Στο πρώτο κομμάτι της τεχνικής μας ανάλυσης, κοιτάξαμε τα turbo γενικά. Είδαμε τον σχεδιασμό τους, αναλύσαμε το πώς λειτουργούν και εξετάσαμε κάποια μειονεκτήματα που μπορεί να εμφανίζουν. Τώρα θα γίνουμε λίγο πιο συγκεκριμένοι όσον αφορά τα περιφερειακά συστήματα που πλαισιώνουν έναν υπερτροφοδότη καυσαερίων, πώς λειτουργούν, γιατί είναι σημαντικά και τι προβλήματα μπορεί να προκαλέσει η απουσία τους.

Όπως προαναφέραμε το turbo δεν είναι τίποτε παραπάνω από μία μηχανική αντλία δύο διαμερισμάτων. Το ένα διαμέρισμα συγκεντρώνει τα καυσαέρια από τον κινητήρα και τα καθοδηγεί στην τουρμπίνα για να την περιστρέψει. Το housing της τουρμπίνας είναι φτιαγμένο από κάποιο εξαιρετικά ανθεκτικό υλικό για να αντέχει τις πιέσεις αλλά και τις πολύ υψηλές θερμοκρασίες στις οποίες εκτίθεται –συνήθως μαντέμι-. Το άλλο διαμέρισμα φιλοξενεί την φτερωτή του συμπιεστή ενώ το housing του είναι συνήθως από κάποιο κράμα αλουμινίου και ο ρόλος του είναι να «μαζεύει» τον συμπιεσμένο αέρα και να τον καθοδηγεί στην μηχανή. Τα δύο αυτά διαμερίσματα ενώνονται αλλά και οριοθετούνται από το κεντρικό τμήμα του turbo που περιλαμβάνει άξονες και έδρανα για την ομαλή περιστροφή του άξονα, την είσοδο και την έξοδο του λαδιού για την σωστή λίπανση του turbo αλλά και κάποιες θερμοασπίδες για την προστασία του συμπιεστή από την μεταφορά θερμότητας μεταξύ των μετάλλων.

Όμως, όσο απλός και να είναι ο σχεδιασμός και η αρχή λειτουργίας ενός turbo, δεν μπορούμε να τοποθετήσουμε ένα στον κινητήρα μας και αυτομάτως να έχουμε λίγα (ή πολλά) παραπάνω άλογα. Πρέπει να συνοδεύεται από κάποια περιφερειακά τα οποία είτε το περιορίζουν, είτε το ελέγχουν αλλά σίγουρα φροντίζουν για την εύρυθμη λειτουργία του κινητήρα μας. Τα κυριότερα περιφερειακά –και αυτά που θα αναλύσουμε σε αυτό το άρθρο- είναι τρία. Η wastegate, η blow-off βαλβίδα (ή αλλιώς σκάστρα) και το intercooler.

Wastegate. Η wastegate είναι by pass βαλβίδα που παρακάμπτουν την τουρμπίνα. Από την ανάλυση της λειτουργίας του turbo που κάναμε προηγουμένως, γίνεται εμφανές ότι η πίεση υπερπλήρωσης αυξάνεται όσο αυξάνονται οι στροφές του κινητήρα (και κατά συνέπεια τα παραγόμενα καυσαέρια). Αυτό όμως δεν μπορεί να συνεχιστεί επ’ άπειρον καθώς τόσο το turbo όσο και ο κινητήρας μας μπορούν να αντέξουν ορισμένη πίεση. Εκεί λοιπόν είναι αναγκαία η wastegate. Ο έλεγχός της γίνεται με ένα πνευματικό actuator που είναι συνδεδεμένο με την πολλαπλή εισαγωγής και ένα ελατήριο. Το ελατήριο κρατάει την wastegate κλειστή ενώ το πνευματικό έμβολο τείνει να την ανοίξει. Όσο η πίεση περιορίζεται στα νορμάλ επίπεδα, η δύναμη που ασκεί ο actuator δεν αρκεί για να υπερνικήσει την αντίσταση του ελατηρίου. Προφανώς, μόλις η δύναμη του actuator ξεπεράσει την αντίσταση του ελατηρίου, η βαλβίδα ανοίγει και τα καυσαέρια παρακάμπτουν την φτερωτή της τουρμπίνας, ελαττώνοντας την ταχύτητα περιστροφής της και κατά συνέπεια την πίεση υπερπλήρωσης (τα καυσαέρια που παρέκαμψαν την τουρμπίνα μπορεί να καταλήγουν είτε και πάλι στην εξάτμιση είτε απευθείας στο περιβάλλον. Όσο οι ιπποδυνάμεις ανεβαίνουν τόσο πιο πιθανή είναι η δεύτερη λύση).

