חברת Torotrak הבריטית הכריזה השבוע על הצלחה בניסויים של מגדש-על חדש ויעיל במיוחד שאותו היא מכנה V-Charge, ואשר עשוי לשנות את הדרך שבה יונשמו בעתיד מנועי בעירה פנימית – בנזין ודיזל.
Torotrak היא חברת הנדסה אשר מפתחת ומייצרת מערכות לייעול הפעולה של מנועים, הפחתת זיהום אוויר וצמצום תצרוכת דלק, ואת המערכת החדשה היא פיתחה ובחנה בשיתוף פעולה עם "יצרנית מובילה של מערכות הגדשת מנועים", וכן עם אוניברסיטת באת' שבאנגליה ועם חברת פורד. לטענתה – המערכת עמדה ואף התעלתה מעל כל היעדים שהוצבו בניסויים.
V-Charge הוא מגדש-על בעל מהירות משתנה, מה שמאפשר להתאים את לחץ ההגדשה שהוא מייצר לדרישות המדויקות של המנוע בכל מצב – במנותק ממהירות הסיבוב של המנוע עצמו.
כך אפשר לייעל את פעולת המנוע ולשפר את התגובה שלו לכל דרישת תאוצה בכל מהירות סיבוב שבה הוא מצוי, ובדרך זאת להשיג ביצועים טובים יותר גם במנועים קטני-נפח במיוחד.
שתי השיטות הנפוצות ביותר כיום להוספת אוויר למנוע בעירה פנימית, כדי לשפר את יעילות הבעירה שלו, הן הגדשה באמצעות מגדשי טורבו ומגדשי-על ("סופר-צ'ארג'ר").
לכל אחת מן השיטות יתרונות שונים אבל גם חסרונות בולטים, והמשמעותי בהם הוא פער הזמן בין הרגע שבו נדרשת תוספת האוויר לבין הרגע שבו המגדש מייצר מספיק גדישה לתוך סעפת היניקה. עד כה היה זה פער מחוייב מציאות היות שהמגדש מונע על-ידי המנוע עצמו (בין אם ישירות או בעקיפין באמצעות גזי הפליטה).
הפתרונות החדישים והמתקדמים ביותר שמיושמים כיום לבעיות אלו הם הגדלת מספר מגדשי הטורבו באופן שבו כל מגדש יעיל בטווח מהירות מנוע מסויים, או התקנת מגדשים חשמליים. הפתרון הראשון מורכב מבחינה טכנולוגית ויקר לביצוע, והפתרון השני דורש מערכת חשמל חזקה במיוחד (ויקרה) במתח של 32 או 48 וולט.
V-Charge הוא מגדש מכאני שלא דורש התאמות מיוחדות מן המנוע עצמו, וחברת טורוטראק מתכוונת למכור את הפטנט שלה לכל יצרניות המגדשים שתהיינה מעוניינות בכך, כלומר שהוא יוכל להגיע לשוק מספיק מהר כדי שיצרניות הרכב יעמדו בעזרתו בדרישות תקינת זיהום האוויר המחמירות שייכנסו לתוקף בשנים 2020-2021.
כך זה עובד
V-Charge הוא מגדש-על ולא מגדש טורבו, כלומר שהוא לא נסמך בשום אופן על גזי הפליטה של המנוע אלא על הנעה באמצעות חגורה.
היתרונות החשובים הם ראשית לכל שאפשר להתקין אותו כמעט בכל מקום ליד המנוע, ובעיקר בצד "הקר" שלו, כלומר בסמוך לסעפת היניקה, והוא לא צריך להיות עמיד בחום או להזדקק למערכת קירור.
כדי לפתור את החסרונות של מגדש-על, ובעיקר את התלות במהירות הסיבוב של המנוע ואת הרעש שמגדש-על מייצר, V-Charge משלב תמסורת רציפה (CVT) עם תמסורת של גלגלי שיניים כדי להשיג יחס העברה שמאפשר לו לפעול בטווח מהירויות רחב מאד של בין 10,000 ל-100,000 סל"ד.
