Advertisement

 

Know How: Turbo Part XXVI

Know How: Turbo Part XXVI

Ένας «φίλος» από τα παλιά

Θυμάστε τα ηλεκτρικά «τούρμπο» που είχαν βγει στη μόδα για light «τούρμπισμα» μικρών 1000-1400αριών μοτέρ πριν καμιά εικοσαριά χρόνια..? Ε, εμείς στα περιοδικά τα θυμόμαστε, γιατί τα κοροϊδεύαμε πρώτοι απ’ όλους. Ιστορίες και κουτσομπολιά ότι στην πράξη έχανες αντί να κερδίζεις άλογα ακόμα στοιχειώνουν τις συζητήσεις μας και όχι άδικα: εκείνες οι πρώιμες εφαρμογές πιο πολύ κακό έκαναν παρά καλό, αφού «προσέφεραν» όλα τα κακά ενός συμπιεστή στην εισαγωγή (πτώση πίεσης και αδυναμία συντονισμού παλμών), χωρίς κανένα από τα καλά του (ουσιαστική αύξηση της παροχής και πίεσης αέρα μέσω αύξησης της πυκνότητας, η οποία αντισταθμίζει τα προαναφερθέντα κακά). Κατά βάση επρόκειτο για ισχνής ισχύος σεσουάρ-ανεμιστηράκι, που -συν τοις άλλοις- τσάκιζε ανώφελα δυναμό και μπαταρία. Και εκεί που τα είχαμε ξεχάσει, να σου τα τελευταία καναδυό χρόνια που τα ξαναβρήκαμε μπροστά μας….Κι όχι μόνο τα βρήκαμε, αλλά τα βρήκαμε σε βαρβάτα, γερμανικά κυρίως, μοτέρ, πανάκριβων σπορ μοντέλων και σαν να μην έφτανε αυτό, όλο και περισσότερα τέτοια θα βγαίνουν από τους κατασκευαστές τα χρόνια που έρχονται ελέω μείωσης των εκπομπών ρύπων και αύξησης του συνολικού συντελεστή ενεργειακής απόδοσης ενός θερμικού κινητήριου συνόλου. Πέρα από τα ενεργειακά, όμως, βασικός ρόλος τους ήταν και παραμένει η αισθητή μείωση του turbo lag: η άμεση αύξηση της υπερπίεσης στην εισαγωγή στο πάτα χωρίς να περιμένουμε να ανεβάσει πρώτα στροφές το μοτέρ, να γυρίσουν τα αντίστοιχα αυξημένα καυσαέρια τη φτερωτή στροβίλου και αυτός με τη σειρά του να τροφοδοτήσει ομοαξονικά το συμπιεστή, ο οποίος ακολούθως πρέπει να γεμίσει με συμπιεσμένο αέρα ολόκληρη την εισαγωγή.

Ποια είναι, όμως, η βασική ιδέα πίσω από τα ηλεκτρικά «τούρμπο»..; Η ιδέα πολύ απλά είναι να καταργήσουμε τελείως το μαντέμι-στρόβιλο-κώλο και στη θέση του να βάλουμε έναν ηλεκτροκινήτηρα για να περιστρέφει αντ’ αυτού το συμπιεστή. Με την αντικατάσταση αυτή –θεωρητικά- όλα γίνονται πρακτικά αστραπιαία από rpm ρελαντί, αφού μόλις η ECU πάρει σήμα από το ποτενσιόμετρο του γκαζιού, δίνει αμέσως παράλληλα σήμα να περάσει ρεύμα και από τα ελίγματα του ηλεκτροκινητήρα, κάτι που ισοδυναμεί φυσικά και με άμεση ροπή στρέψης στον άξονα του συμπιεστή. Μέχρι τώρα με ακούτε να μιλάω για ηλεκτρικό «τούρμπο» εντός εισαγωγικών ή για ηλεκτρικό συμπιεστή εκτός εισαγωγικών. Γιατί όχι ηλεκτρικό τούρμπο χωρίς εισαγωγικά, όπως συνηθίζουμε να το λέμε τουλάχιστον στην Ελλάδα, στον προφορικό λόγο..; Γιατί πολύ απλά όντως δεν είναι τούρμπο και σε μεγάλο βαθμό, κανονικά και με το ...αυστηρό γράμμα του νόμου δεν θα έπρεπε καν να υπάρχει σε σειρά Know How για τούρμπο: απλά αποφάσισα να το συμπεριλάβω εδώ αφενός διότι, όπως είπαμε, έχει επικρατήσει έστω και λανθασμένα να το λέμε «ηλεκτρικό τούρμπο», οπότε πρέπει να το ξεκαθαρίσουμε για λόγους πληρότητας και αφετέρου επειδή στην πράξη, στις νέες εφαρμογές κινητήρων, που το χρησιμοποιούν σε μεγάλο βαθμό, αντικαθιστά μέρος της λειτουργίας και του ρόλου των παραδοσιακών στροβιλοσυμπιεστών καυσαερίων (άσχετα αν, όπως θα δούμε, το παραδοσιακό τούρμπο συνεχίζει να υπάρχει για διαφορετικό φάσμα rpm, επικουρικά). Και όλα αυτά επειδή εκ προοιμίου (βλ. Part I-ΙΙ πριν δύο χρόνια, κανένας αναγνώστης του περιοδικού που σέβεται τον εαυτό του δεν πετάει-ανακυκλώνει παλιούς τόμους της ελληνικής εγκυκλοπαίδειας της αυτοκίνησης, ε…) η λέξη «turbo» προϋποθέτει «turbine» και «turbulence», δηλαδή στρόβιλο και τύρβη αντίστοιχα για την τροφοδοσία του συμπιεστή, χωρίς αυτά απλά δεν είναι τούρμπο, αλλά σκέτος συμπιεστής. Με άλλα λόγια, εδώ μιλάμε πολύ περισσότερο έως και επακριβώς για μηχανικό υπερσυμπιεστή/κομπρέσορα φυγοκεντρικού τύπου, που απλά, αντί για κίνηση από το στρόφαλο μέσω ιμάντα, παίρνει κίνηση από ηλεκτρικό μοτέρ, χωρίς να επιβαρύνει άμεσα το στρόφαλο (τον επιβαρύνει έμμεσα σε μεγάλο βαθμό μέσω του δυναμό βέβαια). Γι΄ αυτό άλλωστε και στο εξωτερικό οι κατασκευαστές, όπως θα δούμε, δεν μιλάνε ποτέ για «electric turbo(charger)», αλλά για «electric (auxiliary) compressor», «eBOOSTER» κτλ.

