Know How: Turbo Part VII

Know How: Turbo Part VII

Περικλείοντας το στρόβιλο

Κατά την επιλογή τουρμπίνας από τους εμπορικούς καταλόγους των κατασκευαστών κτλ., το κέλυφος του στροβίλου, ως προς τις διαστάσεις του, είναι αυτό, που έχει (ή τέλος πάντων πρέπει να έχει) τη μεγαλύτερη προσοχή κατά το πάντρεμα ενός τούρμπο με μία συγκεκριμένη εφαρμογή μοτέρ και της επιθυμητής ισχύος. Όπως θα δούμε και κατά τη διερεύνηση των χαρτών απόδοσης του τούρμπο αργότερα, ένα και μόνο μοντέλο ενός τούρμπο μπορεί να προσφέρεται με συγκεκριμένη φτερωτή στροβίλου ως προς τις διαστάσεις και το trim της, χωρίς, όμως, να υπάρχει πληθώρα επιλογών ως προς το μέγεθος (το A/R που ακολουθεί παρακάτω) του κελύφους του στροβίλου ανάλογα με τις ανάγκες μας. Με άλλα λόγια, αφού καταλήξουμε χονδροειδώς στην οικογένεια του μοντέλου τούρμπο, που θέλουμε, το κέλυφος του στροβίλου είναι αυτό, που θα μας καθοδηγήσει στο ακριβές ταίριασμα των χαρακτηριστικών της εφαρμογής μας ως προς το «φινίρισμα» του setup μας.

Θα πει εδώ κάποιος, μα καλά και η wastegate, τι δουλειά κάνει..? Δεν «προσαρμόζει» ουσιαστικά τα καυσαέρια στη φτερωτή ανά πάσα στιγμή..? Η απάντηση είναι σε κάποιο βαθμό μόνο και για δεδομένη περιοχή, μόνο εφόσον το κέλυφος είναι στοιχειωδώς κοντά στις ανάγκες μας, δεν μπορεί να κάνει το άσπρο μαύρο. Με την wastegate, όμως, συγκεκριμένα θα ασχοληθούμε σε ξεχωριστή συνέχεια της σειράς...

Συνεχίζουμε τώρα με τα της μορφολογίας του (ακτινικού πάντα για τα χωράφια μας) σαλίγκαρου: ξέρουμε ότι έχουμε να κάνουμε με ένα ...σκούρο σαλίγκαρο, αλλά γιατί σαλίγκαρο και γιατί σκούρο..? Το πρώτο έχει να κάνει με τη ρευστομηχανική και το δεύτερο με το υλικό.

Οπώς είδαμε τον προηγούμενο μήνα, το σαλιγκάρι εδώ είναι «αντίστροφης» ροής από το συμπιεστή: περικλείει ακροφύσιο, δηλαδή η ροή εισέρχεται από τη μεγάλη διάμετρο του σπιράλ και, καθώς κινείται περιφερειακά, οδεύει προς τη μικρότερη διάμετρο του σπιράλ, έτσι ώστε, ακόμα και τα τελευταία καυσαέρια, που δεν μπήκαν ακόμα στη φτερωτή, να έχουν αρκετή από την τελευταία τους κινητική ενέργεια για να προσφέρουν κάποιο έργο (φαινόμενο Βεντούρι, μειώνουμε τη διατομή – αυξάνεται η ταχύτητα, όπως όταν βάζουμε δάκτυλο στην άκρη του λάστιχου ποτίσματος). Η άλλη όψη της διαρκώς μειούμενης διαμέτρου του σπιράλ κατά την πορεία των καυσαερίων έχει να κάνει με την πίεση, όπου για όλο και λιγότερο εναπομείναν καυσαέριο θέλουμε να έχουμε και αντίστοιχα μικρότερο όγκο, γι’ αυτό, μέχρι να μπει στη φτερωτή, σκοπός είναι η πίεση να διατηρείται σχετικά σταθερή περιφερειακά της φτερωτής και συγκεκριμένα στην είσοδο του inducer των πτερυγίων, ενώ διαφορετικά δυναμικά φαινόμενα συντονισμού θα έριχναν το βαθμό απόδοσης.

