Η υπερτροφοδότηση στους κινητήρες εσωτερικής καύσης είναι μια πρακτική που εφαρμόζεται εδώ κι έναν αιώνα στα οχήματα. Οι δύο επικρατέστερες τεχνολογίες στην αυτοκίνηση είναι αυτή που χρησιμοποιεί compressor και αυτή που χρησιμοποιεί turbo.
Aπό πολύ νωρίς οι μηχανικοί γνώριζαν ότι αν καταφέρουν να εισαγάγουν συμπιεσμένο αέρα στον χώρο καύσης θα είχαν αύξηση της ιπποδύναμης και της ροπής του κινητήρα. Οι πρώτες εφαρμογές άρχισαν ήδη από το 1878, για να καταλήξουν στο πρώτο αυτοκίνητο παραγωγής με μηχανικό συμπιεστή της Mercedes, που εμφανίστηκε στην αγορά το 1921 με το όνομα compressor, όρος ο οποίος ισχύει έως και σήμερα για τα αυτοκίνητα της Mercedes που είναι εφοδιασμένα με μηχανικό συμπιεστή αέρα.
Τα πρώτα turbo συστήματα εμφανίστηκαν αρκετά αργότερα, τη δεκαετία του ’60. Σε αντίθεση με τα compressors που παίρνουν κίνηση από τον στρόφαλο, με συνέπεια την επιβάρυνση της ιπποδύναμης του κινητήρα, τα turbo παίρνουν κίνηση εκμεταλλευόμενα τη ροή των καυσαερίων προς την εξάτμιση. Με την πρώτη κιόλας ματιά γινόταν αντιληπτό ότι ένας κινητήρας με σύστημα turbo κατανάλωνε ελαφρώς λιγότερο σε σχέση με έναν αντίστοιχο που χρησιμοποιούσε compressor, αφού για να κινηθεί χρησιμοποιούσε τη μέχρι πρότινος άχρηστη ενέργεια της ροής των καυσαερίων.
Η υπερτροφοδότηση μέσω της επανακυκλοφορίας των καυσαερίων (turbo) χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά τη δεκαετία του ’60, όμως η καθολική της επικράτηση σε μοντέλα παραγωγής όλων των κατηγοριών, πραγματοποιήθηκε δύο δεκαετίες μετά.
Το μεγαλύτερο μειονέκτημα των συστημάτων turbo ήταν το λεγόμενο Turbo lag (καθυστέρηση). Όταν ο κινητήρας λειτουργούσε σε χαμηλές στροφές, ο όγκος των καυσαερίων δεν επαρκούσε για να περιστρέψει την τουρμπίνα. Στην προσπάθεια αντιμετώπισης του προβλήματος εμφανίστηκαν διάφορες παραλλαγές, όπως:
1) Συνδυασμός ενός μικρού και ενός μεγαλύτερου στροβίλου, ένας για τα χαμηλά και ένας για τα υψηλά φορτία.
2) Χρήση ηλεκτροκινητήρα για την επιτάχυνση της τουρμπίνας.
3) Συνδυασμός compressor (για τις χαμηλές στροφές) και turbo (για τις υψηλές στροφές).
Στην πορεία, κατασκευές από ελαφρύτερα υλικά, ηλεκτρονική διαχείριση του συστήματος turbo, αλλά και συστήματα μεταβλητής γεωμετρίας της τουρμπίνας κατάφεραν να μειώσουν στο ελάχιστο το φαινόμενο αυτό. Στους compressors το φαινόμενο lag είναι ανύπαρκτο, καθώς η συμπίεση του αέρα είναι πάντα ανάλογη με τις στροφές του κινητήρα χωρίς να επηρεάζεται από την πίεση των καυσαερίων. Αντίθετα με τις χαμηλές στροφές, στις υψηλές οι τριβές των μηχανικών τμημάτων του compressor επιφέρουν μείωση της απόδοσής του. Εδώ, το σύστημα turbo αποδίδει πολύ καλύτερα.
Η ΤΕΧΝΟΛΟΓIΑ TURBO ΥΠΕΡΤΕΡEI
Συγκρίνοντας στοιχεία όπως το κόστος κατασκευής, το βάρος, και τα παραγόμενα ντεσιμπέλ από τη λειτουργία των δύο συστημάτων, το turbo ήταν πάντα κερδισμένο, καθώς είναι οικονομικότερο, ελαφρύτερο και πιο ήσυχο στη λειτουργία του. Παρά την εξέλιξη των compressors, ποτέ δεν κατάφεραν να ξεπεράσουν τις επιδόσεις των turbo σε αυτές τις κατηγορίες. Όλα τα παραπάνω έκαναν τους κατασκευαστές αυτοκινήτων να στρέφονται σταδιακά στην τοποθέτηση συστημάτων turbo στα οχήματά τους.
Τη χαριστική βολή στα συστήματα compressor έδωσε η όλο και αυξανόμενη απαίτηση για μείωση των εκπομπών καυσαερίων των οχημάτων. Αυτό ήταν αναμενόμενο, καθώς το σύστημα compressor, παίρνοντας κίνηση από τον κινητήρα, καταναλώνει μέρος του παραγόμενου έργου, οδηγώντας αναπόφευκτα σε αύξηση της κατανάλωσης καυσίμου, άρα και στην παραγωγή περισσότερων εκπομπών καυσαερίων. Είναι χαρακτηριστικό το γεγονός πως ακόμη και η Mercedes, που έχει συνδέσει το όνομά της με τους compressors, εδώ και αρκετά χρόνια παράγει αυτοκίνητα τα οποία είναι εφοδιασμένα με συστήματα turbo.