Γιατί όμως περιμέναμε το 2017, 2018 κτλ. για να βγάλουμε τέτοια πράγματα σε μαζική παραγωγή μαμά μοτορίων και η ιστορία δεν περπάτησε καθόλου, μα καθόλου, μέχρι τώρα, πόσο μάλλον πριν 15-20 χρόνια, που γελάγαμε μαζί τους…; Η απάντηση βρίσκεται στην ηλεκτρική τροφοδοσία και πιο συγκεκριμένα στο ότι η απλή 12(-14)βολτη μπαταρία-δυναμό-κύκλωμα, που έχουμε στα ποταπά τουτού μας από τα ‘50s και μετά (πριν ήταν 6βολτα), δεν αρκεί για τις σχετικά μεγάλες απαιτήσεις ισχύος ενός ηλεκτρικού συμπιεστή: φανταστείτε μόνο πόση ενέργεια παρέχει το τούρμπο σε ένα μοτέρ με κανονικό τούρμπο από την ενέργεια των καυσαερίων ή σε ένα μοτέρ με μηχανικό υπερσυμπιεστή πόση ενέργεια τρώει από το στρόβιλο (μέχρι και 10-15% στα βαρβάτα μοτέρ με μεγάλους roots και πιέσεις, στα 500 άλογα δηλαδή χρειάζονται χονδρικά 50-75 άλογα μόνο και μόνο για να γυρίσει ο συμπιεστής). Ε, πρακτικά, ακριβώς όλη αυτή τη σοβαρή ενέργεια την θέλουμε τώρα σε ηλεκτρική μορφή…Η λύση, όπως θα δούμε, είναι να ξεχάσουμε τα 12-βολτα συστήματα και αυτό ακριβώς είναι μία από τις μεγαλύτερες επαναστάσεις που έχει συμβεί εδώ και δεκαετίες συνολικά στην αυτοκίνηση και η οποία εδώ και καναδυό χρόνια αποτελεί την πιο ελπιδοφόρα λύση για την επιβίωση του θερμικού κινητήρα εσωτερικής καύσης. Και η τροφοδοσία των ηλεκτρικών συμπιεστών, που ξαναήρθαν στη μόδα, είναι μόνο μία από τις εφαρμογές ενεργοβόρων υποσυστημάτων που ευνοούνται με τις ηλεκτρικές αντιστρεπτικές, τα start-stop και πολλά άλλα, που επίσης διψάνε για μεγαλύτερο βολτάζ. Ήδη χρησιμοποιείται σε πρακτικά όλα τα εντελώς νέας σχεδίασης  μοτέρ του πολιτισμένου κόσμου εκτός Ελλάδος (δηλαδή όλα τα μοτέρ άνω των …1200 κυβικών και τεσσάρων κυλίνδρων…), ενώ σιγά σιγά, όπως όλες οι τεχνολογίες, θα πέσει και στα πιο μικρά σύνολα τα χρόνια που έρχονται… Πάμε, λοιπόν, να δούμε τι συμβαίνει στα αυτοκίνητα που πωλούνται στον πολιτισμένο κόσμο.