Παρατηρώντας το κέλυφος εξωτερικά, το πρώτο, που βλέπουμε, είναι η είσοδος του στροβίλου, το λεγόμενο και «πάτημα» ή «πλακάκι» ή «στόμιο/λαιμός/φλάντζα εισόδου», στο οποίο έρχεται και προσαρμόζεται η έξοδος του χταποδιού / πολλαπλής εξαγωγής: τα πατήματα είναι τυποποιημένα, έτσι ώστε να μην ακολουθεί ο κάθε κατασκευαστής ό,τι του κατέβει και έτσι, βάσει της παραδοσιακής ονοματολογίας των παλαιότερων Garrett οικογενειών τούρμπο, έχουν καθιερωθεί το πάτημα Τ25, το πάτημα Τ3, το Τ4 κτλ., ενώ εσχάτως και οι «περιφερειακά κουμπωτοί» σύνδεσμοι τύπου V-Band. Τα παραδοσιακά ορθογώνια πατήματα, που προαναφέραμε, είναι βιδωτά στην πολλαπλή, με τέσσερις βίδες-μπουζόνια, μία για κάθε γωνία και με τυποποιημένη απόσταση μεταξύ τους (π.χ. στο πάτημα Τ3, η μεγάλη απόσταση των οπών των βιδών στο ορθογώνιο πάτημα είναι 86mm και η μικρή 44,5mm). Αντίστοιχα και για τα V-Band πατήματα, αλλά με διάμετρο, ως διάσταση, π.χ. Φ76mm. Μένοντας στα εξωτερικά τώρα, σε ένα γυμνό κέλυφος στροβίλου χωρίς τη φτερωτή του, στο κέντρο του σπιράλ έχουμε μία οπή ναααα.: από την εξωτερική πλευρά του κελύφους, την πλευρά της εξάτμισης, συνδέεται το downpipe και ό,τι έχει το πρώτο στάδιο της εξάτμισης με προκαταλύτες κτλ., ενώ από την εσωτερική πλευρά του κελύφους, την πλευρά του άξονα του τούρμπο, έρχεται και συνδέεται (πάλι με σπείρωμα ή με V-Band) το cartridge με τις εδράσεις  των κουζινέτων ή των ρουλεμάν του. Στο εσωτερικό, έχουμε το περίγραμμα του σπειροειδούς ακροφυσίου, του οποίου, όμως, όπως είδαμε σε κάποια φάση στο τέλος της περιφέρειας, η διατομή, που μειώνεται και μειώνεται, κάπου πρέπει να ...τελειώνει σε γωνία: το κομμάτι αυτό του εσωτερικού του κελύφους του στροβίλου, που σημαίνει το «τέρμα» της πορείας των καυσαερίων, είναι μία σταθερή προεξοχή στο χυτό του μαντεμιού, που λέγεται «γλώσσα» και είναι όντως τέτοιου σχήματος, που από τη μία της πλευρά ρίχνει πόρτα στις τελευταίες ποσότητες καυσαερίων, ώστε αναγκαστικά να μπουν στη φτερωτή και από την άλλη, αποτελεί μέρος του στομίου εισαγωγής, δηλαδή της μέγιστης διαμέτρου του σπιράλ. Δείτε τα συνοδευτικά σχήματα για το πως πραγματικά είναι ένα σκέτο μαντεμένιο κέλυφος σε τομή.

«Μαντέμι» από...μαντέμι..? Όχι πάντα..!

