Advertisement

Know How: Turbo Part III

Know How: Turbo Part III

Η βασική αρχή λειτουργίας

4 Know How Turbo part III 1Όπως καταλαβαίνετε, στη σειρά αυτή, θα ξεφτιλίσουμε κάθε πιθανή και απίθανη εκδοχή και την παραμικρή «βίδα» ενός τούρμπο, τόσο κατασκευαστικά όσο και λειτουργικά. Για να φτάσουμε, όμως, εκεί πρέπει πριν από όλα να έχουμε μία ολοκληρωμένη εικόνα του που ακριβώς μπαίνει αυτό το πράγμα σε σχέση με τα υπόλοιπα υποσυστήματα του κινητήρα, αλλά και γιατί, λειτουργικά, μπαίνει εκεί, που μπαίνει το καθένα, ώστε τελικά όλα μαζί να πετύχουν τον κοινό σκοπό: την εισροή μεγαλύτερης ποσότητας αέρα στους κυλίνδρους. Οι μη «εξπέρ» θα μάθετε όλα αυτά, που φοβόσασταν να ρωτήσετε. Οι «εξπέρ» κάντε υπομονή μια-δυο σελίδες, όλοι από κάπου ξεκινήσαμε… Ας πάρουμε έναν ολόκληρο ρευστομηχανικό-θερμοδυναμικό κύκλο της διάταξης με τη σειρά, παρατηρώντας ταυτόχρονα και το συνοδευτικό σχετικό σχήμα: αφού το καύσιμο μείγμα αναφλεγεί και καεί μέσα στον κύλινδρο, κατά το χρόνο της εξαγωγής και την άνοδο του εμβόλου, τα καυσαέρια περνάνε από τους αυλούς εξαγωγής της κυλινδροκεφαλής και μετά οδεύουν προς το πρώτο περιφερειακό -εκτός κορμού- κινητήρα, την πολλαπλή εξαγωγής. Οι αυλοί της πολλαπλής, τώρα, ένας για κάθε κύλινδρο, ενώνονται πριν συναντήσουν το ένα από τα δύο μισά ενός τούρμπο, το στρόβιλο/τουρμπίνα (ή «κώλος» ή «θερμό κομμάτι» του τούρμπο) και πιο συγκεκριμένα, τη φτερωτή του στροβίλου μέσα στο κέλυφός του, που είναι το πρώτο από τα δύο σαλιγκάρια ενός τούρμπο («μαντέμι» λόγω του παραδοσιακού υλικού του, μόνο που, όπως θα δούμε αργότερα, πολλά μαντέμια πλέον δεν φτιάχνονται από …μαντέμι): τα πτερύγια της φτερωτής του στροβίλου ρίχνουν μία «μίνι πόρτα» στα καυτά καυσαέρια και δημιουργούν το λεγόμενο backpressure («αντίθλιψη» ελληνιστί), δηλαδή, με άλλα λόγια, η πίεση των καυσαερίων σε αυτό το σημείο αυξάνεται πέραν της ατμοσφαιρικής. Καθώς τα καυσαέρια περνάνε από την πτέρυγα της φτερωτής, μπαίνουν ακτινικά-περιφερειακά και εξέρχονται αξονικά, χάνουν μέρος της πίεσης και της θερμοκρασίας τους (μετά τη φτερωτή του στροβίλου, τα καυσαέρια έχουν κοντά 150 βαθμούς Κελσίου μικρότερη θερμοκρασία απ’ ότι πριν περάσουν από το λούνα παρκ), μειώνεται, δηλαδή, η ολική τους ενέργεια, εσωτερική και εξωτερική (μειώνεται η «ενθαλπία» τους). Τι γίνεται αυτή η ενέργεια, που πήγε …περίπατο? Ομοαξονικά με το στρόβιλο, πακτωμένη στην άλλη άκρη του άξονά του, βρίσκεται άλλη μία φτερωτή μέσα σε ένα άλλο (αλουμινένιο αυτήν τη φορά, αφού δεν καταπονείται