Ηλεκτρικός συμπιεστής 2.0

Η πρώτη εφαρμογή ηλεκτρικού συμπιεστή στην παραγωγή ήταν πέρυσι που η Audi έβγαλε το δυνατότερο (435 αλόγατα, 92 κιλάκια ροπή, 7,2 λίτρα/100km μέση επίσημη κατανάλωση παρακαλώ) SUV πετρέλαιο στην αγορά, το τερατώδες SQ7, με τον 8κύλινδρο 4.0 TDI, που ήδη διαθέτει επιπλέον και δύο κανονικά τούρμπο σε παράλληλη διάταξη και σειριακή λειτουργία, όπως τα είδαμε στο Part ΧΧΙΙΙ πριν τρεις μήνες, όπου το ένα σπρώχνει το πράγμα στις χαμηλές και μεσαίες και το δεύτερο αναλαμβάνει στις ψηλές (για ντίζελ ψηλές…). Η Audi ονομάζει το συμπιεστή της (made by Valeo στο SQ7, άλλα όλοι οι υπόλοιποι μεγάλοι παίκτες, BorgWarner / Hitachi / Honeywell / Eaton / Delphi / Bosch κτλ. έχουν μπει στο παιχνίδι) «Electric Powered Compressor (EPC)» και «παίρνει μπροστά» κατά την επιτάχυνση από ρελαντί ή/και χαμηλό φορτίο. Η θέση του στη διάταξη του κυκλώματος είναι μετά το (ένα από τα δύο παράλληλα) ιντερκούλερ, σχετικά πολύ πιο κοντά στην πεταλούδα, δηλαδή, σε σχέση με ένα κλασσικό τούρμπο από αλουμίνιο και άρα με μικρότερο όγκο σωλήνωσης μέχρι την πολλαπλή εισαγωγής. Ο χρόνος απόκρισης του ηλεκτρικού συμπιεστή είναι μόλις 250 millisecond και περιστρέφει το συμπιεστή μέχρι τις 70.000rpm, στροφές-ανέκδοτο για ένα σύγχρονο συμπιεστή τούρμπο, αλλά μια χαρά αρκετές για το χαμηλό μόνο φάσμα στροφών που τον χρειαζόμαστε εδώ. Πώς συνεργάζεται το EPC με τα δύο ήδη υπάρχοντα παράλληλα τούρμπο..; Σε αντίθεση με τα «απλά» κλαπέτα και τις bypass, που είδαμε στα Part XXIII και Part XXIV, η Audi το πήγε ακόμα παραπέρα συνολικά: μέσω του Audi valvelift system (AVS) συστήματός της, οι δύο βαλβίδες εξαγωγής ανά κύλινδρο ελέγχονται ανεξάρτητα μεταξύ τους μέσω επιπλέον ξεχωριστών λοβών στους εκκεντροφόρους και το ίδιο συμβαίνει φυσικά και με τη ροή στους αντίστοιχους αυλούς στην/μετά την κυλινδροκεφαλή, όπου είναι εντελώς ανεξάρτητοι και χωρισμένοι σε δύο ομάδες: στις χαμηλές στροφές, η μία βαλβίδα εξαγωγής είναι τελείως κλειστή, το δεύτερο τούρμπο κοιμάται και όλα τα καυσαέρια πάνε στο ένα τούρμπο από τους μισούς αυλούς. Σε αυτό το χαμηλό κομμάτι του φάσματος μόνο -και ειδικά πριν σπουλάρει σωστά ακόμα και σκέτο το πρώτο τούρμπο- είναι που το EPC βοηθάει το πρώτο τούρμπο με επιπλέον παροχή, ώστε να εξαληφθεί το turbo lag, αφού ακόμα και με ένα μόνο τούρμπο χωρίς την «ηλεκτρική» επιπλέον υποβοηθητική παροχή θα υπήρχε μία κάποια καθυστέρηση στην απόκριση. Στις μεσαίες στροφές, η παροχή του EPC κλείνει μέσω ηλεκτρικού κλαπέτου και στις υψηλές το AVS ανοίγει και τη δεύτερη βαλίδα-αυλό εξαγωγής ανά κύλινδρο, οπού αυτή η δεύτερη ομάδα οκτώ αυλών οδηγεί το δεύτερο τούρμπο. Με άλλα λόγια, χαμηλά μπορεί να έχουμε δύο ροές προς την εισαγωγή, όπου η μία είναι η πρώτη οκτάδα αυλών στο ένα τούρμπο και η δεύτερη, η «ηλεκτρική» του EPC, ενώ στις υψηλές έχουμε δύο παράλληλες ροές προερχόμενες από τις μισές βαλβίδες εξαγωγής η καθεμία: όχι όμως προερχόμενες καθεμία από αυτές από καυσαέρια μίας πλευράς του V, όπως είδαμε στα απλά παράλληλα twin turbo συστήματα σειριακής λειτουργίας στο XXIII, αλλά (προερχόμενες) από τις μισές βαλβίδες εξαγωγής συνολικά του μοτέρ στο κάθε τούρμπο.