Το κέλυφος του στροβίλου, το «μαντέμι» του τούρμπο, παραδοσιακά φτιάχνεται από ...μαντέμι: ναι, αυτό το άθλιο και φτηνιάρικο –αισθητικά- σαγρέ πράμα, που, αν σου έρθει στο κεφάλι, έμεινες στον τόπο σαν τα καρτούν. Τι είναι το μαντέμι και γιατί μαντέμι..? Μιλάμε για κράμα σιδήρου με άνθρακα, όπου ο άνθρακας είναι -ως πρόσμιξη- άνω του 2% της συνολικής μάζας του κράματος (αν είναι κάτω από 2%, τότε πολύ απλά είναι ατσάλι αντί για μαντέμι, κοντός ψαλμός...). Μας αρέσει για υλικό κελύφους του στροβίλου πρώτα απ’ όλα, γιατί έχει σχετικά χαμηλό σημείο τήξης (1,150 με 1,200 °C, καμιά 300αριά βαθμούς κάτω από τον ατόφιο σίδηρο δηλαδή) και άρα χυτεύεται εύκολα, εξ’ ου και το επίσημο όνομά του, «χυτοσίδηρος». Ανάλογα με τις περαιτέρω προσμίξεις και τις κρυσταλλώσεις του σε καρβίδια, γραφίτη, πυρίτιο κτλ. μιλάμε για λευκό, φαιό, όλκιμο, ελατό (που είναι και ο τύπος, που συναντάμε περισσότερο στα τούρμπο, παλαιότερα συναντάγαμε τον τύπο «Ni-Resist» με 20-30% περιεκτικότητα σε νικέλιο, αλλά -όντας πανάκριβο- περάσαμε στον ελατό, που έχει σχεδόν ίδια τιμή με τον ποταπό φαιό χυτοσίδηρο) κτλ. χυτοσίδηρο: όσο η περιεκτικότητα σε άνθρακα αυξάνεται, αυξάνεται και η σκληρότητα, αλλά ταυτόχρονα αυξάνεται και η ψαθυρότητα (πόσο εύκολα δίνει ρωγμές πρακτικά) του υλικού (το ίδιο συμβαίνει και με την περιεκτικότητα σε άνθρακα του χάλυβα, που θα δούμε παρακάτω), ως συνήθως κάνουμε συμβιβασμό, ανάλογα με τις θερμοκρασίες και την εφαρμογή. Επιπλέον, ο αγαπητός χυτοσίδηρος δεν μασάει από οξείδωση και είναι ένα υλικό, που –γενικώς- σηκώνει πολύ μηχανικό ξύλο.

Όλα ήταν καλά και ανθηρά με το μαντέμι μέχρι σχετικά πρόσφατα και σαν υλικό, τουλάχιστον για τα δρομίσια τούρμπο, ήταν υπεραρκετό, έπαιζε σόλο. Έλα, όμως, που οι τελευταίες τεχνολογικές εξελίξεις (πίεση, υπερπληρώσεις, άμεσοι ψεκασμοί) και ρυθμίσεις (λ μειγμάτων) των κατασκευαστών στους βενζινοκινητήρες, κυρίως, όλο και αυξάνανε τις θερμοκρασίες καυσαερίων... Παραδοσιακά, οι κατασκευαστές στα υπερτροφοδοτούμενα μοτέρ (μιλάμε πάντα για μαμά καταστάσεις θυμηθείτε) για να έχουν το κεφάλι τους ήσυχο, προτιμούσαν «πλούσιους» λόγους λ, της τάξεως του 0,75-0,85, έτσι ώστε να υπάρχει μία περίσσεια καυσίμου ως δικλείδα ασφαλείας για λόγους ψύξης του κυλίνδρου: πλούσιο αρκετά, ώστε να ρίχνει τις θερμοκρασίες (σε σημείο, που σε πολλά μαμά αυτοκίνητα για να πάρουμε άλογα, φτωχαίνουμε αισθητά το μείγμα στο πρόγραμμα), άλλα όχι υπερβολικά πλούσιο, ώστε να δημιουργεί δυνητικά καταστροφικά bore-wash φαινόμενα. Η φάση, όμως, αυτή με τα πλούσια μείγματα είχε έναν οχθρό, τους συνήθεις υπόπτους οικολόγους: αν παίξουμε πιο κοντά στο στοιχειομετρικό δηλαδή λ=0.9-1.0, τότε μπορούμε να πετύχουμε οικονομία καυσίμου μέχρι και 20%, τρομακτικό, δηλαδή,  ποσοστό στον αγώνα κατά της κατανάλωσης καυσίμου. Το φτωχό, όμως, (ή έστω φτωχότερο πιο σωστά) μείγμα επιφέρει, καλά μαντέψατε, δραματική αύξηση στις θερμοκρασίες καυσαερίων, που θα χαστουκίσουν το στρόβιλο, σε επίπεδα πλέον τετραψήφια: 1050°C είναι -υπό συνθήκες πλέον για πρωινό- σε ένα τέτοιο σύγχρονο μοτέρ. Τετραψήφια νούμερα, όμως, EGT -και μην ξεχνάτε για δεκαετίες ζωής του αυτοκινήτου- απαιτούν και διαφορετικά υλικά για το κέλυφος του στροβίλου. Γι’ αυτόν το λόγο εδώ και καμιά δεκαετία περίπου υπάρχει τάση στην αυτοκινητοβιομηχανία για μετάβαση από μαντέμι σε ειδικά ανοξείδωτα κράματα χυτοχάλυβα: άπειρα μοντέλα σήμερα (Group VW-Opel μέσω της Borg Warner είναι οι πρωτεργάτες) χρησιμοποιούν χάλυβα (ατσάλι), δηλαδή σίδηρο με το πολύ 2% άνθρακα για το κέλυφος και αυτός είναι ο λόγος, που -εντέχνως μέχρι τώρα- επιμένω να το ονομάζω «κέλυφος» αντί για «μαντέμι», πολύ απλά γιατί δεν έχουμε – σε μεγάλο βαθμό πια - να κάνουμε με μαντέμια.