θερμικά εξίσου) κέλυφος-σαλίγκαρο, η φτερωτή του συμπιεστή. Η ενέργεια, λοιπόν, που έχασαν τα καυσαέρια, γίνεται κινητική (και, πιο συγκεκριμένα, περιστροφική κινητική) ενέργεια του στροβίλου και, μέσω της περιστροφής αυτού, κινητική ενέργεια ολόκληρου του άξονα στροβίλου-συμπιεστή. Και τι την κάνει την ενέργεια αυτή ο άξονας του τούρμπο? Το ρόλο του «εκμεταλλευτή» έχει η «κρύα» πλευρά του τούρμπο (ή «μούρη»): αφού φιλτραριστεί από το φίλτρο αέρα και περάσει μέσα από τις σωληνώσεις και διατάξεις (παπάδες, φισούνες, MAF/AFM κτλ.) εισαγωγής, ο ατμοσφαιρικός αέρας εισέρχεται αξονικά του συμπιεστή, συμπιέζεται μέσα στη φτερωτή του, δηλαδή αυξάνεται η πυκνότητά του (ο λόγος της μάζας του ως προς την μονάδα του όγκου του), και ακολούθως εξέρχεται ακτινικά -περιφερειακά στην έξοδο- στόμιο του κελύφους του. Στους περισσότερους (αλλά όχι σε όλους) τους κινητήρες, στη συνέχεια, ο συμπιεσμένος αέρας περνάει μέσα από τον εναλλάκτη θερμότητας (αέρος-αέρος, δηλαδή intercooler, είτε αέρος-νερού, δηλαδή chargecooler), με σκοπό να ρίξουν τη θερμοκρασία του (θερμότερου λόγω συμπίεσης) αέρα και έτσι να αυξήσουν την πυκνότητά του περαιτέρω και επομένως τη δυνητική ισχύ και την αντοχή σε προανάφλεξη (περισσότερα για όλα αυτά προς το φθινόπωρο…). O συμπιεσμένος και κρυωμένος αέρας, τώρα, φτάνει στο πρώτο σημείο «μάζωξης», που είναι η πολλαπλή εισαγωγής και από εκεί -μέσω των αυλών εισαγωγής της πολλαπλής και της κυλινδροκεφαλής- με ή χωρίς καύσιμο ακόμα, καταλήγει μέσα στους κυλίνδρους, έτοιμος να καεί και να φύγει προς την εξαγωγή, ολοκληρώνοντας τον κύκλο και ξεκινώντας από εκεί, που ξεκινήσαμε την περιγραφή. Πέραν των δύο βασικών κελύφων-φτερωτών και του κοινού τους άξονα, που είδαμε, ένα τούρμπο (μπορεί να) έχει διάφορα επιπλέον συμπράγαλα για να μπορέσουν οι δύο φτερωτές να κάνουν σωστά τη δουλειά τους: ανάμεσα στους δύο σαλίγκαρους, έδραση με τριβείς ολίσθησης (κουζινέτα) ή κύλισης (ρουλεμάν), παροχή λιπαντικού λαδιού, παροχή ψυκτικού υγρού και όλα αυτά μαζί αποτελούν το «κεντρικό κέλυφος» του τούρμπο, τη βάση, που όλα συνδέονται μεταξύ τους και τα δύο σαλιγκάρια γίνονται ένα, το λεγόμενο «cartridge». Θα τα πιάσουμε όλα με τη σειρά, ένα-ένα, να τα αναλύσουμε στην πορεία. Για την ώρα και, αφού μάθαμε πως δουλεύει γενικά η όλη ιστορία, ας περάσουμε στις (σε μεγάλο βαθμό παρεξηγημένες από ημιμαθείς) «τουρμποέννοιες», αυτές που, είτε σε ελάχιστο βαθμό, είτε σε υπερβολικό, υπάρχουν σε κάθε τούρμπο και είναι η νέμεσις και η σωτηρία του ταυτόχρονα. 