Το EPC μπορεί να τραβήξει μέχρι και 7 kW (9,5 αλόγατα) ηλεκτρικής ισχύος από το σύστημα και εδώ έρχεται και κουμπώνει η ανεπάρκεια του 12-βολτου κλασσικού συστήματος, που προαναφέραμε: το SQ7 είναι ένα από τα πρώτα αυτοκίνητα με 48-βολτο ηλεκτρικό σύστημα, δηλαδή με το σύστημα που θα προέκυπτε, αν συνδέαμε τέσσερις κλασσικές 12βολτες μπαταρίες μαζί και όχι παράλληλα, όπου απλά θα αυξάναμε τη χωρητικότητά τους, σειριακά. Στην περίπτωση του πανάκριβου SQ7, η Audi φυσικά δεν πήρε τέσσερις μπόγους με 50 κιλά ηλεκτρολυτών και μολύβδου από το ράφι και τα συνέδεσε, αλλά έβγαλε τα 48 βολτ συνολικά από τα στοιχεία στο σώμα μίας ενιαίας μπαταρίας ιόντων λιθίου 470Wh, ευρισκόμενης κάτω από το πάτωμα του πορτ-μπαγκάζ, με 13kW μέγιστη ισχύ εξόδου (καλύπτει δηλαδή και με το παραπάνω τις μέγιστες απαιτήσεις του ηλεκτρικού συμπιεστή). Η μπαταρία αυτή φυσικά έχει περισσότερο χαρακτηριστικά μπαταρίας mild hybrid αυτοκινήτου παρά απλού. Ένας μετατροπέας DC/DC, που κάνει τα 48 βολτ 12, χρειάζεται επιπλέον να υπάρχει σε συνδυασμό με μία επιπλέον απλή 12-βολτη μπαταρία μολύβδου, αφού -με εξαίρεση τα υποσυστήματα μεγάλης απαίτησης ισχύος- όλο το υπόλοιπο αυτοκίνητο από σένσορες, ενεργοποιητές κτλ. (ακόμα) δουλεύει με 12V (ο 48βολτος κλάδος του κυκλώματος βοηθάει μέσω του DC/DC τον 12βολτο κλάδο, όταν χρειάζεται -μεταξύ άλλων- για να επιμηκύνει και τη ζωή της ποταπής 12βολτης μπαταρίας). Φυσικά, το δυναμό (γεννήτρια σωστά), για να δουλέψει το μοτέρ με το 48–βόλτο EPC, δεν μπορεί ούτε αυτό να είναι από το ράφι: πρόκειται για ένα τελευταίας εσοδείας δυναμό-γαϊδούρι υψηλού συντελεστή απόδοσης (80%) και 3kW ισχύος εξόδου, που η Audi ονομάζει MOSFET generator (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor).