Η μετάβαση στο υλικό δεν έχει να κάνει μόνο με την αντοχή, έχει να κάνει και με τη λεγόμενη θερμική αδράνεια (η οποία εξαρτάται από την ειδική θερμοχωρητικότητα) του μετάλλου, δηλαδή πόση θερμική ενέργεια μπορεί και κρατάει από τα καυσαέρια: όσο πιο πολύ κρατάει, τόσο λιγότερη πάει στον καταλύτη και άρα τόσο πιο πολύ αργεί αυτός να προθερμανθεί σε κρύα εκκίνηση. Και ναι, σωστά το μαντέψατε, οι κατασκευαστές κυνηγάνε υλικά με όσο το δυνατόν μικρότερη θερμική αδράνεια, έτσι ώστε να μειωθούν οι ρύποι στον τυποποιημένο κύκλο. Αυτό, που επέτρεψε ο χυτοχάλυβας σε σχέση με το «χοντροκομμένο» χυτό μαντέμι, είναι αισθητά λεπτότερα τοιχώματα στο χυτό του κελύφους, κάτι που έχει διπλό κέρδος: και μικρότερη θερμική αδράνεια και λιγότερο βάρος. Για τους ίδιους ακριβώς λόγους, για θερμική, δηλαδή, αδράνεια και βάρος, υπάρχει και η τάση να ενσωματώνεται η πολλαπλή εξαγωγής με το κέλυφος σε ένα ενιαίο κομμάτι και να μην είναι πλέον σπαστό με τα κλασικά πατήματα, που είδαμε και πιο πάνω (θες aftermarket τούρμπο/χταπόδι μάγκα μου? Πλέρωνε και τα δύο μαζί...). Αυτή η ενοποίηση-πάντρεμα πολλαπλής-τούρμπο μπορεί να γίνει είτε σε ενιαίο χυτό, είτε, στις ακόμα πιο νέες εφαρμογές, με χύτευσή τους ξεχωριστά και μετά με συγκόλλησή τους: το τελευταίο γίνεται, ώστε να μπορούν να χυτευτούν από διαφορετικά υλικά τα δύο κομμάτια, παρόλο που μετά θα γίνουν ένα. Γιατί..? Γιατί το κέλυφος του στροβίλου τρώει γενικώς μεγαλύτερη θερμική καταπόνηση από την πολλαπλή εξαγωγής (παρόλο που είναι πιο μακριά από τον κύλινδρο, είναι πιο κοντά στη φτερωτή/καταλύτη, που φρενάρουν τα καυσαέρια και άρα -λόγω backpressure- συσσωρεύονται σ’ εκείνη την περιοχή, ενώ στην πολλαπλή «τρέχουν» πιο άνετα) κι έτσι μπορεί να χυτευτούν από διαφορετικά υλικά (ακριβότερα κράματα με περισσότερο νικέλιο για το κέλυφος, φθηνότερα κράματα με λιγότερο νικέλιο για την πολλαπλή). Ωστόσο, η κατεργασία και η χύτευση του χυτοχάλυβα σε κέλυφος τούρμπο δεν είναι το ίδιο εύκολη με το μαντέμι, κάθε άλλο: το κόστος είναι πολύ μεγαλύτερο και αυτό φυσικά αντικατοπτρίζεται στο κόστος των αντίστοιχων εξαρτημάτων.