 

Αυτός ο διπρόσωπος μπαγάσας, το backpressure

4 Know How Turbo part III 2Τον αναφέραμε πεταχτά μεν πιο πάνω, αλλά, όσοι διάβασαν μεταξύ των γραμμών, ήδη έχουν καταλάβει ότι, ενώ όταν λέμε «backpressure», συνήθως το εννοούμε με την κακή του έννοια, στην πραγματικότητα, χωρίς backpressure δεν πάμε πουθενά και, για την ακρίβεια, η φτερωτή του στροβίλου και επομένως η συμπίεση του αέρα από την απέναντι πάει επίσης περίπατο. Από την άλλη, θεωρητικά και σε έναν ιδανικό κόσμο, θα το θέλαμε μηδέν βάσει των «ατμοσφαιρικών» διδαχών της ρευστομηχανικής του κυλίνδρου, αλλά έλα που δεν έχει νόημα καν αυτή η κουβέντα, αφού εδώ μιλάμε για μη ατμοσφαιρικά σύνολα εκ προοιμίου. Το backpressure είναι επομένως μία διμούτσουνη οχιά, που όλοι οι τουμπάτοι αγαπάνε να μισούν και μισούν να αγαπάνε, αλλά, στο τέλος της ημέρας, θέλουν δε θέλουν, μαζί δεν κάνουν και χώρια δεν μπορούν. Ένα τούρμπο δεν ασκεί άμεσα-κατευθείαν μηχανικό φορτίο στον κινητήρα, όπως για παράδειγμα ένας Roots, ωστόσο, όμως, προσθέτει πίεση στον οχετό εξαγωγής (ο Ρακόπουλος πρέπει να είναι πολύ περήφανος με την πάρτη μου σήμερα), κάτι, που ένας «ατμοσφαιρικός», θα βροντοφώναζε από το παράθυρο ότι αυξάνει της απώλειες εμβολισμού, δηλαδή αυξάνει την ενέργεια, που τρώει το έμβολο κατά τη φάση της εξαγωγής των καυσαερίων από τον κύλινδρο (ουσιαστικά την τρώει από τους διπλανούς κυλίνδρους, που είναι σε φάση εισαγωγής-εκτόνωσης). Τυπικά, θα είχε δίκιο, αλλά, αν έβλεπε ολόκληρη την εικόνα -ροή ισχύος του ζευγαριού κινητήρας- τούρμπο, τότε θα έβλεπε ότι η θυσία αυτή, στις ρευστομηχανικές απώλειες εμβολισμού, αποφέρει συνολικά κέρδη και μεγαλύτερη ενεργειακή αποδοτικότητα: μεγάλο κομμάτι της ενέργειας, που περιστρέφει το στρόβιλο, παρέχεται από τα υπό εκτόνωση, λόγω του backpressure, καυσαέρια, η υπόλοιπη, δηλαδή, -από τη θερμοκρασία τους- ενέργεια, η οποία, χωρίς φτερωτή-πατάτα στην εξάτμιση, θα πήγαινε χαμένη στην εξάτμιση και τελικά στον αέρα τον κοπανιστό, που μας περιβάλλει. Έλα, όμως, που δεν είναι τόσο απλό, αφού όλο αυτό έχει να κάνει με ενεργειακά ισοζύγια τύπου κερδίζω εδώ-χάνω εκεί. Ας βουτήξουμε, λοιπόν, πιο βαθιά στο «φαινόμενο» τούτο. Αυτό, που πολύς κόσμος πιστεύει, είναι ότι η ενέργεια, που «μαγικά» απομαστεύει ο στρόβιλος, δεν είναι στην πραγματικότητα «δωρεάν», ακριβώς εξαιτίας της αύξησης των απωλειών για την εξαγωγή των καυσαερίων. Αυτό είναι αλήθεια, έως, όμως, κάποιο βαθμό μόνο: όταν πρωτοανοίγει η βαλβίδα εξαγωγής, τότε η ροή των καυσαερίων διαμέσου αυτής είναι «κρίσιμη ροή» (έχει να κάνει με την ταχύτητα της ροής και τη διατομή του αυλού), που πρακτικά σημαίνει ότι η πίεση εντός του κυλίνδρου είναι περισσότερο από διπλάσια σε σχέση με αυτή της πολλαπλής εξαγωγής και όσο αυτή η μεγάλη διαφορά