Ήδη κάποιοι εδώ θα έχουν τραβήξει από τα κιτάπια τους τύπους από τα ηλεκτρικά εγχειρίδια και θα αναρωτιούνται: αφού, ρε μπάρμπα, αυτό που θέλουμε για τον κομπρέσορά μας είναι μεγάλη ηλεκτρική ισχύ και η ηλεκτρική ισχύς = βολτάζ επί αμπεράζ, γιατί πάμε να βγάλουμε την απαιτούμενη ισχύ με αύξηση των βολτ από 12 σε 38 και δεν το πάμε με αύξηση των αμπέρ…Πάμε να δούμε τα νούμερα για να καταλάβετε το γιατί: αφού τραβάει μέχρι 7.000W ο συμπιεστής μας στα 48V, σημαίνει ότι έτσι παίρνει ρεύμα έντασης 7.000/48=145Α. Αν τώρα τον δουλεύαμε στα 145 Α με 12V, θα έπαιρνε μόλις 145x12=1740W/2,4 άλογα ισχύος, δηλαδή θα ήταν ίσως λίιιιγο καλύτερος από τα ηλεκτρικά τούρμπο που κοροϊδεύαμε κάποτε…Αν τώρα για 7.000W κρατούσαμε την υπάρχουσα παροχή των 12V, τότε θα έπρεπε να ανεβάσουμε το αμπεράζ σε 7.000/12=583Α. Εφικτό..; Θεωρητικά ναι, πρακτικά όχι: όσο ανεβαίνουν τα αμπέρ, ανεβαίνει και η θερμική καταπόνηση σε έναν αγωγό κι έτσι, αν σε έναν αγωγό, που έχει σχεδιαστεί για πολύ λιγότερα αμπέρ, περάσεις τα τριπλάσια και τετραπλάσια, θα γίνουν όλα σαν τον T-800, όταν μπήκε στην πισίνα του χυτηρίου στο δακρύβρεχτο τέλος του Terminator 2. Γι’ αυτό ακριβώς υπάρχουν πίνακες που ορίζουν το ελάχιστο εμβαδόν διατομής του ηλεκτρικού μας αγωγού ανά ένταση ρεύματος και βάσει υλικού. Στην πράξη, για λόγους ασφαλείας, βάρους και κόστους λοιπόν δεν θέλουμε ακριβούς αγωγούς-τέρατα διατομής και βάρους να διατρέχουν αμάξωμα και αμαξοστάσιο (αυτός είναι και ο λόγος που σε ακόμα μεγαλύτερη κλίμακα στα ηλεκτρικά-υβριδικά αυτοκίνητα, που πρέπει να βγάλουν εκατοντάδες αλόγων ηλεκτρικώς, ανεβάζουμε τα βολτ στο Θεό). Σε συνέχεια του SQ7, αντίστοιχα συστήματα έχουν ήδη βγει ή έρχονται πολύ σύντομα και σε βενζίνες: όλες οι νέες Mercedes-AMG 53 (CLS, E-Class κ.α.) έχουν mild hybrid (με «EQ Boost» μίζα-δυναμό 16kW ανάμεσα στο σασμάν και το μοτέρ στη θέση του βολάν), 3λιτρο 6κύλινδρο σε σειρά, με μονό κλασσικό τούρμπο συν ηλεκτρικό κομπρέσορα, που η Daimler ονομάζει «electric auxiliary compressor». Αυτός εδώ οδηγείται από 48βολτο σύστημα (σε κάποια φάση σε μελλοντική σειρά θα πρέπει να ασχοληθούμε βαθύτερα με τα 48βολτα, όταν θα αρχίσουν να μπαίνουν και στα πιο προσγειωμένα τουτουδέλια, εκτιμήσεις μιλάνε για 50+% όλων των mild hybrid να είναι 48V μέχρι το 2025), τα κλασσικά τούρμπο είναι παράλληλα-παράλληλα και η δυνάμη χαμηλά είναι εξασφαλισμένη ως αποτέλεσμα του συνδυασμού της εκμηδένισης του turbo lag από τον ηλεκτρικό συμπιεστή και του ηλεκτροκινήτηρα του υβριδικού. Αξιόπιστες πηγές λένε ότι E-Booster θα έχει και η επομένη Ford Mustang γύρω στο 2020, ενώ ετοιμαστείτε να τα βλέπετε όλο και περισσότερο όσο περνάει ο καιρός.

Τα πραγματικά ηλεκτρικά τούρμπο

Πέρα από τα «γιαλαντζί» ηλεκτρικά «τούρμπο», που, όπως είδαμε παραπάνω, είναι απλά ηλεκτρικοί συμπιεστές, υπάρχουν και τα πραγματικά ηλεκτρικά τούρμπο, χωρίς κανένα εισαγωγικό στη λέξη τούρμπο: στροβιλοσυμπιεστές, που και στρόβιλο έχουν και ηλεκτροκινητήρα-γεννήτρια στον άξονά τους έχουν, ώστε αντίστοιχα 1. και να περιστρέφεται ο συμπιεστής μέσω άσκησης ροπής από ηλεκτρική υποβοήθηση πριν ο στρόβιλος αποκτήσει αρκετά καυσαέρια και 2. να μπορούμε να μετατρέψουμε -στο άφημα του γκαζιού- την ενέργεια των καυσαερίων, που ακόμα έρχονται, μαζί με την υπάρχουσα κινητική ενέργεια του τούρμπο σε ηλεκτρική πίσω στη μπαταρία ή να τροφοδοτήσουμε απευθείας τον ηλεκτροκινητήρα. Όπως δηλαδή στο regenerative braking με τα φρένα, μόνο που εδώ -αντί για κινητική ενέργεια του οχήματος ολόκληρου- μαζεύουμε την κινητική ενέργεια του τούρμπο. Αυτό το τελευταίο, η ανάκτηση ενέργειας από τα καυσαέρια ενός εμβολοφόρου κινητήρα από στρόβιλο (πέραν του πλαισίου ενός στροβιλοσυμπιεστή) ονόμαζεται turbo-compounding και παραδοσιακά ήταν τεχνολογία που -κατά βάση- βρίσκαμε στους εμβολοφόρους κινητήρες των αεροπλάνων εδώ και δεκαετίες πολύ πριν την έλευση της ηλεκτρονικής: ο άξονας του στροβίλου ενωνόταν μηχανικά απευθείας με το στρόβιλο, υποβοηθώντας με επιπλόεν ροπή την περιστροφή του.