Χυτοχάλυβα, αντί για μαντέμι, βλέπουμε φυσικά και σε aftermarket / performance / racing εφαρμογές πέραν των ΟΕΜ τούρμπο, όπως είναι η EFR σειρά της BorgWarner: κράμα χυτοχάλυβα HK30 χρησιμοποιεί όλη η σειρά, κράμα που έχει ιδιαίτερη αντοχή σε ραγίσματα.

Η ποιότητα και οι διαφορετικές μέθοδοι της χύτευσης, που χρησιμοποιούνται, έχουν και άλλες δύο «παρενέργειες»: η μία είναι καθαρά αισθητική και αφορά την εξωτερική επιφάνεια του κελύφους, όπου -κατά κανόνα- σε μία ΟΕΜ τουρμπίνα θα δείτε πιο σαγρέ φινίρισμα εξαιτίας της χύτευσης, κατά βάσει, σε καλούπια από άμμο, χωρίς περαιτέρω σοβαρή επεξεργασία, στην οποία -οι ακριβότερες aftermarket τουρμπίνες (πολλές φορές προαιρετικά, ανάλογα με τα γούστα του πελάτη)- υποβάλλονται για πιο λεία, και με λιγότερα υπολείμματα, επιφάνεια. Η δεύτερη «παρενέργεια» είναι πιο πρακτική και αφορά τη ρευστομηχανική συμπεριφορά της εσωτερικής επιφάνειας του κελύφους: η πιο λεία επιφάνεια μειώνει τις τριβές και τις απώλειες πίεσης των καυσαερίων πριν τη φτερωτή.

Μία άλλη, πολλά υποσχόμενη τεχνολογία, που έχει εμφανιστεί τόσο σε single όσο και σε twin scroll κελύφη (περισσότερα γι’ αυτά τον Νοέμβρη), είναι να μην έχουμε καν χυτά κράματα σιδήρου, χάλυβα ή μαντέμι, αλλά αυτό να αποτελείται από διαδοχικά πρεσσαριστά συγκολλημένα φύλλα κράματος αλουμινίου με διάκενα-θαλάμους αέρα ανάμεσα στις στρώσεις, έτσι ώστε να αυξάνεται η θερμομόνωση ακόμα περαιτέρω και επομένως να μειώνεται και η θερμική αδράνεια περισσότερο ακόμα και από το χυτοχάλυβα.