ισχύει, τότε το backpressure στιγμιαία δεν επηρεάζει (πρακτικά) καθόλου τη ροή μας, όσο περίεργο κι αν ακούγεται αυτό. Από τη στιγμή, τώρα, που η πίεση στον κύλινδρο αρχίζει και πέφτει (καθώς περισσότερα καυσαέρια την κάνουν), το backpressure της πολλαπλής αρχίζει και επιδρά αισθητά, περνώντας το τίμημά του σιγά-σιγά πάνω στη ροή μας. Και ακόμα και η αυξημένη -λόγω υπερπλήρωσης - πίεση στον κύλινδρό μας, κατά την τελευταία φάση του χρόνου εξαγωγής, θα απαιτήσει και πάλι -σε κάθε περίπτωση- να δανειστεί ορισμένη ενέργεια από το στρόφαλο. Στην πράξη, τώρα, και σε «τετράχρονο» επίπεδο ολοκληρωμένο, καθώς ο κινητήρας μας δουλεύει με πλήρως ανοιγμένη πεταλούδα και με φουλ υγιέστατο σύστημα τούρμπο, η απόλυτη πίεση στην πολλαπλή εισαγωγής θα είναι αισθητά μεγαλύτερη από την αντίστοιχη στην πολλαπλή εξαγωγής, ρεφάροντας, μέσω της διαφοράς της ενέργειας, που προσδίδει στο έμβολο κατά το χρόνο της εισαγωγής, την αντίστοιχη αυξημένη, κατά τη φάση της εξαγωγής των καυσαερίων. Πηγαίνοντας ένα βήμα παραπέρα, κατά τη φάση της επικάλυψης/overlap των βαλβίδων, όπου τόσο οι  βαλβίδες της εξαγωγής όσο και της εισαγωγής είναι ταυτόχρονα ανοικτές, η αυξημένη - λόγω τούρμπο - πίεση της πολλαπλής εισαγωγής εξωθεί ευκολότερα προς την εξάτμιση τα εναπομείναντα - στο θάλαμο καύσης -καυσαέρια, όταν το έμβολο κινείται περί του ΑΝΣ, καθιστώντας τη σάρωση του κυλίνδρου από τα «καμένα» αποδοτικότερη. Για να έχετε μία τάξη μεγέθους όλου αυτού, που περιγράφουμε, σε βαρβάτα τουρμπάτα μοτέρ, που πλησιάζουν το χιλιάρικο, η πίεση της πολλαπλής εισαγωγής μπορεί να είναι και 0,7 bar μεγαλύτερη από την πίεση στην πολλαπλή εξαγωγής, ενώ, επιπροσθέτως, μία πραγματικά πλήρης σάρωση των καυσαερίων από τον κύλινδρο μπορεί να οδηγήσει σε μέχρι και 15% αύξηση της ισχύος σε σχέση με αυτήν, που θα παίρναμε, αν απλά υπολογίσουμε το κέρδος από την αύξηση της πίεσης στην πολλαπλή εισαγωγής από το συμπιεστή μας. Τώρα ξέρετε, γιατί το downsizing δουλεύει ενεργειακά και γιατί οι κατασκευαστές -στο βωμό της κατανάλωσης- προτιμούν μικρότερα τουρμπάτα από μεγαλύτερα ατμοσφαιρικά κι ας είναι τα πρώτα, γενικώς, ακριβότερα κατασκευαστικά.

 

Τι πραγματικά σημαίνει «boost»

4 Know How Turbo part III 3Η λέξη «boost», (προ)ώθηση, έχει πολλές έννοιες και μπορείτε να τη βρείτε από τις οδηγίες για Viagra μέχρι σε πυραύλους της NASA. Στα δικά μας χωράφια, τώρα, υπάρχει ένα μπέρδεμα με τα διάφορα είδη πιέσεων, όχι τόσο από την πλευρά του aftermarket και των σχετικών με το tuning, αλλά από την πλευρά όσων «ασχολούνται με αυτοκίνητα», αλλά το λένε εννοώντας ότι απλά που και που διαβάζουν κανά mainstream αυτοκινητιστικό περιοδικό και ξέρουν να ξεχωρίσουν μία F40 από μία F50… Και σαν να μην έφτανε αυτό, λάθη ολκής, μπερδεύοντας τα μπούτια τους με τις διάφορες πιέσεις στα τροφοδοτούμενα, κάνουν ακόμα και αυτοί, που γράφουν-μεταφράζουν τα επίσημα press kits των νέων μοντέλων, συνήθως είτε παρερμηνεύοντας τα τεχνικά κείμενα, είτε την ορολογία μεταξύ των γλωσσών, οπότε και το λάθος διαιωνίζεται μετά στα διάφορα sites, που τα αναπαράγουν κ.