External Wastegate

Οι wastegates χωρίζονται σε δύο κατηγορίες. Τις internal που αποτελούν μέρος του turbo και τις external που είναι εντελώς ξεχωριστά εξαρτήματα.

Η λειτουργία και των δύο είναι παρόμοια ωστόσο οι external έχουν ορισμένα πλεονεκτήματα και κάποιες ιδιαιτερότητες. Πρώτον, η τοποθέτηση external wastegate συνήθως απαιτεί χειροποίητη πολλαπλή εξαγωγής με ξεχωριστό σωλήνα που θα πηγαίνει προς αυτήν. Δεύτερον, είναι αρκετά μεγαλύτερες από τις internal επειδή δεν υπάρχει ο περιορισμός της ενσωμάτωσης στο turbo κάτι όμως που τις κάνει δύσχρηστες σε μικρά μηχανοστάσια.

Internal Wastegate

Από εκεί και πέρα όμως έχει μόνο πλεονεκτήματα καθώς οι external wastegates είναι πολύ πιο ακριβείς στον έλεγχο και περιορισμό της πίεσης υπερπλήρωσης (ιδίως όταν αυτές συνεργάζονται με ηλεκτρονικό boost controller) αλλά και μας δίνουν την δυνατότητα (ακριβώς επειδή δεν είναι δομικό μέρος του turbo) να χρησιμοποιήσουμε turbo με μικρότερο A/R housing τουρμπίνας για ελαχιστοποίηση του lag (περισσότερα όμως για αυτό σε επόμενα άρθρα).

Blow-off Valve. Αυτή η βαλβίδα (η οποία στην αργκό αναφέρεται ως σκάστρα) τοποθετείται ανάμεσα στην έξοδο του συμπιεστή και την πεταλούδα του γκαζιού. Ο σκοπός ύπαρξής της είναι απλός: η εκτόνωση του περισσευούμενου συμπιεσμένου αέρα όταν κλείνει η πεταλούδα του γκαζιού. Εξαιτίας της αδράνειας της φτερωτής του turbo, κατά την μετάβαση από επιτάχυνση σε κλειστή πεταλούδα γκαζιού (πχ κατά το ανέβασμα ταχύτητας στο κιβώτιο) αυτό εξακολουθεί να στέλνει συμπιεσμένο αέρα προς τον κινητήρα. Όμως η κλειστή πεταλούδα τον εμποδίζει από το να εισέλθει στην πολλαπλή εισαγωγής, η πίεση στο σύστημα εισαγωγής αυξάνεται επικίνδυνα και ένα κενό δημιουργείται στην άλλη πλευρά της πεταλούδας.Η δουλειά της blow-off βαλβίδας είναι να ανιχνεύει αυτό το κενό και μηχανικά να ανοίγει εκτονώνοντας την πίεση.

Εδώ να ανοίξουμε μία παρένθεση για να εξηγήσουμε την αναγκαιότητα ύπαρξης ενός τέτοιου μηχανισμού. Αν δεν υπήρχε η blow-off βαλβίδα τότε το turbo μας θα «έμπαινε» σε κατάσταση surge. Με απλά λόγια, surge συμβαίνει όταν η πίεση αμέσως μετά τον συμπιεστή του turbo είναι μεγαλύτερη από την μέγιστη πίεση που μπορεί να παράγει ο συμπιεστής. Αυτό προκαλεί την ροή του αέρα να «οπισθοδρομήσει», να αυξηθεί περεταίρω η πίεση και να stallάρει ο συμπιεστής. Σε ακραίες περιπτώσεις, ή σε επανειλημμένο stallάρισμα, τα ρουλεμάν της φτερωτής μπορεί να καταστραφούν ή ακόμα και να ραγίσει το housing του συμπιεστή!

Ένα μειονέκτημα της σκάστρας είναι ότι  εκτονώνει τον αέρα στην ατμόσφαιρα. Αυτό προκαλεί ένα μπέρδεμα στον MAF σένσορα ο οποίος δίνει σήμα στον εγκέφαλο ότι αυτός ο αέρας θα πάει προς την μηχανή ο οποίος με την σειρά του στέλνει επιπλέον καύσιμο μέσω των μπεκ. Ο αέρας όμως είναι στην ατμόσφαιρα με αποτέλεσμα να υπάρχει περίσσεια καυσίμου στους κυλίνδρους, χωρίς τον απαραίτητο αέρα για να γίνει η καύση επομένως αυτή η περίσσεια πηγαίνει άκαυτη προς την εξάτμιση. Αυτός είναι και ο λόγος που βλέπουμε ορισμένα –βελτιωμένα- αμάξια στο άφημα του γκαζιού να εκτοξεύουν φλόγες μισού μέτρου από την εξάτμιση.

