MechGens: Στρόβιλο-υπερπληρωτής (Turbocharger) Part 1

Γνωρίζουμε ότι η μέγιστη ισχύς των οχημάτων εξαρτάται από το μέγεθος του κινητήρα τους. Αυτό μας δίνει την δυνατότητα να πούμε ότι η ισχύς μιας μηχανής εσωτερικής καύσης εξαρτάται από την ποσότητα καυσίμου που έχει την δυνατότητα να κάψει. Μια βασική αρχή όμως λέει
ότι στους κινητήρες των οχημάτων η ποσότητα καυσίμου που θα καεί έχει να κάνει με την ποσότητα του ατμοσφαιρικού αέρα που θα εισέλθει στον κινητήρα. Τα παραπάνω μας οδηγούν στο εξής συμπέρασμα: αν μια μηχανή εσωτερικής καύσης την πληρώσουμε με περισσότερο ατμοσφαιρικό αέρα θα μπορέσουμε να την τροφοδοτήσουμε και με επιπλέον καύσιμο με αποτέλεσμα η ισχύς της να αυξάνεται.

Στο σημείο αυτό έρχεται η μέθοδος της υπερπλήρωσης η οποία πολύ απλά πληρώνει με περισσότερο αέρα τους κυλίνδρους μιας μηχανής, δίνοντας στην συνέχεια την δυνατότητα στον κατασκευαστή να διαμορφώσει με τέτοιο τρόπο την μηχανή ώστε να μπορεί να κάψει μεγαλύτερες ποσότητες καυσίμου χωρίς όμως να αλλάξουν οι βασικές διαστάσεις της μηχανής.

Μία από της ποιο συνηθισμένες μεθόδους υπερπλήρωσης στον χώρο των οχημάτων από τα παλιά χρόνια είναι η υπερπλήρωση που συνδυάζει ένα ζεύγος συμπιεστή αέρα και έναν αεροστρόβιλο. Και τα δύο αυτά μέρη συνδέονται μεταξύ τους μηχανικά στον ίδιο άξονα. Η μέθοδος αυτή υπερπλήρωσης ονομάζεται Υπερπλήρωση με ζεύγος υπερπλήρωσης, και οι διατάξεις αυτής της μεθόδου υπερπλήρωσης ονομάζονται Στρόβιλο-Υπερπληρωτές (Turbocharger) .

Εικόνα 1 Ζεύγος Στρόβιλος/Συμπιεστής

Εικόνα 2 Στρόβιλο- υπερπληρωτής (Turbocharger)

Τα βασικά μέρη ενός στρόβιλο-υπερπληρωτή

Αρχικά πρέπει να αναφερθεί ότι ένας στ./υπερπληρωτής αποτελείται από δύο μέρη τα οποία έχουν την μορφή σαλιγκαριού. Με τον αριθμό (1) φαίνεται στην παρακάτω εικόνα το κέλυφος του συμπιεστή το οποίο συλλέγει τον συμπιεσμένο αέρα και τον κατευθύνει προς την εισαγωγή της μηχανής και από εκεί στους κυλίνδρους. Με τον αριθμό (2) φαίνεται το κέλυφος του στροβίλου στο οποίο καταλήγουν τα καυσαέρια της μηχανής ώστε να περιστρέψουν τον στρόβιλο. Αυτά είναι τα βασικά μέρη του, τα οποία συνδέονται μηχανικά μεταξύ τους και στο εσωτερικό τους περιέχουν τα υπόλοιπα μέρη.

(3) Στρόβιλος: Περιστρέφει τον συμπιεστή με την βοήθεια του κοινού άξονα.

(4) Συμπιεστής: Συμπιέζει τον αέρα και τον στέλνει στην εισαγωγή του κινητήρα.

(5) Ρουλεμάν άξονα: Πάνω σε αυτά περιστρέφεται ο άξονας.

(6) Άξονας: Πάνω σε αυτόν τοποθετούνται ο στρόβιλος και ο συμπιεστής.

(7) Σημείο τοποθέτησης μέσου λίπανσης: Καθώς ο άξονας περιστρέφεται σε αρκετά υψηλές στροφές απαιτείται λίπανση στα ρουλεμάν. Στο σημείο αυτό τοποθετείται το ένα άκρο από ένα σωλήνα ο οποίος στο άλλο άκρο του συνδέεται στον κορμό της μηχανής για να συλλέξει λάδι από αυτόν ώστε να τροφοδοτήσει με λιπαντικό τα ρουλεμάν.

Εικόνα 3 Τα εσωτερικά μέρη ενός στρόβιλο-υπερπληρωτή

(8) Βαλβίδα απόρριψης καυσαερίων (wastegate valve): Ένα σημαντικό εξάρτημα ενός τέτοιου είδους υπερπληρωτή είναι η βαλβίδα που προκαλεί εκτροπή των καυσαερίων ώστε να μην φτάνουν αυτά στον στρόβιλο όταν τα καυσαέρια είναι πλέον αρκετά σε ποσότητα και παράγονται με γρήγορους ρυθμούς. Για την εκτενέστερη παρουσίαση της βαλβίδας αυτής θα αναφερθούμε σε κάποιο από τα επόμενα μέρη του άρθρου. Μια βαλβίδα αυτού του τύπου φαίνεται στην εικόνα 4.

Εικόνα 4 Βαλβίδα απόρριψης καυσαερίων (wastegate valve)

Τοποθέτηση και λειτουργία ενός στρόβιλο-υπερπληρωτή

Ένας στρόβιλο-υπερπληρωτής τοποθετείται στο τέλος της πολλαπλής εξαγωγής. Το ένα μέρος του όπου φιλοξενεί τον αεροστρόβιλο το οποίο είναι συνδεδεμένο με την πολλαπλή εξαγωγή (1) και το δεύτερο μέρος του που φιλοξενεί τον συμπιεστή συνδέεται με την πολλαπλή εισαγωγή (2). Με τον τρόπο αυτό λοιπόν, όταν τα καυσαέρια διέρθουν από τον αεροστρόβιλο αυτός αρχίζει και περιστρέφεται με αποτέλεσμα αναγκαστικά να περιστρέφεται και ο συμπιεστής, καθώς είναι συνδεδεμένος στον ίδιο άξονα με τον αεροστρόβιλο. Εφόσον ο συμπιεστής τεθεί σε λειτουργία συμπιεσμένος αέρας είναι έτοιμος να εισχωρήσει στους κυλίνδρους της μηχανής. Πριν όμως ο συμπιεσμένος αέρας εισχωρήσει στους κυλίνδρους περνά μέσα από ένα ψυγείο (intercooler) και στην συνέχεια κατευθύνεται στους κυλίνδρους.