ο.κ. Πάμε να τα βάλουμε σε τάξη. «Boost», ελληνικά «πίεση υπερπλήρωσης», είναι το ποσό της πίεσης άνω της ατμοσφαιρικής (μία ατμόσφαιρα σε πρότυπες συνθήκες, δηλαδή, πρακτικά ένα, άλλα όχι ακριβώς ένα, bar) πίεσης, που μετράμε τυπικά, στην πολλαπλή εισαγωγής. Είναι, αντιστρόφως, η παραπάνω πίεση από αυτήν, που θα είχαμε χωρίς υπερτροφοδότηση. Μετριέται με διάταξη μανόμετρου και, εφόσον αυτό ως μονάδα πίεσης έχει τα bar (οι Αγγλοσάξονες το παίζουν σε psi, λίβρες ανά τετραγωνική ίντσα), στην Ελλάδα το λέμε μπαρόμετρο. Το μεγάλο μπέρδεμα βρίσκεται μεταξύ των δύο προσεγγίσεων στο χρησιμοποιούμενο τύπο πίεσης και, συγκεκριμένα, μεταξύ της απόλυτης πίεσης (εισαγωγής) και της πίεσης υπερπλήρωσης: παλιότερα, αυτό δεν ήταν τόσο πρόβλημα, αφού όλοι μιλάγανε την κοινή γλώσσα της πίεσης υπερπλήρωσης, αλλά την τελευταία δεκαετία και για λόγους, που δεν γνωρίζω, είναι της μόδας να αναφέρεται αντ’ αυτής το μέγεθος της απόλυτης πίεσης. Απόλυτη πίεση είναι η απόλυτη τιμή της πίεσης πάνω από το κενό, της μηδενικής, δηλαδή, πίεσης λόγω έλλειψης ατμόσφαιρας, π.χ. στο διάστημα. Αυτήν τη στιγμή, στα αυτιά σας, ασκείται απόλυτη πίεση περίπου ενός bar και τόση απόλυτη πίεση μπαίνει στην πολλαπλή ενός μη υπερτροφοδοτούμενου κινητήρα. Η πίεση υπερπλήρωσης, τώρα, είναι η λεγόμενη μανομετρική πίεση, η οποία είναι διαφορική πίεση μεταξύ μίας πίεσης αναφοράς -εδώ της ατμοσφαιρικής- και της μετρούμενης στη διάταξή μας. Όταν λέμε 0,5 bar boost/πίεση υπερπλήρωσης, εννοούμε 0,5 συν την εκάστοτε ατμοφαιρική πίεση, δηλαδή η απόλυτη πίεση εδώ είναι 1,5 bar, και όταν λέμε 1,5 bar πίεσης υπερπλήρωσης, αυτή αντιστοιχεί σε 2,5 bar απόλυτης. Έρχονται, λοιπόν, πολλοί κατασκευαστές τα τελευταία 10-15 χρόνια και δηλώνουν αντί για την πίεση υπερπλήρωσης, την απόλυτη, δηλώνοντάς την, όμως, όχι ως absolute pressure, αλλά ως turbo pressure, supercharging pressure, σκέτο pressure κτλ. με αποτέλεσμα η «πίεση υπερπλήρωσης» διάφορων μαμά VW να βγαίνει στον αυτοκινητιστικό τύπο και τα sites ως 2,5 bar, μαμά Porsche, που υποτίθεται ότι βαράνε δίμπαρα, ενώ τελευταία πήρε το μάτι μου -σε σοβαρά έντυπα- ότι και η McLaren P1 έχει πίεση υπερπλήρωσης 2,4 bar (1,4 bar «μόνο» σηκώνει boost το πράγμα, παιδιά)… Και το πρόβλημα δεν είναι μόνο ότι πολλοί, στο χώρο της αυτοκίνησης, μπερδεύουν τις δύο πιέσεις, δηλώνοντας την απόλυτη πίεση ως πίεση υπερπλήρωσης. Το πρόβλημα είναι ότι ακόμα και όσοι δηλώνουν και τονίζουν συγκεκριμένα την απόλυτη πίεση σωστά ως απόλυτη πίεση, ως προσέγγιση δεν βγάζει και πολύ νόημα, αφού στα ατμοσφαιρικά μοτέρ δεν δηλώνουμε ποτέ την απόλυτη πίεση εισαγωγής τους, 1 bar, ως άξιο λόγου μέγεθος: το να δηλώνουμε π.