Διαστασιολογώντας το σαλίγκαρο: ο λόγος A/R του κελύφους του στροβίλου

Η διαστασιολόγηση του κελύφους γίνεται με σκοπό την εκάστοτε βελτιστοποίηση του συνδυασμού πίεσης και παροχής, όπως στο παράδειγμα με το λάστιχο του κήπου, που αναφέραμε: αυξάνοντας την πίεση (εδώ backpressure) μέχρι κάποιο σημείο με το δάκτυλο, η ροή μας αποκτά μεγαλύτερη ταχύτητα και πάει πιο μακριά, αλλά από καποιο σημείο πίεσης και πάνω, η ροή στραγγαλίζεται και βλάπτεται δραματικά η συνολική παροχή. Το «πόσο δάκτυλο» στην τουρμπίνα είναι ο λόγος A/R του κελύφους, λόγος, που είδαμε και στη περίπτωση του συμπιεστή, μόνο που, όπως είπαμε τότε, στο στρόβιλο έχει πολύ πολύ μεγαλύτερη σημασία, από εδώ πρακτικά ξεκινά η απόκριση ολόκληρου του τούρμπο για δεδομένη παροχή. Κατ’ αντιστοιχία, ως λόγος A/R του στροβίλου ορίζεται το εμβαδόν Α της διατομής του σπιράλ στο ύψος της γλώσσας του κελύφους, ως προς την ακτίνα R από το κέντρο περιστροφής του τούρμπο μέχρι το κέντρο της διατομής Α. Ο λόγος A/R του στροβίλου είναι σταθερός για οποιοδήποτε σημείο (ζευγάρι Α και R) της περιφέρειας του σπιράλ και υποδηλώνει την ικανότητα εισρόφησης του σε καυσαέριο, το πόση παροχή καυσαερίου μπορεί να διαχειριστεί δηλαδή: όσο ο λόγος μεγαλώνει, τόσο αυτή αυξάνεται. Όσο το A/R μειώνεται, τόσο αυξάνεται η πίεση με τη μορφή backpressure συνολικά μέσα στο στρόβιλο, ταυτόχρονα, όμως, έτσι αυξάνεται και η ταχύτητα των καυσαερίων προς τη φτερωτή του στροβίλου και τελικά η ταχύτητα περιστροφής του τούρμπο. Το τελευταίο ευνοεί τη λειτουργία (ροπή, απόκριση) στις χαμηλές στροφές, αφού αφενός μεν αυξάνεται η διαθέσιμη κινητική ενέργεια των καυσαερίων, αφετέρου -μεταξύ άλλων- εξαλείφονται και φαινόμενα backflow προς την πολλαπλή και τις βαλβίδες εξαγωγής. Οι απώλειες, όμως, της ροής σε backpressure είναι ανάλογες με το τετράγωνο της ταχύτητας της ροής, οπότε όσο αυξάνεται η παροχή και η συνολική ταχύτητα της ροής κατά τις υψηλές rpm κινητήρα (ξεχάστε την επίδραση του wastegate για λίγο), οι απώλειες από ένα μικρό A/R διογκώνονται δυσανάλογα: στις χαμηλές στροφές, επομένως, υπερισχύει η ταχύτητα της ροής και γι’ αυτό -για καλό spool-up χαμηλά και χαμηλό boost threshold- θέλουμε μικρό A/R, ενώ για λειτουργία ψηλά και επομένως μέγιστη ισχύ και απόλυτες επιδόσεις, ανεξαρτήτως φιλικότητας μοτέρ, θέλουμε ελάχιστο backpressure / ελεύθερη «αναπνοή» και άρα μεγάλο A/R κι ας τεμπελιάζει νωρίτερα το τούρμπο λόγω χαμηλής ταχύτητας ροής. Από πλευράς «γεωμετρίας» της ροής, ένα μικρό A/R εξαναγκάζει τη ροή να χτυπάει τα πτερύγια της φτερωτής στο inducer πιο εφαπτομενικά, κάτι που περιορίζει τη μέγιστη δυνατή παροχή του στροβίλου (θα επιστρέψουμε σε αυτό αργότερα, όταν πούμε για VTG μεταβλητής γεωμετρίας τουρμπίνες). Σε ένα μεγάλο A/R αντίθετα, η ροή γεωμετρικά «μπαίνει πιο βαθειά» ανάμεσα στα πτερύγια της φτερωτής πιο κάθετα-κατακόρυφα (ως προς το κέντρο περιστροφής του τούρμπο), κάτι που μειώνει το backpressure και αυξάνει τη μέγιστη παροχή.

Παρόλο που αυτή η παράμετρος είναι η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη, όταν επιλέγουμε τούρμπο (καθορίζει ουσιαστικά το powerband), είναι και η πιο «μυστήρια» και λιγότερο κατανοητή από μεγάλη μερίδα του κόσμου. Η επιδράση της θα γίνει ακόμα πιο κατανοητή, όταν μιλήσουμε για επιλογή τούρμπο βάσει του χάρτη απόδοσης τόσο του συμπιεστή όσο και του στροβίλου (νομίζατε ότι θα διαλέξουμε τούρμπο μόνο βάσει χάρτη συμπιεστή από τον κάταλογο της Garrett, όπως πολλοί από τη βαριεστημένη πλέμπα εκεί έξω, ε? Αμ δε, POWER AUTOMOTIVE MAGAZINE διαβάζετε, ντε...). Ο λόγος A/R πρακτικά είναι τόσο σημαντικός, που -κατά κανόνα- ως νούμερο χυτεύεται-αναγράφεται πάνω και μαζί με το χυτό του κελύφους, ώστε να είναι άμεσα ορατός: με μία ματιά στο κέλυφος (κάποιοι κατασκευαστές το βάζουν εξωτερικά κοντά στο στόμιο, κάποιοι, όμως, εσωτερικά μέσα στο πάτημα κοντά στην είσοδο) και χωρίς κωδικούς ανταλλακτικών, συνήθως βλέπουμε αμέσως το A/R, κάτι που δεν ισχύει πάντα με το συμπιεστή από την άλλη πλευρά. Ως νούμερο (0.64, 0.83, 1.05 κτλ.), οι κατασκευαστές τούρμπο και εδώ το πασάρουν ως αδιάστατο-βαθμωτό μέγεθος, χωρίς μονάδες μέτρησης, παρόλο που «μαθηματικά» θα έπρεπε να έχει μονάδες μήκους.

