Η εμφάνιση του έγινε ως μια τεχνολογία μεγιστοποίησης της ιπποδύναμης. Με την πάροδο του χρόνου και συγκεκριμένα την δεκαετία του ’90 άρχισε να αλλάζει χρήση και πλέον χρησιμοποιείται και για την μείωση της εκβολής ρύπων σε συνδυασμό με το απαραίτητο Downsizing. Παρακάτω θα δούμε κάποια χαρακτηριστικά στην εξέλιξη των turbo, καλή ανάγνωση! 

Το turbo, κρίσιμο εξάρτημα για την αύξηση της ιπποδύναμης σε θερμικούς κινητήρες, εξελίσσεται για να προσφέρει όχι μόνο ενισχυμένες επιδόσεις αλλά και μειωμένους ρύπους. 

Στους ατμοσφαιρικούς κινητήρες, η ποσότητα αέρα που εισχωρεί στους κυλίνδρους εξαρτάται από την ατμοσφαιρική πίεση, με το έμβολο να δημιουργεί υποπίεση και να επιτρέπει την είσοδο αέρα για τη μέγιστη απόδοση του καυσίμου. 

Η τεχνολογία του υπερσυμπιεστή, αναπτυγμένη στις αρχές του 20ού αιώνα, αυξάνει την ποσότητα του εισερχόμενου αέρα στον κύλινδρο, βελτιώνοντας σημαντικά την ιπποδύναμη. Υπερσυμπιεστές χωρίζονται σε δύο κύριες κατηγορίες: τους ογκομετρικούς, που κινούνται από τον στροφαλοφόρο άξονα, και τους φυγοκεντρικούς, οι οποίοι ενεργοποιούνται από τα καυσαέρια.

Φυγοκεντρικοί υπερσυμπιεστές 

Ο φυγοκεντρικός υπερσυμπιεστής, γνωστός και ως τούρμπο, αξιοποιεί την κινητική ενέργεια των καυσαερίων για να ενισχύσει την ιπποδύναμη ενός κινητήρα. Αποτελείται από έναν κοινό άξονα, ο οποίος στο ένα άκρο του έχει έναν στρόβιλο ή φτερωτή που κινείται από τη ροή των καυσαερίων και στο άλλο άκρο φέρει έναν συμπιεστή για τον αέρα της εισαγωγής. 

Οι υψηλές ταχύτητες του στροβίλου, που μπορεί να φτάσουν τις 150.000 στροφές ανά λεπτό, επιτρέπουν την άμεση αύξηση του όγκου και της ταχύτητας του αέρα που εισάγεται στον κύλινδρο, βελτιώνοντας έτσι την ισχύ του κινητήρα.

Όταν ο οδηγός αυξάνει τις στροφές του κινητήρα, ενισχύονται επίσης οι στροφές του τούρμπο, προκαλώντας την επιτάχυνση της τουρμπίνας και της συμπίεσης του αέρα εισαγωγής. Σε χαμηλές στροφές, το τούρμπο λειτουργεί σχεδόν όπως ένας ατμοσφαιρικός κινητήρας, αλλά καθώς οι στροφές αυξάνονται, ο κινητήρας εισέρχεται σε φάση υπερσυμπίεσης, αυξάνοντας σημαντικά την απόδοση. 

Η βαλβίδα ανακούφισης (waste gate) διασφαλίζει ότι η πίεση δεν θα φτάσει σε επικίνδυνα επίπεδα για τον κινητήρα, προστατεύοντας τον από υπερβολική πίεση.

Twin – turbo

Η μηχανική υπερπλήρωση (supercharger), παρότι απλή στην κατασκευή, είναι μια επιλογή που αυξάνει την ιπποδύναμη και βελτιώνει τη ροπή σε χαμηλές και μεσαίες στροφές, χωρίς να προκαλεί θερμική καταπόνηση στον κινητήρα.

 Ωστόσο, αυτό το σύστημα αυξάνει την κατανάλωση καυσίμου και απαιτεί μέρος της ενέργειας του κινητήρα, καθώς κινείται μέσω του στροφαλοφόρου άξονα.

