Elvesz, és mégis ad – a kompresszor, mint feltöltő

Hosszú időn át csatázott egymással a kompresszor és a turbó az első számú teljesítménynövelő címért a belső égésű motoroknál. Végül a turbó diadalmaskodott, de teljesen soha nem tűnt el a kompresszor, hála elsősorban a tuning szerelmeseinek – kiváltképp az Egyesült Államokban.

Ebben a cikkben bemutatjuk, mitől működik másképp ez az eszköz, és hogy végül is miért tudta legyőzni a turbófeltöltő.

Definíció

A belső égésű motorokban a kompresszor összenyomja a szívógázt, több levegőt kényszerítve a motorba, hogy egy adott lökettérfogathoz nagyobb teljesítményt termeljen.

A jelenlegi kategorizálás szerint ez a feltöltő a kényszerindukció egyik formája, amelyet mechanikusan hajtanak meg (általában a motor főtengelyéről származó szíj segítségével), szemben a turbófeltöltővel, amelyet a kipufogógázok mozgási energiája hajt meg Azonban egészen a 20. század közepéig a turbófeltöltőt “turbófeltöltőnek” nevezték, és a feltöltők egyik típusának tekintették.

Történeti áttekintés

1849-ben az angliai birminghami G. Jones elkezdett gyártani egy szivattyús kompresszort a szénbányák szellőztetésére. 1860-ban az Egyesült Államokban a Roots Blower Company (amelyet Philander és Francis Marion Roots testvérek alapítottak) szabadalmaztatta a nagyolvasztókban és más ipari alkalmazásokban használható légmozgató tervét. Ez a légmozgató és a birminghami szellőzőkompresszor is a későbbi Roots-típusú kompresszorokhoz hasonló kialakítást használt.

1878 márciusában Heinrich Krigar német mérnök megszerezte az első szabadalmat egy csavarkompresszorra. A konstrukció egy kétkaréjos forgórész volt, azonos alakú rotorokkal, de a kivitel nem jutott el a gyártásig.

Szintén 1878-ban Dugald Clerk skót mérnök megtervezte az első feltöltőt, amelyet motorral is használtak. Ezt a feltöltőt kétütemű gázmotorban alkalmazták. Gottlieb Daimler 1885-ben német szabadalmat kapott egy belső égésű motor feltöltésére. Louis Renault 1902-ben szabadalmaztatott egy centrifugális feltöltőt Franciaországban.

Alaptípusok

A feltöltőknek két fő családját különböztetjük meg a gázátvitel módja szerint: a pozitív elmozdulású és a dinamikus feltöltőket. A pozitív lökettérfogatú feltöltők szinte állandó töltőnyomás-növekedést biztosítanak minden motorfordulatszámon (RPM), míg a dinamikus feltöltők hatására a töltőnyomás exponenciálisan emelkedik fordulatszámmal (egy bizonyos fordulatszám-küszöb felett). A feltöltők másik családja, bár ritkán használják, a nyomáshullámú feltöltő.

A Roots-fúvók (pozitív elmozdulású kialakítás) általában csak 40–50%-os hatékonyságot érnek el magas töltési szinten, szemben a dinamikus feltöltők 70–85%-ával.

A Lysholm-stílusú fúvók (forgócsavaros kivitel) csaknem ugyanolyan hatékonyak, mint a dinamikus feltöltők a terhelés/sebesség/löket szűk tartományában, amelyre a rendszert kifejezetten tervezni kell.

Szemben a turbóval

A turbófeltöltős motorok a kipufogógázból származó energiát használják fel, amely normál esetben elpazarlódna, szemben a kompresszorral, amely mechanikusan veszi fel az energiát a motorból. Ezért a turbófeltöltős motorok általában nagyobb teljesítményt és jobb üzemanyag-fogyasztást produkálnak, mint a kompresszoros motorok.

Azonban a turbólyuk jelensége, amely a gázkésedelem miatt bontakozik ki, nagyon sokáig versenyben tartotta a kompresszorokat.

Nagyon sokáig az olyan területeket, ahol a fojtószelep reakciója kulcsfontosságú, például a gyorsulási versenyeken és a traktorhúzó versenyeken, szóba sem jöhetett a turbófeltöltő.

A párharc akkor billent el a turbó irányába, amikor a turbólyukat különböző megoldásokkal (változtatható geometria, elektromos feltöltő stb.) az eredeti töredékére sikerült redukálni.

Ellenben a kompresszor hátrányai, mint például a hasznos teljesítmény elvesztése a forgattyús tengelyen, mindmáig megmaradtak.

Alkalmazás az autóiparban

A világ első sorozatgyártású, kompresszoros autói az 1,6 literes Mercedes 6/25 LE és a 2,6 literes Mercedes 10/40 LE voltak, mindkettő gyártása 1923-ban kezdődött. „Kompressor” modellként forgalmazták, ezt a kifejezést 2012-ig különféle modellekre használták.

Ez idő tájt a feltöltött versenyautók közé tartozott az 1923-as Fiat 805-405, az 1923-as Miller 122. az 1924-es Alfa Romeo P2, a Sunbeam 1924-es Grand Prix szezonja, az 1925-ös Delage, és az 1926-os Bugatti Type 35C.

A leghíresebb kompresszoros autók közé tartozik a Bentley Blower, amelyet 1929-ben mutattak be.

A 21. században a kompresszoros sorozatgyártású autómotorok egyre kevésbé számítanak elterjedtnek, mivel a gyártók – ahogy az előző fejezetben is említettük – a turbófeltöltésre tértek át a magasabb üzemanyag-fogyasztás és teljesítmény elérése érdekében.

A Mercedes-Benz 2000-es évek elején gyártott motorjait (mint például a C230K egyenes négyes, C32 AMG V6 és CL55 AMG V8 motorok) 2010 körül turbófeltöltős motorok váltották fel az olyan modellekben, mint a C250 és CL S65 AMG. Vannak azonban kivételek, mint például az Audi 3.0 TFSI kompresszoros V6-os (2009-ben bemutatva) és a Jaguar AJ-V8 kompresszoros V8-as (2009-ben a Gen III-as verzióra frissítve).

Ma már jellemzően a legtöbb kontinensen teljesen felváltották a turbók a kompresszorokat.

Ikerfeltöltés

Az 1985-ös és az 1986-os rali-világbajnokságon a Lancia a Delta S4-el indult, amelyben szíjhajtású kompresszor és kipufogógáz-hajtású turbófeltöltő is volt. A tervezés során az indukciós és kipufogórendszerekben egy komplex bypass szelep-sorozatot, valamint egy elektromágneses tengelykapcsolót használtak, így alacsony motorfordulatszámon a kompresszortól kapott töltést.

A fordulatszám tartomány közepén mindkét rendszer töltötte, míg a legmagasabb fordulatszámon a vezérlőelektronika leválasztotta a hajtást a kompresszorról. Ennek célja az volt, hogy kihasználják az egyes töltőrendszerek előnyeit, miközben a hátrányokat kiküszöbölték. Ez a megközelítés viszont bonyolultabbá tette és befolyásolta az autó megbízhatóságát a WRC-versenyeken, valamint növelte a motor kiegészítő elemeinek súlyát a kész kialakításban.

Alkalmanként ikerfeltöltős motorokat használtak sorozatgyártású autókban, például a 2005-2007-es Volkswagen 1,4 literes és a 2017-es Volvo B4204T43/B4204T48 2,0 literes négyhengeres motorokban is.