ΕΝ ΟΨΕΙ ΤΟΥ ΜΕΣΟΥ ΟΡΟΥ CO2
Οι νέοι αυστηρότεροι κανονισμοί εκπομπών ρύπων CO2 θα ισχύσουν για όλα τα νέα οχήματα στην Ευρώπη από το 2020, με στόχο τα 95 γρ./χλμ. Οι κατασκευαστές αυτοκινήτων έχουν ήδη ενσωματώσει κάποιες τεχνολογίες μείωσης των εκπομπών ρύπων όπως τα συστήματα start-stop που έχουν περάσει στον βασικό εξοπλισμό όχι μόνο των υβριδικών αυτοκινήτων αλλά και στα συμβατικά μοντέλα που χρησιμοποιούν τους κλασικούς βενζινοκινητήρες και πετρελαιοκινητήρες. Ανεξάρτητα από το στιλ οδήγησης, την κυκλοφοριακή συμφόρηση ή τη θερμοκρασία λειτουργίας του κινητήρα, ένα αυτοκίνητο εξοπλισμένο με σύστημα start-stop παράγει λιγότερες εκπομπές CO2. Τα ολοκληρωμένα συστήματα αποφεύγουν, επίσης, την άσκοπη κατανάλωση ενέργειας (15% μείωση στην αστική οδήγηση) όταν ο κινητήρας λειτουργεί στο ρελαντί.
Η τεχνολογία της Gates προσφέρει ένα μοναδικό σύστημα start/stop με ιμάντα, με ελάχιστη εγγύηση τις 600.000 εκκινήσεις και τα 240.000 χιλιόμετρα λειτουργίας. Το συγκεκριμένο σύστημα είναι από τα πιο αθόρυβα και το αμεσότερο, όσον αφορά την εκκίνηση, σε σχέση με άλλα συστήματα που κυκλοφορούν στην αγορά. Άλλο ένα πλεονέκτημα της τεχνολογίας Gates είναι πως ο κινητήρας μπορεί να σταματήσει ή να επανεκκινήσει ενώ το αυτοκίνητο ταξιδεύει με 20 χλμ./ώρα. Η πιο σύγχρονη εκδοχή του συγκεκριμένου συστήματος start-stop βρίσκεται στον δίλιτρο πετρελαιοκινητήρα e-HDI της Peugeot.
Η τεχνολογία Gates EMD™ (Electro-Mechanical Drive) είναι ένα σύστημα με δύο τεντωτήρες ιμάντα, λόγω των δύο διαφορετικών τρόπων μετάδοσης κίνησης. Η τάση ποικίλλει σε κάθε τρόπο λειτουργίας, με το σύστημα της Gates να εξασφαλίζει τη συνεχή και σωστή τάνυση του ιμάντα κίνησης παρελκομένων με τους δύο τεντωτήρες. Επίσης, το συγκεκριμένο σύστημα εξαλείφει τις συσκευές ρύθμισης μέσω του τεντωτήρα ασύμμετρης τεχνολογίας που προσφέρει υψηλή απορρόφηση ενέργειας.
Κατά την ψυχρή εκκίνηση και κατά την κανονική λειτουργία του κινητήρα, ο ιμάντας Micro-V® γυρίζει δεξιόστροφα στην τροχαλία του στροφαλοφόρου – η πλευρά υπό τάνυση βρίσκεται κάτω από την τροχαλία και το χαλαρό τμήμα επάνω στην αριστερή πλευρά όπου βρίσκεται ο πρώτος τεντωτήρας. Αφού έχει σταματήσει το αυτοκίνητο και ο κινητήρας επανεκκινεί μέσω της γεννήτριας σε κατάσταση «θερμής εκκίνησης», η τροχαλία της γεννήτριας γίνεται κινητήρια για τον ιμάντα Micro-V® και αυτή η πλευρά δέχεται τάνυση. Προκύπτει νέα χαλαρή πλευρά και ο δεύτερος τεντωτήρας εξασφαλίζει την κατάλληλη τάνυση, ώστε να είναι δυνατή η μετάδοση της ροπής εκκίνησης.
Η Gates δεν είναι μόνο διάσημος κατασκευαστής ιμάντων χρονισμού πρώτης τοποθέτησης Ο.Ε., αλλά κι ένας από τους μεγαλύτερους κατασκευαστές τεντωτήρων πρώτης τοποθέτησης Ο.Ε. στην Ευρώπη. Έχοντας εξελίξει μια διευρυμένη γκάμα τεντωτήρων, προσφέρει την κατάλληλη λύση για όλα τα συστήματα, λαμβάνοντας υπόψη τις απαιτήσεις λειτουργίας και τη διάρκεια ζωής, τη μετάδοση της ροπής και τους περιορισμούς που προκύπτουν από τη συσκευασία. Ένας ειδικά σχεδιασμένος ιμάντας υψηλού φορτίου Micro-V® παρέχει την απόδοση που απαιτείται στη λειτουργία εκκίνησης του κινητήρα. Η σύνθεση του υλικού του ιμάντα χρησιμοποιεί μια ένωση ελαστομερούς υψηλής απόδοσης, προηγμένης τεχνολογίας πρόσφυσης, με ενισχυμένες χορδές εφελκυσμού.
Του Μιχάλη Κουρασάνη, Υπεύθυνου Τεχνικού Τμήματος &
Εξοπλισμού Συνεργείων στην ΙΑΠΩΝΙΚΗ Α.Ε.
