Οι downsized κινητήρες με τούρμπο έχουν γίνει τα τελευταία χρόνια ο ακρογωνιαίος λίθος στην προσπάθεια της αυτοκινητοβιομηχανίας για μείωση της κατανάλωσης.

Και, καθώς οι κανονισμοί για τις εκπομπές CO2 θα γίνονται όλο και πιο αυστηροί, ο κυβισμός των κινητήρων θα μειώνεται και η πίεση υπερπλήρωσης θα αυξάνεται.

Οι ριζικά υποκυβισμένοι κινητήρες μπορεί να είναι δυνατοί στο τέρμα γκάζι, όμως είναι συνήθως νωχελικοί στην απόκριση από χαμηλά.

Οι κατασκευαστές ερευνούν διάφορες λύσεις για το πρόβλημα, όπως δύο η περισσότερα τούρμπο σε σειρά, τουρμπίνες μεταβλητής γεωμετρίας και ηλεκτροκίνητους συμπιεστές. Όμως, ο μηχανολόγος και εφευρέτης James (Jim) R. Clarke έχει μια πιο ριζοσπαστική ιδέα.

Μέχρι στιγμής πρόκειται για απλή θεωρία, αφού δεν έχουν φτιαχτεί πειραματικά πρωτότυπα για δοκιμές. Όμως είναι μια θεωρία που προστατεύεται από 27 πατέντες και υποστηρίζεται από ένα βαρύ βιογραφικό.

Κατά τη διάρκεια της μακρόχρονης καριέρας του στη Ford, o Clarke ήταν υπεύθυνος για τους κινητήρες με απενεργοποίηση κυλίνδρων, για τον «σπονδυλωτό» V8, τον Duratec V6, τον V8 κατασκευής Yamaha και τον V12 της Aston Martin. Διετέλεσε επίσης αντιπρόεδρος μηχανολογίας στη Navistar, την κατασκευάστρια βαρέων φορτηγών και ιδιοκτήτρια της International Trucks, και ηγήθηκε ειδικών προγραμμάτων εξέλιξης κινητήρων της Kohler Engines. Ο τεχνικός του συνεργάτης, Dick Fotsch, είναι πρώην πρόεδρος του τομέα κινητήρων στις Navistar και Kohler. Και οι δύο μαζί, έχουν συνολικά 60 χρόνια μηχανολογικής και διοικητικής εμπειρίας στο ψηλότερο επίπεδο.

Το πρώτο στοιχείο της πρότασης, την οποία ονομάζουν “synergistic induction and turbocharging” (συνεργιακή εισαγωγή και υπερπλήρωση) είναι η τοποθέτηση ξεχωριστών πεταλούδων –δύο ανά κύλινδρο, μιας ανά αυλό εισαγωγής– ακριβώς δίπλα στην κυλινδροκεφαλή. «Ανάμεσα στην πεταλούδα και τις βαλβίδες εισαγωγής, ο τυπικός κινητήρας έχει έναν όγκο πολλαπλής εισαγωγής περίπου αντίστοιχο με τη χωρητικότητα των κυλίνδρων», λέει ο Clarke. «Αυτός χρειάζεται χρόνο για να πληρωθεί όταν ανοίγεις το γκάζι».

Η δική του διάταξη επιτρέπει στους κυλίνδρους να γεμίζουν πολύ πιο γρήγορα, αποδίδοντας ταχύτερα τη μέγιστη ροπή και τη μέγιστη ποσότητα καυσαερίων υψηλής ενέργειας. Η εκμετάλλευση των καυσαερίων αυτών είναι η επόμενη βασική ιδέα.

«Όσο πιο κοντά τοποθετείς το τούρμπο στη βαλβίδα εξαγωγής, τόσο περισσότερη ενέργεια φτάνει στην τουρμπίνα για να την επιταχύνει», εξηγεί ο Clarke. Οπότε, ο «συνεργιακός» κινητήρας έχει ένα τούρμπο ανά κύλινδρο, τοποθετημένο όσο πλησιέστερα γίνεται στις βαλβίδες εξαγωγής. Τα τούρμπο αυτά μπορεί να είναι μικρότερα από το αντίστοιχο ενός μονοτούρμπινου κινητήρα: 20% μικρότερα σε μέγεθος (50% λιγότερη παροχή) σε ένα 3κύλινδρο κινητήρα. Τα μικρότερα τούρμπο έχουν μικρότερη αδράνεια περιστροφής, οπότε στροφάρουν πιο γρήγορα από τα συμβατικά. Ο Clarke εκτιμά ότι η «συνεργιακή» του ιδέα μπορεί να εξαλείψει την αισθητή υστέρηση απόκρισης (turbo-lag).

Η θεωρία δείχνει να έχει προοπτικές, όμως το σύστημα απαιτεί πολλαπλά εξαρτήματα. Για παράδειγμα, σε ένα 3κύλινδρο θα υπάρχουν τρία τούρμπο και έξι πεταλούδες, αντί για ένα και μία. Συν τις πρόσθετες σωληνώσεις για τη σύνδεση των ξεχωριστών αυλών εισαγωγής κι εξαγωγής.

Τα τρία μικρά τούρμπο, βέβαια, μπορεί να κοστίζουν μόνο 50% παραπάνω από το ένα μεγάλο, και τα υπόλοιπα εξαρτήματα δεν θα είναι ιδιαίτερα πολύπλοκα ή εξωτικά. Το ερώτημα είναι πώς θα συγκρίνονται οι επιδόσεις και το κόστος της νέας τεχνολογίας με εκείνα άλλων τεχνικών μείωσης του turbo-lag.  Όμως η καινοτομία δεν είναι ποτέ φθηνή.

Ο Clarke θυμάται καθαρά την άμεση απόκριση στο γκάζι μιας BMW M6 (M635CSi) που είχε οδηγήσει τη δεκαετία του 1980. Αποδίδει αυτό της το χαρακτηριστικό στο ότι ο κινητήρας της είχε μια πεταλούδα εισαγωγής για κάθε κύλινδρο – μια διάταξη που μείωνε τον όγκο του αέρα ανάμεσα στην πεταλούδα και την βαλβίδα εισαγωγής. Η σημερινή του πρόταση προχωράει την ιδέα αυτή ένα βήμα παραπέρα.

Στις χαμηλές στροφές, μόνο μια πεταλούδα ανά κύλινδρο θα ανοίγει ώστε να μεγιστοποιείται η ταχύτητα της ροής εισαγωγής.

[Πηγή: blog.caranddriver.com]