Αντίθετα, οι κινητήρες με turbo παρέχουν οφέλη στις υψηλές στροφές και συμβάλλουν στη μείωση της κατανάλωσης καυσίμου και των εκπομπών ρύπων. Παρά τα θετικά, έχουν το μειονέκτημα της υστέρησης (turbo lag) στις χαμηλές στροφές, πράγμα που μειώνει την απόκριση του κινητήρα. 

Η καινοτόμα διάταξη TSI του ομίλου VAG επιτυγχάνει τον συνδυασμό των πλεονεκτημάτων των μηχανικών υπερσυμπιεστών και των τούρμπο συμπιεστών, εξαλείφοντας τα συνηθισμένα μειονεκτήματα καθενός. Σε αυτή την καινοτόμα προσέγγιση, ένας φυγοκεντρικός συμπιεστής λειτουργεί στις χαμηλές στροφές για άμεση απόκριση, ενώ ένα τούρμπο αναλαμβάνει τον έλεγχο στις υψηλές στροφές, προσφέροντας ενισχυμένη ισχύ και απόδοση.

Αντίστοιχα επιτυχημένη είναι και η τεχνολογία twin turbo, η οποία χρησιμοποιείται ολοένα και πιο συχνά για τη βελτίωση της απόδοσης στις διάφορες φάσεις λειτουργίας του κινητήρα. Η διπλή τούρμπο διάταξη περιλαμβάνει ένα μικρότερο turbo για βελτιωμένη απόκριση σε χαμηλές στροφές και ένα μεγαλύτερο για ικανοποιητική απόδοση σε υψηλές στροφές, με δυνατότητα σύνδεσης είτε σε σειρά είτε παράλληλα, ανάλογα με το σχεδιασμό του κινητήρα.

Μεταβλητή Γεωμετρία 

Η τεχνολογία της μεταβλητής γεωμετρίας τουρμπίνας (VTG) έχει αναπτυχθεί για να βελτιστοποιεί την απόκριση των τούρμπο συμπιεστών σε χαμηλές στροφές, όταν η ενέργεια των καυσαερίων είναι περιορισμένη, και ταυτόχρονα να παρέχει επαρκή ποσότητα αέρα κατά την περίοδο μέγιστου φορτίου. Η χρήση της μεταβλητής γεωμετρίας στους στροβίλους, η οποία ξεκίνησε να εξερευνάται από τη δεκαετία του 1950 και εφαρμόστηκε στην παραγωγή από τη Honda στα τέλη της δεκαετίας του ’80, περιλαμβάνει τη ρύθμιση των πτερυγίων της τουρμπίνας για την οπτιμοποίηση της ροής καυσαερίων.

Σε αντίθεση με τους συμβατικούς στροβίλους σταθερής γεωμετρίας, ένας στρόβιλος VTG δεν χρησιμοποιεί βαλβίδα wastegate, αναλαμβάνοντας έτσι να χειρίζεται ολόκληρη τη ροή καυσαερίων από τον κινητήρα. 

Αυτό σημαίνει ότι η προσαρμογή των πτερυγίων επιτρέπει τη διατήρηση μικρής διαφοράς πίεσης μεταξύ εισαγωγής και εξαγωγής, βελτιώνοντας έτσι τη ροπή στις χαμηλές στροφές, μειώνοντας το φαινόμενο του turbo-lag και επιτρέποντας στους ντίζελ κινητήρες να επιτυγχάνουν υψηλότερα ποσοστά κυκλοφορίας καυσαερίων στο σύστημα EGR για καλύτερη απόδοση και μειωμένες εκπομπές ρύπων.

Twin scroll 

Το Twin Scroll turbo, που εισήχθη στην αγορά από τη Mazda στις αρχές της δεκαετίας του ’90 με το μοντέλο RX7, αποτελεί μια επαναστατική ανάπτυξη στην τεχνολογία των τούρμπο συμπιεστών. Αντίθετα με τα συμβατικά turbo, το Twin Scroll διαθέτει διπλή πολλαπλή εξαγωγής, επιτρέποντας στα καυσαέρια να κατευθύνονται σε δύο ξεχωριστούς αυλούς εξαγωγής. 