Κατασκευαστικά-μορφολογικά στην πράξη, οι αλλάγες μεταξύ των διαφορετικών εκδόσεων στο A/R για μία δεδομένη οικογένεια τούρμπο γίνονται μέσω του αριθμητή, δηλαδή της διατομής Α και όχι μέσω του παρονομαστή-ακτίνας R, η οποία -σε γενικές γραμμές- είναι σταθερή για μία οικογένεια μοντέλων («μηχανικά» ένα μεγαλύτερο R από μόνο του θα έδινε μεγαλύτερη ροπή στρέψης στον άξονα του τούρμπο, αφού θα αύξανε το μήκος του «μοχλού», κάτι που θεωρητικά θα έδινε δυνατότητα για ακόμα μεγαλύτερη διάμετρο συμπιεστή): αυτό έχει να κάνει αφενός μεν με τη διάμετρο της φτερωτής, που παραμένει κοινή, για όλες τις διαθέσιμες παραλλαγές του A/R και άρα καθορίζει την ελάχιστη ακτίνα R, και αφετέρου με τα μηχανήματα κατασκευής, όπου -σε μαζική γραμμή παραγωγής- «προτιμούν» τις συνολικές διαστάσεις του κελύφους σχετικά κοντά. Με άλλα λόγια, ένα κέλυφος στροβίλου με μεγάλο A/R έχει περισσότερη ενεργή επιφάνεια (μεγαλύτερη διάμετρο σπιράλ), όπως το κοιτάμε κατά μήκος του άξονα του τούρμπο, αλλά όχι και αντίστοιχα μεγαλύτερη συνολική πλαϊνή επιφάνεια σε σχέση με ένα κέλυφος στροβίλου της ίδιας οικογένειας, αλλά μικρότερου A/R, το οποίο έχει «κενό» (λεπτό νεύρο στο χυτό) ανάμεσα στο downpipe και το σπιράλ. Παλιότερα υπήρχαν μάλιστα κατασκευαστές τούρμπο, όπως η Schwitzer, που δεν χρησιμοποιούσαν καν το A/R για τα μοντέλα τους, πάρα μόνο το «Α» ως μεταβλητή, θεωρώντας το R ως αχρείαστο να αναφερθεί όντας σταθερό.

