Turbocompresor

Dezambiguizare - „Turbo“ se referă aici. Dacă sunteți în căutarea pentru alte utilizări, vezi Turbo (dezambiguizare) .

Această intrare sau secțiune despre subiectul mecanicii nu citează sursele necesare sau cei prezenți sunt insuficienți . Puteți îmbunătăți această intrare adăugând citate din surse de încredere în conformitate cu liniile directoare privind utilizarea surselor .

Exemplu de turbocompresor secționat. În partea stângă a imaginii puteți vedea partea „fierbinte”, în timp ce în partea dreaptă partea „rece”.

Turbosuflanta (uneori cunoscută ca turbo-grup sau turbo) este un sistem mecanic cu un scop al supraalimentării în motor cu ardere internă .

Turbocompresorul este constituit prin cuplarea între o turbină centripet (partea „fierbinte“ sau partea turbocompresorului de eșapament, în cazul în care sunt primite gazele de eșapament de înaltă temperatură) și un compresor centrifugal ( „partea rece“, sau parte a aspirației , în care aerul aspirat prin comprimarea ^[1] ). Este cea mai comună metodă pentru supraalimentarea motoarelor cu ardere internă, în special a celor pentru autovehicule.

Poziţie

Turbocompresorul este instalat cât mai aproape de capul motorului în patru timpi, unde sunt amplasate conductele de evacuare și combustibil. Galeriile de evacuare curg către partea fierbinte a turbocompresorului fie printr-o singură conductă, fie, ca în cazul turbocompresoarelor Twin Scroll, în două conducte. În ceea ce privește partea rece a turbogrupului, dacă acesta comprimă aerul înainte de componenta pentru amestecarea combustibilului cu combustibilul (carburator sau injector), aceste componente de amestecare, mai ales dacă sunt de tip carburator, sunt definite ca suflate, în timp ce dacă aceste componente acestea sunt plasate în amonte de turbogrup sunt numite aspirate ^[2]

Structura

Acest turbomachine este compus din două părți nituite reciproc:

• compresor (partea rece):
• turbină (partea fierbinte):

Aceste două elemente sunt caracterizate, fiecare, printr - un rotor dedicat (în limba engleză se numește rotor), care se poate roti la viteză mare în interiorul carcasei sale de melc în formă. Prin urmare, în turbocompresor, vor exista o admisie și un rotor de evacuare, care sunt conectate între ele și sunt integrate prin intermediul unui arbore, iar aceste rotoare se vor roti, în interiorul carcasei lor, la aceeași viteză unghiulară.

Rotorul turbinei , plasat în interiorul piuliței sale de evacuare din fontă, este pus în rotație prin acțiunea gazelor de eșapament, atunci când acestea din urmă au valori de entalpie suficient de mari pentru a fi transferate turbinei sub formă de lucru (adică energia eliberată de fluxul de gaze de eșapament către rotorul turbinei, numit și salt de entalpie) și energia cinetică.

Prin urmare, turbina colectează energia (sub formă de energie cinetică și entalpie ) a gazului de eșapament și o transformă în energie mecanică utilă pentru a pune în mișcare de rotație a compresorului. Prin urmare, rotația rotorului de evacuare determină în consecință rotația rotorului compresorului (în general, acesta din urmă este fabricat din aliaj ușor de magneziu ), deoarece acestea sunt conectate între ele, de-a lungul axei lor de rotație, prin intermediul unui copac mic.

Rotorul compresorului, în interiorul structurii sale în spirală (acesta din urmă realizat din aliaj de titan sau aluminiu), este acționat în rotație de turbină, comprimă aerul și apoi îl introduce în galeria de admisie, oferind cilindrilor motorului un volum de aer mai mare decât ceea ce ar putea fi aspirat într-o unitate de timp dacă acest motor ar fi pur și simplu unul aspirat. Prin urmare, turbocompresorul este un ansamblu extrem de eficient, deoarece folosește energia reziduală (care altfel ar fi irosită) a gazelor de eșapament pentru a acționa turbina și, în consecință, compresorul.