Πού συναντάμε turbo-compound κινητήρες σε αυτοκίνητα με τη μορφή ηλεκτρικού τούρμπο..; Για την ώρα, εφαρμογές σε πολιτικά οχήματα παραγωγής δεν υπάρχουν και δεν θα υπάρχουν για κάποια χρόνια ακόμα, αλλά είναι βέβαιο ότι αργά ή γρήγορα θα τα δούμε και αυτά σε συνέχεια των σκέτων ηλεκτρικών συμπιεστών, που είδαμε παραπάνω. Από πού θα μεταφερθεί η τεχνολογία..; Μα, φυσικά, από την Formula 1, όπου ηλεκτρικά τούρμπο με τη βούλα έχουμε εδώ και τέσσερα χρόνια, από το 2014 που καταργήθηκαν οι ατμοσφαιρικοί V8 με το «απλό» και λιγότερο ισχυρό KERS. Πάμε να δούμε τι γίνεται εκεί. Η F1 χρησιμοποιεί το Energy Recovery System - ERS, που αποτελείται από δύο συστήματα ανάκτησης ενέργειας προς τη μπαταρία ή/και τους ηλεκτροκινητήρες: τη μονάδα MGU-Κ (Motor Generator Unit - Kinetic, δηλαδή μοτέρ/γεννήτρια κινητικής ενέργειας από ολόκληρο το όχημα μέσω των τροχών) και τη μονάδα MGU-Η, Motor Generator Unit – Heat, δηλαδή μοτέρ/γεννήτρια θερμικής ενέργειας από το τούρμπο μέσω του άξονα του, εξ’ ου και το «Heat» στην ονομασία του MGU-Η. Η MGU-Η (θα την διαβάσετε να αναφέρεται και ως «TERS», Thermal Energy Recovery System), η οποία, όπως καταλαβαίνει κανείς, έχει το μέγιστο αριθμό περιστροφής που έχει και το τούρμπο, δηλαδή 125.000rpm, παίζει και το ρόλο της wastegate εδώ: επιβραδύνει το τούρμπο και περιορίζει την πίεση, όταν δεν υπάρχει σχετική ανάγκη ισχύος από το δεξί ποδάρι του πιλότου.  Συνολικά και ανάλογα με τις συνθήκες κίνησης (προσπέραση, επιτάχυνση, φρενάρισμα, επιβράδυνση, έξοδος στροφών κτλ.) υπάρχουν επτά διαφορετικοί «δρόμοι» μεταξύ τροχών, μπαταρίας, MGU-K και MGU-Η σε ένα σύστημα ERS. Πού βρίσκεται όμως αρχιτεκτονικά η MGU-H ηλεκτρογεννήτρια/μοτέρ ως προς το τούρμπο; Εδώ έχουμε δύο προσεγγίσεις: η μία, της Mercedes, θέλει τη μονάδα σφήνα ακριβώς ανάμεσα στο στρόβιλο και το συμπιεστή, δηλαδή στη θέση του cartridge ενός κλασσικού τούρμπο, με άλλα λόγια απομακρύνει/ανεξαρτητοποιεί το στρόβιλο από το συμπιεστή σε σχέση με ένα κλασσικό τούρμπο, όπου αυτά είναι εφαπτόμενα. Με άλλα λόγια, επιμηκύνουμε τον άξονα του τούρμπο και γύρω του, ανάμεσα στα δύο σαλιγκάρια, βάζουμε τις περιελίξεις, τους μαγνήτες και τα καλώδιά μας. Η δεύτερη προσέγγιση, αυτή των Ferrari και Renault, δεν βάζει την MGU-Η ακριβώς πάνω στο τούρμπο, αλλά πιο πέρα ανάμεσα και πάνω στο V των κυλίνδρων: εδώ έχουμε -σε μορφή- ένα κλασσικό turbo, του οποίου όμως ο άξονας δεν σταματά στη φτερωτή του συμπιεστή, ως είθισται, αλλά συνεχίζει παρακάτω και γυρνάει τον ομοαξονικό ηλεκτροκινητήρα του MGU-Η λίγο παραδίπλα. Στην πρώτη περίπτωση, δηλαδή, έχουμε ένα πιο μεγάλο τουρμπο σαν μονάδα συνολικά, στη δεύτερη έχουμε ένα τυπικό τούρμπο από το οποίο απλά «φεύγει» η επέκταση του άξονά του για να απομαστευτεί (ή να αποδοθεί ανάλογα με το mode) η περιστροφική κινητική του ενέργεια στην «stand alone» MGU της μονάδας λίγο πιο δίπλα.