Η επιλογή σωστoύ A/R δεν είναι το πιο εύκολο πράγμα στη γη και συχνά τα δεδομένα, που βάζουμε κάτω στη θεωρία με νούμερα και υπολογισμούς, απέχουν από τα αποτελέσματα, που παίρνουμε από την εφαρμογή του setup μας στην πράξη: διαδοχικές δοκιμές τύπου δουλεύει-δεν δουλεύει καλύτερα με διαφορετικά A/R της ίδιας οικογένειας τούρμπο, πολλές φορές είναι η μόνη λύση στο τέλος για σωστό αποτέλεσμα, είτε αυτό είναι απόλυτη ιπποδύναμη στο δυναμόμετρο/dragstrip,  είτε απόκριση στο γκάζι για τους πιο στριφτερούς. Δεν υπάρχει, δηλαδή, «ένα σωστό A/R γι’ αυτό το μοτέρ παντού», παρά μόνο «καλύτερο A/R γι’ αυτό το μοτέρ υπό τις τάδε συνθήκες/ανάγκες». Με άλλα λόγια, μπορεί να ξεκινήσεις τους χονδρικούς υπολογισμούς παίρνοντας π.χ. πίεση στην πολλαπλή πριν το στρόβιλο και υπολογίζοντας την αντίστοιχη πίεση υπερπλήρωσης, που θα πάρεις από την άλλη πλευρά μετά το συμπιεστή, στην πράξη, όμως, δεν θα το πετύχεις σχεδόν ποτέ με την πρώτη και η επιλογή θα πρέπει να γίνει και εμπειρικά για το συγκεκριμένο υπόλοιπο setup: ένα υπερβολικά μεγάλο A/R θα δώσει -κατά κανόνα- τεμπέλικο μοτέρ με αδυναμία να σηκώσει την επιθυμητή πίεση ακόμα και ψηλά, ενώ ένα υπερβολικά μικρό A/R, ακόμα κι αν θέλουμε δύναμη χαμηλά αδιαφορώντας για τον κόφτη, μπορεί να κάνει το αυτοκίνητο νευρικό -με την κακή έννοια- και πολύ απότομο στην πτώση της δύναμης στις μεσαίες στροφές. Είναι κάτι αντίστοιχο με την επιλογή διαστάσεων στα καρμπυρατέρ παλιότερα: ο στραγγαλισμός της ροής ψηλά είναι σίγουρος, αν το παρακάνουμε με τις απαιτήσεις μας χαμηλά.

Αναφερόμενοι πιο πάνω στο πάντρεμα του στροβίλου με το συμπιεστή, ας μην ξεχνάμε ότι το μέγεθος του στροβίλου συνολικά είναι αυτό, που καθορίζει την ικανότητα του τούρμπο να γυρίσει το συμπιεστή στις παροχές, που χρειαζόμαστε για την επιθυμητή ισχύ κινητήρα. Με άλλα λόγια, το αυτονόητο, που συχνά -στην πράξη- παραβλέπουμε: συνολικά, μεγάλος στρόβιλος ισούται με μεγάλη ιπποδύναμη. Πιο συγκεκριμένα, υπάρχει συσχέτιση ποσοτική μεταξύ της διαμέτρου exducer του στροβίλου (αν το A/R του στροβίλου καθορίζει τη συμπεριφορά του τούρμπο, το exducer του στροβίλου είναι αυτό, που καθορίζει το μέγεθος του στροβίλου και τις μέγιστες τιμές παροχής του, άσχετα του πόσο γρήγορα ή αργά θα φτάσουμε εκεί μέσω του A/R) και της παροχής (π.χ. σε cfm) της εισαγωγής από το συμπιεστή: όσο το exducer του στροβίλου αυξάνεται, το ίδιο συμβαίνει και με την παροχή του δεδομένου συμπιεστή, σχεδόν γραμμικά, αλλά όχι τελείως γραμμικά (από κάποιο σημείο και μετά η αύξηση της διαμέτρου του exducer είναι μάταιη, αφού η παροχή του συμπιεστή μένει –μοιραία- σταθερή). Στην πράξη, επειδή ο στρόβιλος γενικώς είναι λιγότερο ευαίσθητος στη μεταβολή της παροχής σε σχέση με ένα συμπιεστή, οι κατασκευαστές δίνουν περισσότερες επιλογές για τη διάμετρο του συμπιεστή με δεδομένο στρόβιλο παρά το αντίστροφο. Θα τα δούμε αναλυτικότερα, όταν πάμε τη κουβέντα στους χάρτες απόδοσης και επιλογής τούρμπο αργότερα, οπότε και θα αναλύσουμε τη δεύτερη σημαντική (αλλά μεταβλητή) παράμετρο κάθε συμπιεστή μαζί με το (σταθερό) A/R του, που είναι η παράμετρος παροχής «Φ» («Phi» στον «πολιτισμένο»). Βάσει της τελευταίας βγαίνουν όλοι οι χάρτες του στροβιλου, οι οποίοι -με τη σειρά τους- καθορίζουν και τους αντίστοιχους του συμπιεστή. 

 

Αρθρογράφος