χ. ότι ένα Audi S3 (που σηκώνει 1 bar μανομετρική) δουλεύει απόλυτη πίεση 2 bar, είναι ακριβώς το ίδιο με το να δηλώνουμε ότι το ατμοσφαιρικό Α3 λειτουργεί στο 1 bar πίεσης. Έχει κανένα νόημα..? Δεν έχει, αλλά… Άλλο θέμα, που δημιουργείται, είναι αυτό της υποπίεσης ή «αρνητικής πίεσης», της πίεσης, δηλαδή π.χ. στην πολλαπλή, με μισόκλειστη πεταλούδα. Όταν μιλάμε για απόλυτη πίεση κάτω της ατμοσφαιρικής, π.χ 0,5 bar, τότε αυτή ονομάζεται υπόπιεση: δεν υφίσταται αρνητική πίεση σαν μέγεθος. Γενικώς, στη φυσική, δεν ορίζεται, βρε αδερφέ! Και, όταν στη φυσική λέμε «πίεση», αερίων ή μη, εννοούμε πάντα απόλυτη πίεση εξ’ ορισμού! Το απόλυτο κενό είναι μηδέν πίεση, δεν πάει κάτω από εκεί! Και γιατί το μπαρόμετρο έχει αρνητικές τιμές, θα πει ο βιαστικός? Γιατί αυτές οι τιμές είναι τιμές αρνητικής ΥΠΕΡπίεσης / πίεσης ΥΠΕΡπλήρωσης και μόνο (θετικής απόλυτης πίεσης πάντα), ορολογία, σε κάθε περίπτωση, συμβατική και όχι ιδιαίτερα επιστημονική, η οποία απλά είναι ένας άλλος τρόπος να πεις «(θετική) απόλυτη υποπίεση». Θα εντρυφήσουμε ακόμα περισσότερο στη χρήση της απόλυτης πίεσης και αυτής της υπερπλήρωσης αργότερα, όταν θα μιλήσουμε για χάρτες συμπιεστή και λόγους πίεσης, όπου η ατμοσφαιρική πίεση δεν είναι πάντα σταθερή και επομένως, για την απόλυτη πίεση, προσθέτουμε τις εκάστοτε τιμές boost και ατμόσφαιρας. Εκεί, η διαφοροποίηση απόλυτης πίεσης και boost είναι το Α και το Ω στην εξαγωγή της τιμής του λόγου πίεσης, αφού, αλλιώς, θα διαβάζεις άλλα αντ’ άλλων στο χάρτη απόδοσης του τούρμπο. Γενικότερα, τώρα, το boost, η πίεση υπερπλήρωσης, πέραν των αυτοκινητιστικών χωραφιών, δεν έχει πάντα την έννοια του να ξεπεράσουμε την ατμοσφαιρική πίεση: στους αεροπορικούς εμβολοφόρους κινητήρες, π.χ, η υπερπλήρωση στα μεγάλα υψόμετρα χρησιμοποιείται (χρησιμοποιούταν μάλλον…) κατά βάση για να αναπληρωθεί η χαμένη ατμοσφαιρική πίεση (γι’ αυτό και τα λένε συστήματα «turbo-normalized»): χωρίς τούρμπο, η εισαγωγή δεν φτάνει, ούτε κατά διάνοια, το απόλυτο ένα bar, οπότε χρησιμοποιούμε το τούρμπο με ειδικές ρυθμιστικές διατάξεις περιορισμού της πίεσης (χειροκίνητος έλεγχος της wastegate από το πιλοτήριο!), ώστε η πίεση υπερπλήρωσής του απλά, επικουρικά, να ανεβάσει την απόλυτη πίεση κοντά στο ένα bar. Πίσω στα αυτοκίνητα, ο περιορισμός της υπερβολικής πίεσης υπερπλήρωσης, που μπορεί να ξεκινήσει από πειράκια και να φτάσει την ολική καταστροφή του κινητήρα, γίνεται μέσω προκαθορισμένων τιμών / αυτοματοποιημένων ελέγχων της wastegate, αλλά αυτό είναι ξεχωριστό κεφάλαιο από μόνο του για μετά…

 