Ένα επιπλέον πλεονέκτημα της ηλεκτροποίησης ενός τούρμπο είναι ότι λόγω της ύπαρξης ηλεκτρικής υποβοήθησης στον άξονά του μπορούμε -σε γενικές γραμμές- να έχουμε μεγαλύτερο στρόβιλο σε σχέση με ένα κλασσικό τούρμπο παρόμοιας ισχύος, κάτι το οποίο μειώνει το backpressure κι επομένως την ενέργεια σάρωσης του κυλίνδρου από τα καυσαέρια. Εκεί που θα γίνει όμως το μεγάλο πανηγύρι, τόσο στην ηλεκτρική τροφοδοσία των ηλεκτρικών τούρμπο όσο και των σκέτων e-booster συμπιεστών, είναι όταν θα πάψουν να είναι οι μπαταρίες οι μόνες πηγές ηλεκτρικής ενέργειας: με την έλευση supercapacitors, τουλάχιστον στα πιo high-end σπορ μοντέλα και σούπερκαρ (όσα τουλάχιστον ακόμα θα έχουν και θερμικό κινητήρα…), το τούρμπο θα λαμβάνει διαγαλαξιακά πακέτα ενέργειας αστραπιαία, κάτι που ποτέ του δεν είχε ονειρευτεί. Αν -παρ’ ελπίδα- τύχει και ζούμε ακόμα εμείς και η πατρίδα, τότε ακόμα καλύτερα…

Και χωρίς ηλεκτρόνια, άμα λάχει…

Ωραία όλα αυτά με τα ηλεκτρικά συστήματα και το πώς συνδυάζονται και βοηθάνε το τούρμπο, αλλά μήπως θα μπορούσαμε να αφήσουμε μπαταρίες και ηλεκτρικά μοτέρ για λίγο στην άκρη, κοιτώντας ένα πολύ μοντέρνο τούρμπο χωρίς turbo-lag..; H Volvo δείχνει να πιστεύει ότι ναι, μπορούμε μέσω του PowerPulse συστήματός της στα τελευταία 90άρια (XC-S-X) ντιζελάτα μοντέλα της με κινητήρα Drive-E, που είναι ήδη σε παραγωγή. Και όλα αυτά μόνο με τη δύναμη, τη δύναμη αποθηκευμένης ποσότητας συμπιεσμένου αέρα κοπανιστού σε ξεχωριστό δοχείο..! Το σύστημα PowerPulse τραβάει αέρα καταρχάς από το φίλτρο αέρα μέσω ενός μικρού εμβολοφόρου συμπιεστή/κομπρεσέρ που βρίσκεται στην άκρη του μπλοκ αποκλειστικά γι’ αυτήν τη δουλειά, ο οποίος τροφοδοτείται από το κανονικό 12βολτο σύστημα του αυτοκινήτου. Ο αέρας αυτός συμπιέζεται και αποθηκεύεται σε ένα δοχείο δύο λίτρων υπό πίεση 12 bar. Όταν ο οδηγός πατήσει τέρμα το γκάζι σε συνθήκες στροφών-φορτίου κινητήρα που δεν μπορεί να δώσουν άμεσα σπουλάρισμα στο τούρμπο μέσω των καυσαερίων αποκλειστικά, τότε ο αποθηκευμένος -στο δοχείο- αέρας διοχετεύεται μετά το άνοιγμα ειδικής ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας μέσω ειδικής σωλήνωσης στην πολλαπλή εξαγωγής, ώστε να περιστρέψει το στρόβιλο ταχύτερα, δηλαδή σαν να δεχόταν περισσότερα καυσαέρια τη στιγμή που δεν τα έχει. Η Volvo ανακοινώνει ότι το σύστημα θέλει μόλις 0,3 δευτερόλεπτα για να γυρίσει το τούρμπο με 150.000rpm. Ο συμπιεσμένος αέρας στο δοχείο ξαναγεμίζει αυτόματα, ώστε να είναι πάντα έτοιμο να ξαναδώσει πράγμα στο επόμενο βαθύ πάτημα του δεξιού πεντάλ. Σύμφωνα με τη Volvo, το σύστημα είναι πιο απλό και πιο φτηνό από το συνδυασμό ηλεκτρικού φυγοκεντρικού συμπιεστή και 48V συστήματος, που απαιτούν επιπλέον βαρβάτη μπαταρία και πλεξούδες σαν αυτά που είδαμε παραπάνω. To κομπλέ σύστημα ζυγίζει 10 μόλις κιλά, πολύ λιγότερο δηλαδή από το άθροισμα ηλεκτρικού συμπιεστή, μπαταρίας 48V και παρελκόμενων. Επίσης, η Volvo μας λέει ότι το σύστημά της δεν επιβαρύνει το στρόβιλο, αφού -παρόλο που το σύστημα μοιάζει σε αρχή με τα anti-lag συστήματα (που, όπως είδαμε στην αντίστοιχη συνέχεια, δεν είναι και ό,τι πιο safe για την υγεία του τούρμπο)- εντούτοις, εφόσον μιλάμε για σκέτο αέρα και όχι για συνδυασμό επίτηδες πλούσιου μείγματος για να καεί με αυτόν τον επιπλέον αέρα, τότε δεν υπάρχει κανένα απολύτως επιπρόσθετο θέμα αξιοπιστίας του τούρμπο.  Όλα καλά λοιπόν ή έχουμε και αδυναμίες..; Έχουμε και η βασικότερη είναι ότι με τόσο μικρό –σχετικά- δοχείο (μεγαλύτερο θα δημιουργούσε θέματα όσον αφορά το χώρο, το βάρος και την ισχύ του συμπιεστή), σε ενδεχόμενο γρήγορο και συνεχόμενο πάτα-άσε του γκαζιού, το δοχείο μπορεί να δώσει μόνο μέχρι δύο συνεχόμενα μπαπ αέρα προς την πολλαπλή πριν χρειαστεί επαναγέμισμα, μετά περιμένουμε λίγο πάλι. Ε, ρε παιδιά, και σεις μην είστε αναποφάσιστοι με το γκάζι, να είστε αποφασιστικοί…Μέχρι στιγμής, μόνο η Volvo το χρησιμοποιεί, πράγμα όχι αναγκαστικά ύποπτο: οι Σουηδοί ξέρουν…