Από την άλλη πλευρά υπάρχουν και οι «εκτροπείς» -diverters ή by-pass βαλβίδες-. Αυτοί, σε αντίθεση με τις απλές σκάστρες που εκτονώνουν τον αέρα στην ατμόσφαιρα, παίρνουν αυτόν τον αέρα και τον καθοδηγούν πίσω από τον συμπιεστή. Με αυτή την κίνηση, η ροή του αέρα διατηρείται σταθερή, η φτερωτή επιβραδύνει σταδιακά και ο MAF σένσορας λειτουργεί κανονικά χωρίς μπερδέματα. Κάποιοι αναφέρονται σε αυτού του είδους τις βαλβίδες ως σκάστρες κλειστού τύπου (λόγω της έλλειψης του χαρακτηριστικού ήχου) αλλά αυτό το όνομα δεν είναι απολύτως σωστό.

Front Mount Intercooler

Intercooler. Για το intercooler μιλήσαμε και στο προηγούμενο άρθρο σε γενικές γραμμές. Τώρα ήρθε η ώρα να γίνουμε λίγο πιο συγκεκριμένοι και αναλυτικοί. Το intercooler λοιπόν είναι μία συσκευή ανταλλαγής θερμότητας που χρησιμοποιείται σε υπερτροφοδοτούμενα σύνολα. Η ενσωμάτωση του στο σύστημα δεν είναι απαραίτητη (θα δείτε αρκετά υπερτροφοδοτούμενα μοντέλα να κυκλοφορούν χωρίς intercooler) αλλά σίγουρα είναι ευεργετική για την απόδοση του κινητήρα. Όπως είπα και πριν, αναφερθήκαμε στην λειτουργία του intercooler στο προηγούμενο κομμάτι, σε αυτό όμως θα γίνουμε λίγο πιο «επιστημονικοί». Μέσω λοιπόν σχεδόν ισοβαρούς ψύξης (ισοβαρής = σταθερή πίεση) επιτυγχάνει αύξηση της πυκνότητας του συμπιεσμένου από το turbo αέρα και κατά συνέπεια βελτιώνει την ογκομετρική απόδοση του κινητήρα μας. Ο κρύος αέρας εκτός από μεγαλύτερη πυκνότητα (μάζα ανά μονάδα όγκου), έχει και μεγαλύτερη ικανότητα για αντίσταση στην προανάφλεξη. Αυτή ακριβώς η ιδιότητα δίνει στον εκάστοτε προγραμματιστή της ECU του αυτοκινήτου την δυνατότητα να είναι ελαφρώς πιο «τολμηρός» όσον αφορά τους χάρτες προπορείας και ανάφλεξης με άμεσο κέρδος στην απόδοση του κινητήρα μας ενώ παράλληλα αφαιρεί την ανάγκη για ψύξη του εισερχόμενου αέρα με ψεκασμό επιπλέον καυσίμου με οφέλη τόσο στην κατανάλωση όσο και στην απόδοση. Το μοναδικό αρνητικό που μπορεί κάποιος να πει ότι έχει η χρήση του intercooler είναι μια μικρή πτώση στην πίεση η οποία είναι αποτέλεσμα της ροής του αέρα από τις επιπλέον σωληνώσεις, αν όμως είναι κατασκευασμένο σωστά, η πτώση της θερμοκρασίας που καταφέρνει, υπερκαλύπτει την απώλεια στην πίεση.

Οι δύο κύριες κατηγορίες intercooler είναι τα αερόψυκτα (air-to-air) και τα υδρόψυκτα (air-to-liquid) intercoolers. Η διαφορά τους είναι εμφανής: η μία κατηγορία χρησιμοποιεί τον αέρα ως ψυκτικό μέσο ενώ η άλλη χρησιμοποιεί κάποιου είδους υγρό (συνήθως νερό από το ψυκτικό κύκλωμα του κινητήρα). Το πλεονέκτημα που έχουν τα υδρόψυκτα σε σχέση με τα αερόψυκτα είναι ότι λόγω του μικρότερου μήκους των σωληνώσεων αλλά και του intercooler γενικότερα, προσφέρει ταχύτερη απόκριση (λιγότερο turbo lag) και ταχύτερη απόδοση μέγιστης πίεσης.

