Υπερπλήρωση: Διαφορά μεταξύ των αναθεωρήσεων

Η ακόλουθη κατηγοριοποίηση αναφέρεται στον τρόπο μετάδοσης του αερίου. Άλλες μορφές κατηγοριοποίησης, π.χ. με βάση τον τύπο μεταφοράς ισχύος, είναι επίσης δυνατές (μηχανικοί υπερπληρωτές και στροβιλοϋπερπληρωτές), ωστόσο η μορφή που παρουσιάζεται εδώ είναι η πλέον εποπτική των σύγχρονων τύπων υπερπλήρωσης. Οι υπερπληρωτές δυναμικής ροής δεν μπορούν να επιτύχουν αύξηση της πίεσης σε χαμηλές στροφές, σε αντίθεση με τους υπερπληρωτές θετικής εκτόπισης, οι οποίοι αποδίδουν μια σχεδόν ανεξάρτητη των στροφών του κινητήρα αύξηση πίεσης.▼

===Υπερπληρωτές Δυναμικής Ροής===▼

Οι υπερπληρωτές δυναμικής ροής έχουν ως αρχή λειτουργίας την επιτάχυνση του ρευστού σε υψηλές ταχύτητες και την επακόλουθη ανάκτηση πίεσης μέσω ενός διαχύτη.▼

Βασικά μειονεκτήματα της χρήσης του στροβιλοσυμπιεστή καυσαερίων είναι: ▼

* H κακή χρονική απόκριση στις αλλαγές του φορτίου (φαινόμενο "υστέρησης" γνωστό και ως turbo lag), λόγω του χαμηλού ενθαλπικού περιεχομένου των καυσαερίων σε συνθήκες χαμηλού φορτίου ή/και χαμηλών στροφών, σε σχέση πάντα με έναν αντίστοιχο κινητήρα φυσικής αναπνοής (αγγλ. naturally aspirated).▼

Ένα μεγάλο εύρος τεχνολογιών έχει προταθεί για την αντιμετώπιση του προβλήματος αυτού, όπως για παράδειγμα η πολυβάθμια υπερπλήρωση σε σειρά (συνδυασμός ενός μικρού και ενός μεγαλύτερου στροβιλοπληρωτή, βελτιστοποιημένοι για τα χαμηλά και τα υψηλά φορτία αντίστοιχα), η χρήση ηλεκτρικής υποβοήθησης για την επιτάχυνση του συμπιεστή μέσω ενός μικρού ηλεκτροκινητήρα, και ο συνδυασμός μηχανικής υπερπλήρωσης και στροβιλοπλήρωσης, όπου ο μηχανικός υπερπληρωτής ενεργοποιείται στις χαμηλές στροφές (η άντληση μηχανικής ενέργειας μέσω άμεσης σύνδεσης με το στροφαλοφόρο σημαίνει ότι ενέργεια είναι διαθέσιμη ακόμη και όταν το ενεργειακό περιεχόμενο των καυσαερίων είναι χαμηλό), ενώ στις υψηλότερες στροφές και φορτία, την υπερπλήρωση αναλαμβάνει ο στροβιλοπληρωτής. ▼

Φυσικά, οι παραπάνω μέθοδοι έχουν ως σαφές μειονέκτημα την ακόμα περαιτέρω αύξηση του κόστους, των μηχανικών μερών αλλά και της δυσκολίας ελέγχου του συστήματος.▼

* Η τοποθέτηση του στη γραμμή των θερμών καυσαερίων απαιτεί υλικά εξαιρετικά ανθεκτικά στις υψηλές θερμοκρασίες. Φυσικά, εκτός των δυσκολιών κατεργασίας των υλικών αυτών, η χρήση στροβιλοπληρωτών αυξάνει τις πιθανότητες διαφόρων τύπων αστοχίας, αλλά και το κόστος του τελικού προϊόντος. ▼

Ιστορικά, οι χαμηλότερες θερμοκρασίες καυσαερίων των πετρελαιοκινητήρων επέτρεψαν την ταχύτερη και αποδοτικότερη εφαρμογή των στροβιλοπληρωτών σε αυτόν τον τύπο κινητήρα. Σήμερα, πρακτικά το σύνολο των πετρελαιοκινητήρων χρησιμοποιούν στροβιλοπληρωτές, σε αντίθεση με τους βενζινοκινητήρες, στους οποίους συχνά απαντώνται και ατμοσφαιρικές εφαρμογές, αν και η τάση είναι και εδώ στην κατεύθυνση της υπερπλήρωσης.▼

* Απαιτείται η χρήση μηχανισμού ψύξης του αέρα (intercooler) πριν αυτός εισαχθεί στους κυλίνδρους.▼

Η αύξηση της πίεσης του αέρα εισαγωγής οδηγεί αναπόφευκτα και στην αύξηση της θερμοκρασίας (καταστατική εξίσωση), η οποία δρα στην κατεύθυνση μείωσης της πυκνότητας του αέρα και σε συνθήκες υψηλού φορτίου και στροφών ενδέχεται να βρίσκεται σε επίπεδα αρκετά υψηλά ώστε να θέτει σε κίνδυνο τα πιο συμβατικά υλικά τα οποία χρησιμοποιούνται στην εισαγωγή (σε σύγκριση πάντα με αυτά της εξαγωγής), αλλά και να μειώνει το βαθμό απόδοσης της καύσης εντός των κιλύνδρων. Στους κινητήρες Otto χωρίς τεχνολογία άμεσης έγχυσης καυσίμου, η αύξηση της θερμοκρασίας εισαγωγής ευνοεί το κτύπημα (αγγλ. knocking ή preignition) του κινητήρα, την αυτανάφλεξη δηλαδή του μίγαμτος αέρα-καυσίμου (η οποία οδηγεί σε φθορά των κυλίνδρων και μείωση της απόδοσης της μηχανής). Για το λόγο αυτό, η άμεση έγχυση καυσίμου θεωρείται στους βενζινοκινητήρες τεχνολογία-καταλύτης (enabling technology) για την επιτυχή εγκατάσταση συστήματος υπερπλήρωσης.▼

Συνηθέστερα, οι υπερπληρωτές αυτού του τύπου είναι μηχανικά συνδεδεμένοι με τον στροφαλοφόρο άξονα του κινητήρα, γι'αυτό και στις χαμηλές στροφές, όπου η ενθαλπία των καυσαερίων παραμένει σε χαμηλά επίπεδα, πλεονεκτούν έναντι των υπερπληρωτών δυναμικής ροής και ειδικά των στροβιλοπληρωτών. Αντίθετα, οι τελευταίοι εκμεταλλεύονται ενέργεια που ούτως ή άλλως θα αποδιδόταν αχρησιμοποίητη στο περιβάλλον υπό μορφή θερμών καυσαεριών, βελτιώνοντας έτσι τον ολικό βαθμό απόδοσης του συστήματος, ενώ η ενέργεια που απαιτείται για τη λειτουργία των μηχανικών υπερπληρωτών ουσιαστικά προέρχεται άμεσα από το καύσιμο. ▼

Όπως προαναφέρθηκε, σε περίπτωση συνδυασμού των δύο συστημάτων, λειτουργεί πρώτα ο μηχανικός συμπιεστής στις χαμηλές στροφές, έως ότου τα καυσαέρια αποκτήσουν την απαιτούμενη ενέργεια, οπότε και εκκινεί τη λειτουργία του ο στροβιλοσυμπιεστής. Το σύστημα είναι σχετικά πολύπλοκο και κοστοβόρο.▼