Λύσεις — Υπερσυμπιεστές (σελ. 175-186) – ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟΥ Γ΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις — Υπερσυμπιεστές

Λύσεις στο απαντήσιμο τμήμα των εργασιών των Ασκήσεων 27-28: σύγκριση φυγοκεντρικού υπερσυμπιεστή με τύπο Comprex και με μηχανικό υπερσυμπιεστή, λειτουργία του συστήματος ελέγχου υπερπίεσης.

Σύγκριση φυγοκεντρικού υπερσυμπιεστή (turbo) με τύπο Comprex

Ερώτηση: Να φέρετε πληροφορίες σχετικά με τις ομοιότητες και τις διαφορές που έχει το σύστημα με αυτό του υπερσυμπιεστή Comprex.

Απάντηση:

• Να φέρετε πληροφορίες σχετικά με τις ομοιότητες και τις διαφορές που έχει το σύστημα με αυτό του υπερσυμπιεστή Comprex.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Το εξεταζόμενο σύστημα (φυγοκεντρικός υπερσυμπιεστής εξάτμισης, turbocharger) και ο υπερσυμπιεστής τύπου Comprex έχουν ως κοινό στόχο την αύξηση της ποσότητας αέρα που εισάγεται στους θαλάμους καύσης, ώστε να βελτιωθεί η καύση και να αυξηθεί η ισχύς/ροπή του κινητήρα, και οι δύο εκμεταλλεύονται εν μέρει την ενέργεια των καυσαερίων της εξάτμισης. Η βασική τους διαφορά βρίσκεται στον τρόπο πρόσδοσης κίνησης: ο φυγοκεντρικός υπερσυμπιεστής (turbo) κινείται αποκλειστικά από την ενέργεια των καυσαερίων, μέσω μιας τουρμπίνας συνδεδεμένης σε κοινό άξονα με τον συμπιεστή αέρα — δεν έχει καμία μηχανική σύνδεση με τον στροφαλοφόρο άξονα του κινητήρα. Ο υπερσυμπιεστής Comprex, αντίθετα, είναι υβριδικός: συνδυάζει και εκμεταλλεύεται ταυτόχρονα τόσο την ισχύ των καυσαερίων όσο και τη μηχανική κίνηση που παίρνει απευθείας από τον στροφαλοφόρο άξονα του κινητήρα (όπως ένας ογκομετρικός υπερσυμπιεστής μηχανικού τύπου). Πρακτικά αυτό σημαίνει ότι ο καθαρός turbo παρουσιάζει το γνωστό φαινόμενο της «καθυστέρησης turbo» (turbo lag) στις χαμηλές στροφές, όσο τα καυσαέρια δεν έχουν ακόμη αρκετή ενέργεια για να περιστρέψουν γρήγορα την τουρμπίνα, ενώ ο Comprex, έχοντας και μηχανική κίνηση από τον στροφαλοφόρο, μπορεί να προσφέρει ενίσχυση πίεσης πιο άμεσα και σε χαμηλότερες στροφές, με κόστος όμως κάποια απορρόφηση ισχύος από τον ίδιο τον κινητήρα, κάτι που δεν συμβαίνει στον καθαρό φυγοκεντρικό υπερσυμπιεστή εξάτμισης.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κοινό: και οι δύο αυξάνουν την ποσότητα αέρα εκμεταλλευόμενοι (εν μέρει) την ενέργεια καυσαερίων. Διαφορά: ο turbo κινείται αποκλειστικά από τα καυσαέρια (turbo lag στις χαμηλές στροφές)· ο Comprex συνδυάζει καυσαέρια + μηχανική κίνηση από στροφαλοφόρο (πιο άμεση απόκριση, αλλά απορροφά ισχύ από τον κινητήρα)

Σύγκριση με μηχανικό υπερσυμπιεστή και λειτουργία ελέγχου υπερπίεσης

Ερώτηση: Να φέρετε πληροφορίες σχετικά με τις ομοιότητες και τις διαφορές που έχει το μηχανικό σύστημα υπερσυμπιεστή και σχετικά με το πως λειτουργεί ο έλεγχος της υπερπίεσης στο συγκεκριμένο τύπο.

Απάντηση:

• Να φέρετε πληροφορίες σχετικά με τις ομοιότητες και τις διαφορές που έχει το μηχανικό σύστημα υπερσυμπιεστή και σχετικά με το πως λειτουργεί ο έλεγχος της υπερπίεσης στο συγκεκριμένο τύπο.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο ογκομετρικός υπερσυμπιεστής μηχανικού τύπου (Supercharger) και ο εξεταζόμενος φυγοκεντρικός υπερσυμπιεστής εξάτμισης (turbo) έχουν κοινό στόχο (αύξηση αέρα προς τους θαλάμους καύσης, άρα ισχύος/ροπής) αλλά διαφέρουν θεμελιωδώς στον τρόπο κίνησης: ο μηχανικός τύπος παίρνει κίνηση απευθείας από τον στροφαλοφόρο άξονα (π.χ. μέσω ιμάντα), άρα λειτουργεί άμεσα σε κάθε αριθμό στροφών χωρίς καθυστέρηση, αλλά απορροφά συνεχώς μηχανική ισχύ από τον ίδιο τον κινητήρα για να λειτουργήσει· ο φυγοκεντρικός υπερσυμπιεστής, αντίθετα, κινείται από την ενέργεια των καυσαερίων που κανονικά θα χανόταν στην εξάτμιση, χωρίς να απορροφά απευθείας ισχύ από τον στροφαλοφόρο, αλλά παρουσιάζει καθυστέρηση απόκρισης στις χαμηλές στροφές (turbo lag) μέχρι να αναπτυχθεί αρκετή ενέργεια καυσαερίων. Στον συγκεκριμένο τύπο (turbo εξάτμισης) ο έλεγχος της υπερπίεσης γίνεται με τη βαλβίδα υπερπίεσης (διαφυγής): όσο η πίεση υπερπλήρωσης είναι μικρότερη από το προκαθορισμένο όριο, η βαλβίδα παραμένει κλειστή και όλα τα καυσαέρια περνούν μέσα από την τουρμπίνα· μόλις η πίεση φτάσει στο όριο, ο ενεργοποιητής της βαλβίδας διαφυγής, ελεγχόμενος από μια ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα που με τη σειρά της καθοδηγείται από την ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου (με βάση το σήμα ενός αισθητήρα πίεσης), ανοίγει τη βαλβίδα διαφυγής και αφήνει μέρος των καυσαερίων να παρακάμψει την τουρμπίνα προς την εξάτμιση, μειώνοντας την ενέργεια περιστροφής της και διατηρώντας έτσι σταθερή τη διαφορά πίεσης υπερπλήρωσης-ατμοσφαιρικής, ακόμη και όταν μεταβάλλεται το υψόμετρο.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Ο μηχανικός τύπος κινείται από τον στροφαλοφόρο (άμεση απόκριση, απορροφά ισχύ)· ο turbo από τα καυσαέρια (turbo lag, δεν απορροφά ισχύ). Ο έλεγχος υπερπίεσης στο turbo γίνεται με βαλβίδα διαφυγής+ενεργοποιητή+ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα, καθοδηγούμενη από την ECU μέσω αισθητήρα πίεσης