Side mounted intercooler

Από εκεί και πέρα τα intercoolers διαφοροποιούνται όσον αφορά το μέρος τοποθέτησης τους. Έτσι έχουμε τα side mounted intercoolers, με τοποθέτηση στο πλάι της μάσκας του αυτοκινήτου συνήθως εμπρός από τον τροχό για να ψύχεται από τον αέρα που το χτυπάει. Κύριοι εκπρόσωποι αυτής της κατηγορίας είναι κάποια VW αλλά και το Audi TT. Στη συνέχεια έχουμε τα front mounted intercoolers με τη συσκευή να είναι τοποθετημένη στο κέντρο της μάσκας του αυτοκινήτου (βλ. Nissan Skyline, Mitsubishi Lancer Evolution κ.ά.) και τέλος έχουμε τα top mounted intercoolers όπου το intercooler είναι τοποθετημένο πάνω από τον κινητήρα.

Top mounted intercooler

Σε αυτή τη διάταξη, επειδή το intercooler έχει να αντιμετωπίσει και την θερμότητα που εκπέμπει ο κινητήρας, ο κατασκευαστής επιλέγει την ενσωμάτωση και κάποιου αεραγωγού σε κάποιο σημείο στο καπό για να στέλνει φρέσκο αέρα απευθείας στο intercooler. Παραδείγματα για αυτή τη διάταξη είναι το Mini Cooper S αλλά και το Subaru Impreza WRX. Κάθε διάταξη έχει φυσικά και κάποια μειονεκτήματα πχ, τα front mounted intercoolers είναι εξαιρετικά ευάλωτα σε πετραδάκια ή άλλου είδους ιπτάμενα αντικείμενα από τον δρόμο που μπορεί να προκαλέσουν ζημία, τα side mounted έχουν τον περιορισμό του μεγέθους εξαιτίας του περιορισμένου χώρου μπροστά από τον τροχό ενώ τα top mounted είπαμε, έχουν να αντιμετωπίσουν την εκπεμπόμενη από τον κινητήρα θερμότητα αλλά στην τελική είναι επιλογή του κατασκευαστή ή του ιδιοκτήτη να ζυγίσει τα συν και τα πλην και να αποφασίσει.

Έτσι και το δεύτερο κομμάτι της ανάλυσης έφτασε στο τέλος του. Είδαμε όλα τα περιφερειακά συστήματα που παίζουν σημαντικό ρόλο στην εύρυθμη λειτουργία ενός υπερτροφοδοτούμενου συνόλου, αναλύσαμε την λειτουργία και την σημασία τους και μέσω αυτής της ανάλυσης μάθαμε και λίγο καλύτερα το πώς λειτουργεί το turbo γενικότερα. Μπορεί σε κάποιους να φανεί απλοϊκή η ανάλυση, σε άλλους να φανεί δυσνόητη αλλά σας παρακαλώ να σκεφτείτε ότι προσπαθώ να ικανοποιήσω και τις δύο πλευρές. Και πάλι, σχόλια και διορθώσεις στο Section παρακάτω. Θα ακολουθήσει και το τελευταίο κομμάτι αυτής της σειράς σε μερικές μέρες.

Παρόμοια Άρθρα

[Πηγή: turbobygarrett, Wikipedia, streetraceronline | Photo Copyright: Cee Craig @ Flickr]

  • johnnyxp64

    φοβερο αθρο εμαθα πολλα νεα πραγματα!
    οπως οτι το νεο μου μοτερ 1.4 Tsi 2010
    εχει (εκτος απο combressora) turbina me wastegates external
    kai skastra by-pass(κλειστου τυπου) και itercooler αερος-λαδιου.
    αν δεν εχω κανει καποιο λαθος με βαση αυτα που εψαξα στο Interneti :P

    μιας και ειμαι νεος στα τουρμπα (αλλα παλιος στa Vti/Vtec)
    ειναι πολυ ωραιο που μπορω και μαθαινω τετοιες λεπτομεριες με κατανοητο τροπο! εκτιμώ περισσοτερο το εργαλειο μου ετσι…

    σε ευχαριστω.!

  • david17

    anamenoume kai ta epomena arthra :D

  • Άψογος ο Αλέξανδρος για μια ακόμη φορά!

  • thodwrhs

    paidia polu kalh douleia hmoun anagnwsths xronia se gnwsto periodiko veltiwshs po uexei ginei gia ton….. to site sas to anakalupsa prox8es kai eilikrina exw faei kollima…..

    sinexiste thn kalh douleia

    • Ευχαριστούμε Θοδωρή για τα καλά σου λόγια! ;)

    • Σ’ευχαριστούμε Θοδωρή! Προσπαθούμε όσο μπορούμε, αλλά κι εσείς πρέπει να εκμεταλλευτείτε το πλεονέκτημα της διαδραστικότητας για να μας λέτε τι θέλετε…

  • Δυνατό άρθρο Alex! Well done! Συνέχισε το ίδιο δυνατά!