Τούρμπο (υπερσυμπιεστής καυσαερίων)

Το τούρμπο, ή υπερσυμπιεστής καυσαερίων, είναι διάταξη εξαναγκασμένης εισαγωγής που αυξάνει την ισχύ και την απόδοση του κινητήρα συμπιέζοντας τον αέρα που εισέρχεται στους κυλίνδρους. Στους ατμοσφαιρικούς κινητήρες ο αέρας αναρροφάται σε ατμοσφαιρική πίεση, οπότε η ποσότητα καυσίμου που μπορεί να καεί ωφέλιμα περιορίζεται από το πόσο αέρα χωράει κάθε κύλινδρος. Το τούρμπο ξεπερνά αυτό το όριο στοιβάζοντας περισσότερο αέρα στον ίδιο κυβισμό, επιτρέποντας την καύση περισσότερου καυσίμου ανά κύκλο και, συνεπώς, την απόδοση μεγαλύτερης ισχύος από κινητήρα δεδομένου μεγέθους.

Στην ουσία πρόκειται για αντλία αέρα που κινείται από τη χαμένη ενέργεια των καυσαερίων. Αποτελείται από δύο πτερωτές στερεωμένες σε κοινό άξονα, μέσα σε στεγανό κεντρικό κέλυφος. Τα καυτά καυσαέρια που εγκαταλείπουν τον κινητήρα περιστρέφουν την πτερωτή του στροβίλου από τη μία πλευρά· ο άξονας μεταφέρει την περιστροφή στην πτερωτή του συμπιεστή από την άλλη, η οποία αναρροφά και συμπιέζει φρέσκο αέρα εισαγωγής. Ο άξονας μπορεί να ξεπεράσει με άνεση τις 150.000 σ.α.λ., στηρίζεται σε έδρανα που λιπαίνονται από το κύκλωμα λαδιού του κινητήρα και συχνά ψύχεται και με νερό για να αντέχει την έντονη θερμική καταπόνηση. Η βαλβίδα wastegate παρακάμπτει το πλεόνασμα καυσαερίων γύρω από τον στρόβιλο, περιορίζοντας τη μέγιστη πίεση υπερπλήρωσης και προστατεύοντας τον κινητήρα.

Το μεγάλο πλεονέκτημα του τούρμπο είναι ότι ανακτά ενέργεια η οποία κανονικά πετιέται με τη μορφή καυτών, γρήγορων καυσαερίων και τη μετατρέπει σε ωφέλιμο έργο, αντί να καίγεται επιπλέον καύσιμο για την κίνηση μιας αντλίας. Γι' αυτό είναι αισθητά πιο αποδοτικό από έναν μηχανικό υπερσυμπιεστή που παίρνει κίνηση με ιμάντα. Επειδή η συμπίεση θερμαίνει τον αέρα, οι περισσότερες σύγχρονες εφαρμογές και οι εφαρμογές επιδόσεων τον περνούν από intercooler πριν φτάσει στους κυλίνδρους, ώστε να αποκατασταθεί η πυκνότητά του και να μειωθεί ο κίνδυνος κρουστικής καύσης. Το καθαρό αποτέλεσμα είναι ουσιαστικό κέρδος τόσο σε μέγιστη απόδοση όσο και, όταν αξιοποιείται για downsizing, σε καθημερινή οικονομία.

Ακριβώς μέσω της λογικής του downsizing, η υπερτροφοδότηση αναδιαμόρφωσε το σύγχρονο τοπίο των κινητήρων. Οι κατασκευαστές αντικατέστησαν ευρέως τους μεγάλους ατμοσφαιρικούς κινητήρες με μικρότερα υπερτροφοδοτούμενα σύνολα που αποδίδουν συγκρίσιμη ισχύ και ροπή με χαμηλότερη κατανάλωση και λιγότερο CO2 σε τυπικές συνθήκες, διευκολύνοντας τη συμμόρφωση με τα διαρκώς αυστηρότερα ευρωπαϊκά πρότυπα εκπομπών. Ένας υπερτροφοδοτούμενος βενζινοκινητήρας 1,5 λίτρου φτάνει πλέον άνετα την απόδοση ενός παλαιότερου 2,5 λίτρων, ενώ το τούρμπο απλώνει και «ισιώνει» την καμπύλη ροπής, χαρίζοντας πιο ελαστική οδήγηση.

Το κλασικό μειονέκτημα είναι η υστέρηση, το γνωστό turbo lag: η σύντομη καθυστέρηση από τη στιγμή που ο οδηγός ζητά ισχύ μέχρι ο στρόβιλος να πάρει αρκετές στροφές ώστε να αποδώσει υπερπλήρωση. Η σύγχρονη τεχνολογία την έχει περιορίσει δραστικά με ελαφριές πτερωτές, κελύφη twin-scroll και μεταβλητής γεωμετρίας, ηλεκτρική υποβοήθηση και διατάξεις twin-turbo. Τα τούρμπο απαιτούν, πάντως, προσεκτική συντήρηση — καθαρό λάδι, επαρκή ψύξη και αποφυγή απότομου σβησίματος όταν ο κινητήρας είναι ζεστός — για να εξαντλήσουν τη διάρκεια ζωής τους. Μαζί με τον μηχανικό υπερσυμπιεστή, το intercooler και τις σχεδιάσεις twin-turbo και μεταβλητής γεωμετρίας, το τούρμπο παραμένει το κυρίαρχο μέσο για να αποδίδουν περισσότερα οι μικρότεροι σύγχρονοι κινητήρες.