The End…

Και εδώ φτάνουμε στο τέλος της 26-τομης Οδύσσειάς μας για τα τούρμπο. Από τις αρχές του 2016 σας ταλαιπωρώ με φτερωτές, πιέσεις και τουρμπομπλιμπλίκια, αλλά κάπου εδώ ολοκληρώνουμε τον κύκλο, που νομίζω ότι άξιζε να του αφιερωθεί τόσος χρόνος και χώρος: το τούρμπο είναι -σε μεγάλο βαθμό- για πολλούς η πεμπτουσία της βελτίωσης συνολικά, ειδικά από κάποιο επίπεδο ισχύος και πάνω. Απ’ όσο είμαι σε θέση να γνωρίζω και βάσει του προσωπικού μου αρχείου, με κοντά 90.000+ λέξεις πρέπει να είναι μακράν η πιο μακροσκελής σειρά τεχνικών άρθρων πάνω σε ένα και μόνο αντικείμενο στην ιστορία όχι μόνο της ομάδας του περιοδικού που κρατάτε στα χέρια σας, αλλά συνολικά ολόκληρου του ειδικού αυτοκινητιστικού τύπου. Υπάρχουν πολλά εξειδικευμένα βιβλία πάνω στο θέμα στην παγκόσμια tuning βιβλιογραφία, αλλά -κατά βάση- ή είναι πολύ παλιά χρονικά, χάνοντας τις τελευταίες δεκαετίες εξέλιξης ή επικεντρώνουν σε συγκεκριμένες αγορές και κατασκευαστές: για την ολοκλήρωση της εδώ σειράς του περιοδικού χρησιμοποιήθηκαν βιβλία ξενόγλωσσα, γραμμένα από ανθρώπους της τουρμποπιάτσας, βιβλία Ελλήνων ακαδημαϊκών του Ελληνικού Πολυτεχνείου, το αρχείο του αγαπημένου σας περιοδικού και πηγές του διαδικτύου. Πάνω απ’ όλα όμως χρησιμοποιήθηκε η εμπειρία μας με τα τούρμπο, που με ευχαρίστηση και κόπο αποκτήθηκε στην πράξη όλα αυτά τα χρόνια που μας διαβάζετε και που είναι και η πιο δύσκολη να αποκτηθεί. Γι΄ αυτό και μόνο εδώ, μόνο στο Power Automotive Magazine, το μοναδικό ελληνικό, και όχι μόνο, περιοδικό αυτοκινήτου που ζει και αναπνέει για τη μόρφωση και όχι για την αποβλάκωση των αναγνωστών του, μπορούσε κάτι τέτοιο να λάβει χώρα.

Θα κλείσω όμως με μία δυσάρεστη νότα: ίσως να είναι και η τελευταία φορά που ασχολούμαστε σε τόσο ενδελεχή τεχνικό βαθμό με τα τούρμπο συνολικά τόσο σε επίπεδο έντυπου τύπου όσο και όσον αφορά τα αυτοκίνητα, όπως τα ξέρουμε σήμερα. Σε δεκαπέντε-είκοσι χρόνια, που κανονικά θα ερχόταν η σειρά των τούρμπο πάλι, όπως κάθε φορά, πολύ πιθανό ούτε τα περιοδικά στο σύνολό τους να είναι όπως τα ξέρουμε ούτε το αυτοκίνητο. Το ίντερνετ και ο ηλεκτρισμός αντίστοιχα ίσως να μας έχουν ξεπεράσει για τα καλά όλους εμάς του ρομαντικούς. Οψόμεθα στροβιλοσυμπιέζοντ λοιπόν, αγαπητοί μου, χαίρε στα τουρμποσκασίματα και τα τουρμποσφυρίγματα στον αιώνα τον άπαντα. Καλό καλοκαίρι σε όλους…

 

Αρθρογράφος