Boost threshold vs. turbo lag

4 Know How Turbo part III 4Άλλη μία πηγή ράδιο αρβύλα, αλλά καλά βιδωμένη στο μυαλό πολλών όσον αφορά τα τούρμπο, είναι το περίφημο turbo lag, η καθυστέρηση απόκρισης, που λέμε συχνά: το συγχέουν με ένα άλλο βασικό μέγεθος, το boost threshold, λέγοντας π.χ «έχει τεράστιο λαγκ το πράμα, τουρμπίζει στις 5.000rpm και βάλε». Clarkson και Σία, φυσικά, έχουν συνεισφέρει στη σαλάτα, αλλά εδώ είμαστε πάλι εμείς να βάλουμε τα πράγματα στη θέση τους. Ως boost threshold ορίζονται οι ελάχιστες δυνατές rpm κινητήρα, κατά τις οποίες το τούρμπο θα αποδώσει ωφέλιμη πίεση υπερπλήρωσης, όταν δώσει εντολή το δεξί πεντάλ, είναι, δηλαδή, το σημείο, στο εύρος λειτουργίας του κινητήρα, που τουρμπίζει το εργαλείο, το σημείο, που ξυπνάει το τούρμπο για να αποδώσει ωφέλιμη πίεση υπερπλήρωσης. Κάτω από τις rpm του boost threshold, πολύ απλά η παροχή των καυσαερίων δεν επαρκεί ενεργειακά για να παράξει απόλυτη πίεση πάνω από 1 bar στην πολλαπλή εισαγωγής (μικρές ποσότητες υπερπίεσης είναι εκεί, άλλα όχι αρκετές, ώστε να επηρεάσουν την καμπύλη της ροπής). Οι βασικοί παράγοντες, που το επηρεάζουν, είναι ο κυλινδρισμός του κινητήρα, οι rpm, το άνοιγμα της πεταλούδας και το μέγεθος του τούρμπο. Πριν το boost threshold, η καμπύλη ροπής ουσιαστικά είναι ολόιδια με του αντίστοιχου ατμοσφαιρικού κινητήρα. Το σημείο, καθώς επιταχύνουμε από το ρελαντί, που η καμπύλη ροπής δεν ακολουθεί πλέον την ομαλή -ως τότε- πορεία της, αλλά ξαφνικά πετάγεται από το πουθενά, είναι το boost threshold. Όλα αυτά, από κάποιο σημείο ανοίγματος της πεταλούδας / πατήματος του γκαζιού και μετά: στα μερικά φορτία και ειδικά στις παλιότερες υπερτροφοδοτούμενες εφαρμογές, ο κινητήρας πολύ απλά συνέχιζε να ανεβαίνει στο εύρος στροφών του σαν να ήταν ατμοσφαιρικός, χωρίς συνεισφορά από το τούρμπο στην καμπύλη της ροπής. Δεδομένου, μάλιστα, ότι τα παλιότερα τουρμπάτα είχαν και εξαιρετικά μειωμένη γεωμετρική σχέση συμπίεσης (8:1 και βγάλε), η όλη λειτουργία, σε μη τουρμπισμένη περιοχή της καμπύλης ροπής, ήταν απλά ….βαριεστημένη όσο δεν πάει. Με το καιρό, η ψύξη του εισερχόμενου αέρα με τα προχώ inter-chargecoolers βελτιώθηκε, οι ψεκασμοί έγιναν άμεσοι, ο ηλεκτρονικός έλεγχος εξυπνότερος και τα υλικά σε τούρμπο και κινητήρα καλύτερα, οπότε και μπόρεσε σιγά-σιγά να ανέβει ο λόγος συμπίεσης και επομένως και η απόδοση στο εύρος στροφών προ του boost threshold. Φυσικά και δεν μπορούμε να κρίνουμε έναν τούρμπο κινητήρα αποκλειστικά από το boost theshold του: όπως θα δούμε και στη συνέχεια, μικρά τουρμπο δίνουν χαμηλό boost threshold, αλλά μεγάλο backpressure στα ψηλά και vice versa για τα μεγάλα τούρμπο. Και, φυσικά, ενώ τα μικρά τούρμπο έχουν πιο άμεση απόκριση, υπό