המגדש שוקל רק 6 קילוגרם, וחלקו הראשון מכיל תמסורת רציפה שמונעת, כאמור, על-ידי "רצועת האביזרים" של המנוע (רצועה שמחוברת לאותו גל שמסובב את האלטרנטור ולרוב גם את משאבת המים).
יחס ההעברה של התיבה הרציפה נקבע על-ידי מנוע סרבו חשמלי קטן שצורך רק 10 וואט ומסוגל לשנות את יחס ההעברה של התיבה על-פני כ-90 אלף סל"ד בתוך 0.4 שניה (!).
מכאן מועברת התנועה אל תיבת העברה פלנטרית קבועה (גלגלי שיניים) שמכפילה את המהירות פי 9, ומשם הלאה אל מדחס צנטריפוגלי קונבנציונלי ששואב אוויר אטמוספירי מסונן ודוחס אותו אל סעפת הפליטה.
מטרות ותוצאות
הניסויים במגדש החדש, אשר בוצעו כאמור תחת הפיקוח של יצרנית מגדשים ששמה לא נמסר, מהנדסי חברת פורד ואנשי האוניברסיטה של באת', נערכו על מנוע 'אקובוסט' בנפח 1.0 ליטר מתוצרת פורד שהותקן בפורד פוקוס.
בניסויים נבחנה ההצהרה של טורוטראק שטווח המהירויות של המדחס הוא אכן בין 10,000 ל-100,000 סל"ד, מה שלדברי החברה מקנה גמישות רבה של כמות האוויר שמסופקת למנוע והתאמתה לצרכים המדויקים שלו באמצעות "ניהול אוויר מדויק".
תכונה נוספת שנבחנה הוגדרה כ"יכולת כוח רציפה", ולדברי טורוטראק זו חשובה במיוחד כדי להשיג מומנט גבוה כבר בסל"ד נמוך ועל-פני טווח מהירויות-מנוע רחב במיוחד.
יתרונות מוצהרים נוספים הם זמן תגובה קצר במיוחד של המגדש ללחיצת המצערת וכן רמת רעש נמוכה שלו, וגם מידות כלליות קטנות ומשקל נמוך של המערכת כולה.
כדי להעמיד דברים בפרופורציות צריך לזכור שכבר כיום מספקים מנועי טורבו-בנזין בעלי שלושה צילינדרים בנפח 1.0 ליטר הספקים שקולים ואף גבוהים מאלה של מנועי בנזין אטמוספריים בנפח 1.6 ליטר. המגבלה, בעיקר מבחינת התחושה של הנהג, היא שבסל"ד נמוך קיים "פער טורבו" שגורם לתחושה עצלה בעת זינוק של המכונית מעמידה, וזאת תכונה מעצבנת במיוחד בעת נהיגה עירונית.
הגדשת הטורבו מאפשרת אמנם להקטין את נפח המנוע ולשפר את נצילותו, וכך להשיג תצרוכת דלק טובה יותר, אלא שמגבלות ההגדשה גורמות לכך שבסל"ד גבוה הופכים המנועים לצרכני דלק גדולים יותר מאשר מנועים אטמוספריים, ופליטת חלק מסוגי המזהמים לא מאפשרת להם לעמוד בדרישות זיהום האוויר המחמירות והולכות.
במהלך הניסויים הפיק מנוע ה-1.0 ליטר של פורד, שהוגדש על-ידי המגדש של טורוטראק, 160 ניוטון מטר של מומנט (כ-16.5 קג"מ) כבר ב-1,000 סל"ד, וכ-200 ניוטון מטר בכל טווח המהירויות שבין 1,400 ל-4,500 סל"ד.
"פער הטורבו" של המערכת, כלומר משך הזמן שבין הפעלתה לבין אספקת לחץ האוויר שמשיג את יעדי המומנט של המנוע, נמדד ונמצא שבין 0 ל-95% ממנו מושגים בתוך 400 מילישניות (0.4 שניה, בהתאם ליחס ההעברה של התיבה הרציפה) והלחץ מוסר מן המערכת באותה מהירות כאשר הוא אינו נחוץ.