Σε ένα τετρακύλινδρο κινητήρα, για παράδειγμα, οι κύλινδροι 1 και 4 και αντίστοιχα οι κύλινδροι 2 και 3 μοιράζονται ξεχωριστούς αυλούς. Αυτό επιτρέπει στα ρεύματα αέρα να πλήττουν τον στρόβιλο με διαφορετική γωνία και ταχύτητα, προσομοιάζοντας τα οφέλη δύο διαφορετικών στροβίλων.

Η χρήση του Twin Scroll turbo εξασφαλίζει ανώτερη αξιοποίηση της κινητικής ενέργειας των καυσαερίων, παρέχοντας καλύτερη απόδοση σε χαμηλές και μεσαίες στροφές, όπως και βελτιωμένη απόκριση του κινητήρα. Αυτό μεταφράζεται σε σημαντική μείωση του turbo-lag, δίνοντας στους οδηγούς την αίσθηση πιο άμεσης ανταπόκρισης στο πεντάλ του γκαζιού, και καθιστώντας το Twin Scroll turbo μια προτιμητέα επιλογή για αυξημένη επιδοσιακή ικανοποίηση.

Υβριδικό Turbo 

Ο όρος “υβριδικό turbo” αναφέρεται σε έναν τύπο συμπιεστή που ενσωματώνει περισσότερες από μία τεχνολογίες για την παραγωγή κίνησης και βελτίωση της απόδοσης. Ένα πρωτοποριακό παράδειγμα ήταν το σύστημα COMPREX, το οποίο χρησιμοποιούσε τόσο τα καυσαέρια όσο και μηχανική κίνηση από τον στροφαλοφόρο μέσω ιμάντα. 

Αν και παρέχει υψηλές επιδόσεις, ιδίως στις αγωνιστικές εφαρμογές της Lancia, αυτό το σύστημα εγκαταλείφθηκε λόγω ζητημάτων αξιοπιστίας.

Στις μέρες μας, τα υβριδικά turbo περιλαμβάνουν συστήματα με ηλεκτροκινητήρες που βελτιώνουν την απόκριση του turbo στις χαμηλές στροφές. Όταν ο οδηγός πατήσει το γκάζι, ο ηλεκτροκινητήρας επιταχύνει τον άξονα του στροβίλου σε λιγότερο από 500 msec, εξασφαλίζοντας άμεση απόκριση. Στις υψηλές στροφές, το turbo μετατρέπεται σε γεννήτρια, παράγοντας ρεύμα που συμβάλλει στην εξοικονόμηση καυσίμου και τη μείωση των εκπομπών ρύπων, επιτυγχάνοντας συνολικά εξοικονόμηση καυσίμου της τάξης του 10% και σημαντική μείωση του turbo-lag.

Καθώς κλείνουμε αυτή την εις βάθος εξέταση στην εξέλιξη της τεχνολογίας των τούρμπο, είναι σαφές ότι η καινοτομία δεν έχει σταματήσει. Από τις πρώιμες μορφές αυξημένης ιπποδύναμης μέχρι τις σύγχρονες εφαρμογές για μείωση των ρύπων και βελτίωση της καυσιμοεξοικονόμησης, οι τούρμπο συμπιεστές έχουν αποδείξει την αξία τους στην αυτοκινητιστική βιομηχανία. Με την υιοθέτηση τεχνολογιών όπως το twin turbo, το twin scroll και τα υβριδικά συστήματα, η αναζήτηση για ολοένα και καλύτερη απόδοση και αποτελεσματικότητα συνεχίζεται. Εν κατακλείδι, η διαρκής εξέλιξη των turbo σημαίνει ότι μπορούμε να αναμένουμε ακόμα πιο εξελιγμένες και αποδοτικές λύσεις στο μέλλον, διασφαλίζοντας ότι αυτή η τεχνολογία θα παραμείνει στο επίκεντρο της αυτοκινητικής καινοτομίας.

Σας ευχαριστούμε για ακόμη μια φορά για τον χρόνο σας,

Raceroms out!