συνθήκες, μπορεί να έχουν υπερβολικά απότομη απόκριση με την έννοια της αύξησης της ροπής με ρυθμό, που επηρεάζει την όλη ισορροπία του αυτοκινήτου, χωρίς αυτό ταυτόχρονα να έχει διάρκεια ψηλότερα. Και πάμε και στο turbo lag τώρα…Τι σημαίνει? Σημαίνει πρακτικά πόσο χρειάζεται να περιμένεις, σε χρόνο κλασμάτων του δευτερολέπτου, μέχρι να αναπτυχθεί πίεση υπερπλήρωσης από τη στιγμή, που θα το σανιδώσεις. Πόσο χρόνο, δηλαδή, θα πάρει η αυξημένη παροχή καυσαερίων, μετά το άνοιγμα της πεταλούδας, να φέρει τον άξονα του τούρμπο σε ρυθμούς περιστροφής, που παράγουν ωφέλιμο boost και επομένως να μεταβάλλουν τη διαθέσιμη ισχύ. Προσοχή, όμως! Lag ορίζεται μόνο εντός της περιοχής άνω του boost threshold, δηλαδή εντός της περιοχής ωφέλιμης λειτουργίας του τούρμπο. Εκτός boost threshold, πολύ απλά δεν ορίζεται turbo lag. Οι πιο αιρετικοί, μάλιστα, της διεθνούς βιβλιογραφίας δεν συσχετίζουν καν το lag με την απόκριση στο γκάζι και υποστηρίζουν ότι  η απόκριση του κινητήρα στο «ατμοσφαιρικό» άνοιγμα της πεταλούδας καθαυτό  δεν επηρεάζεται από το τούρμπο: το επιχείρημα εδώ είναι ότι ακόμα και ένας κινητήρας με lag, αν δεν είχε καθόλου τούρμπο, το lag του θα εκτεινόταν μέχρι το κόφτη, αφού το τούρμπισμα δεν θα ερχόταν ποτέ! Κυνικό προς τους ατμοσφαιρικούς, αλλά μία βάση, όσο να ‘ναι, την έχει. Όσο τώρα οι rpm αυξάνονται, το lag μειώνεται: ενώ σε χαμηλές στροφές, κατά κανόνα, μπορεί να μετριέται σε δέκατα του δευτερολέπτου, που πλησιάζουν το ολόκληρο δευτερόλεπτο, οδεύοντας προς τον κόφτη, η καμπύλη εξέλιξης του lag πλησιάζει προς το μηδέν. Δεν θα μηδενιστεί ποτέ, αλλά θα μειωθεί αισθητά και ανεξαρτήτως μεγέθους του τούρμπο όσο οι στροφές, επομένως και η παροχή των καυσαερίων, αυξάνονται. Η ροπή αδρανείας του άξονα του τούρμπο μαζί με τις φτερωτές του, οι τριβές του άξονα και το φορτίο του συμπιεστή είναι οι αρχέγονες πηγές του κακού όσον αφορά το lag από την πλευρά του τούρμπο και στις επόμενες συνέχειες, καθώς θα αναλύουμε το κάθε κομμάτι, το lag θα είναι πάντα στην πρώτη γραμμή της κουβέντα μας, αφού ό,τι κάνουμε για να βελτιώσουμε το τούρμπο, σε μεγάλο βαθμό, ξεκινάει και τελειώνει στον περιορισμό του lag: μικρότερες και ελαφρύτερες φτερωτές, γεωμετρία κελύφους (A/R), ρύθμιση wastegate/σκάστρας, τεχνολογίες ρουλεμάν χαμηλής τριβής, κελύφη στροβίλου twin-scroll και μεταβλητής γεωμετρίας, η γεωμετρία και ο όγκος των σωληνώσεων, η χρήση περισσότερων, σε αριθμό, και μικρότερων, σε μέγεθος, τούρμπο, τα συστήματα anti-lag, συστήματα ηλεκτρικής υποβοήθησης του άξονα και διάφορα άλλα είναι παράγοντες, που επηρεάζουν άμεσα το lag και τους οποίους θα δούμε αναλυτικότερα, έναν-έναν, στην πορεία της τουρμπάτης Οδύσσειάς μας. Καλό καλοκαίρι, καμάρια μου, επιτέλους είναι εδώ!

Πληρωμή με Κάρτα