίσκει το τελευταίο διάστημα τεράστια εφαρμογή στους κινητήρες εσωτερικής καύσης και για να φτάσουμε στα συστήματα παράλληλης ή σειραϊκής λειτουργίας, με τους διπλούς στροβιλοσυμπιεστές, πέρασαν πολλά στάδια εξέλιξης.

Ένα από αυτά, είναι το σύστημα υπερτροφοδότησης με πτερύγια μεταβλητής γεωμετρίας που χρησιμοποιείται σήμερα ευρέως στους κινητήρες diesel. Κακά τα ψέματα αλλά χωρίς υπερτροφοδότηση οι πετρελαιοκινητήρες ήταν αδύνατο να βελτιώσουν την ειδική τους ισχύ και να πλησιάσουν την ιπποδύναμη των βενζινοκινητήρων. Ωστόσο, πριν συνεχίσουμε μπορείτε να διαβάσετε ένα σχετικό άρθρο που θα σας λύσει κάθε απορία για τα σύγχρονα Τα πτερύγια μεταβάλλονται….

Ανάλυσε το…

Tα συστήματα υπερτροφοδότησης με μεταβλητής γεωμετρίας πτερύγια VTG βρίσκουν ευρεία εφαρμογή στους κινητήρες diesel με στόχο την μείωση του turbo lag και την βελτιστοποίηση της ισχύος αλλά και την εφαρμογή επανακυκλοφορίας καυσαερίων (EGR ή Exhaust Gas Recirculation) μειώνοντας τις εκπομπές ρύπων.

Ένας συμβατικός στροβιλοσυμπιεστής δεν μπορεί να εκμεταλλευθεί την κινητική ενέργεια των καυσαερίων που είναι σχετικά μικρή στις χαμηλές στροφές λειτουργίας του κινητήρα. Όσο πιο μικρή είναι η παροχή καυσαερίων τόσο πιο μικρή είναι η κινητική ενέργεια καθυστερώντας την περιστροφή της τουρμπίνας εμφανίζοντας το φαινόμενο της χρονικής υστέρησης (turbo lag). Και όσο μεγαλύτερο είναι ο στρόβιλος, τόσο μεγαλύτερο είναι και το lag λόγω της αδράνειας.

H ιδέα των συστημάτων VTG είναι σχετικά απλή. Παρατηρείστε πως γύρω από το στροβιλοσυμπιεστή υπάρχουν εξωτερικά πτερύγια των οποίων η κλίση μεταβάλλεται υδραυλικά ώστε να υπάρχει η καλύτερη δυνατή εκμετάλλευση της κινητικής ενέργειας από τα καυσαέρια. Συγκεκριμένα, στις χαμηλές στροφές του κινητήρα τα πτερύγια «κλείνουν» μεταξύ τους φράζοντας τον δρόμο στα καυσαέρια. Έτσι, αποκτούν μεγαλύτερη ταχύτητα ροής και γυρνούν πιο γρήγορα τον στροβιλοσυμπιεστή. Όσο οι στροφές αυξάνονται τόσο αυξάνεται και ο όγκος των καυσαερίων. Σταδιακά τα πτερύγια «ανοίγουν» το μεταξύ τους διάκενο επιτρέποντας στα καυσαέρια να περάσουν πιο εύκολα και να μειωθεί η ταχύτητα τους. Έτσι, η πίεση του στροβιλοσυμπιεστή διατηρείται στα πιο αποδοτικά επίπεδα χωρίς να κινδυνεύει από υπερπίεση.

Τα συστήματα VTG δεν βρήκαν ποτέ μεγάλη εφαρμογή στους βενζινοκινητήρες. Ακόμη και σήμερα δεν τα προτιμούν (εκτός από την Porsche) και επιλέγουν την λύση της διπλής υπερτροφοδότησης. Για ποιο λόγο δεν κατάφεραν τα VTG να γίνουν δημοφιλή στους βενζινοκινητήρες; Κυρίως επειδή η θερμοκρασία των καυσαερίων αγγίζει τους 1.000 C (εν συγκρίσει με τους 700-800 C των diesel) με αποτέλεσμα να απαιτούνται ιδιαίτερα ανθεκτικά υλικά που να αντέχουν σε τόσο υψηλές θερμοκρασίας.

VTG σε βενζινοκινητήρες…

Η τεχνολογία των VTG ξεκινά από το 1989 όταν η Honda δούλευε πάνω στο Wing Turbo του Legend χωρίς να καταφέρει να το βγάλει ποτέ στην παραγωγή και η ιαπωνική εταιρία να παραιτηθεί από την υπόθεση της υπετροφοδότησης. Την ίδια χρονιά η εταιρία Garrett προχώρησε στην παραγωγή ενός συστήματος υπετροφοδότησης VTG το οποίο εξόπλισε 500 μόλις Shelby CSX (βασισμένα στο Dodge Shadow). To Peugeot 405 T16 που λανσαρίστηκε το 1992 χρησιμοποιούσε την τουρμπίνα μεταβαλλόμενης γεωμετρίας Garrett VAT25 στον δίλιτρο κινητήρα με ένα εντελώς απλό μηχανισμό που αποτελούταν από ένα μεγάλο εξωτερικό πτερύγιο.

Η Porsche είναι σήμερα η μοναδική εταιρία που χρησιμοποιεί μεταβαλλόμενης γεωμετρίας υπερτροφοδότες που μπορούν να αντέχουν σε τόσο υψηλές θερμοκρασίες. Το σύστημα της ονομάζεται VNT (Variable Nozzle Technology) και κατασκευάζεται από την Borg Warner η οποία ισχυρίζεται πως αποτελείται από υλικά που χρησιμοποιούνται στην αεροδιαστημική ώστε να αντέχει σε τόσο υψηλές θερμοκρασίες. Εν τέλει το παράδειγμα της δεν το έχει ακολουθήσει κανείς μέχρι τώρα αφού τα διπλά turbo δείχνουν να τα προτιμούν οι περισσότεροι κατασκευαστές (δείτε το σύστημα της BMW και της Saab).