Caracteristici

BMW 2002 Turbo , prima masina rutier european să adopte turbo. ^[3]

În acest fel, este posibil să se introducă o cantitate mai mare de amestec de aer / benzină sau aer / motorină în camera de ardere, asigurând astfel performanțe mai mari în ceea ce privește puterea și capacitatea de accelerație. Cu toate acestea, tocmai datorită acestei puteri, chiar și gazele de eșapament sunt forțate să iasă mai repede, astfel încât turbocompresorul se va roti și mai repede, oferind din ce în ce mai multă putere motorului. Rotoarele de turbocompresoare moderne pot ajunge să depășească 180.000 de rotații pe minut .

Turbocompresorul funcționează deosebit de bine la turațiile mari ale motorului cu ardere internă, în timp ce până la 2.000-3.000 rpm este aproape întotdeauna un dezavantaj pentru motor, datorită inerției rotorului de eșapament care încetinește puterea de gaz. rotorul turbinei, atunci când este staționar sau se rotește la viteze de rotație foarte mici, reprezintă un obstacol în mișcarea fluxului de gaze de eșapament, provocând o creștere a așa-numitei "contrapresiuni" în eșapament), dar această problemă este mai ales este valabil pentru sistemele turbo proporțional de mari, în timp ce nu se întâmplă cu sistemele mai mici, care, cu toate acestea, au o capacitate de supraalimentare mai mică.

Prin urmare, în motoarele de înaltă performanță există o tendință de a instala mai multe turbocompresoare mici , în loc de doar unul, pentru a avea o întârziere redusă ca răspuns la presiunea de accelerație (adică un turbolag scăzut) asociat cu debite considerabile. Alimentarea cu aer de mare viteză.

În ultimii ani, pentru a aborda problemele legate de Turbo-lag , inginerii recurg la canalizarea gazului de evacuare curge , în scopul de a crește eficiența turbocompresorului deja de la turații joase. " Twin-scroll ^[4] " menține fluxurile pulsatorii provenite de la cilindri separați (într-un motor cu 4 cilindri în medie canalele sunt cuplate între cilindrii 1 și 4, 2 și 3) pentru a evita interferențele dintre ele și maximizați datorită acestei este viteza rotorului. Prin canalizarea curge într - un mod direcționat cu ajutorul sistemului „Twin-intrare“, aveți 2 dimensiuni de canale și unghiuri diferite , pe baza axei verticale a rotorului de scurgere. Colaborarea dintre cele două canale, în același timp , permite de a limita dramatismul supraalimentării de turbocompresorul, care este Turbo-lag și interferența reciprocă a undelor de presiune care sunt generate alternativ la evacuare. În plus, Twin-scroll ^[5] permite, prin depresiunea creată în accelerarea fluxurilor de evacuare, spălarea camerelor de ardere și facilitarea aerului proaspăt în cilindri prin supapele de intersecție (Suprapunere) .

Împreună cu Twin-scroll, conform specificațiilor cerute de producător, arborele rotorului este așezat pe rulmenți cu bile, în loc de pe bucșe / bucșe și în cele mai performante motoare acești rulmenți sunt pe o bază ceramică pentru a limita sau aproape elimina fricțiunea datorită rotației. Putem vedea că avem mai multe tipuri de turbocompresoare capabile să încarce mai mult de 2000 CP

Precauții

Pentru a nu intra în așa-numitul fenomen de detonare (adică lovirea în cap ) sau chiar în defectarea motorului în sine, nu este posibil să se depășească un anumit raport de compresie în interiorul cilindrilor și din acest motiv și se utilizează sisteme de deviere, atât aerul de admisie, cât și gazele de eșapament, sub formă de supape speciale:

• valve wastegate , pentru a devia (sau by - pass) în exces din gazele de eșapament, care altfel ar ștampila la rotoarelor turbo o viteză de rotație prea mare, creând astfel probleme de fiabilitate; Această supapă este, de asemenea, utilizată pentru reglarea presiunii de creștere, modulând deschiderea acesteia prin ECU.
• supapă pop-off ( de asemenea , numit gonflare, amplasat între turbocompresor și supapa), care se deschide complet în faza a pedalei de accelerație este eliberată, atunci când, deși supapa închisă complet, rotoarele de turbo continuă să se rotească ca un rezultat al " inerție de rotație, determinând compresorul va continua să compresa și împinge aerul spre clapeta de accelerație. Această supapă nu este necesară la motorul cu motor Diesel, deoarece nu are corpul clapetei de accelerație. Când pop-off se deschide, acest aer este evacuat spre exterior sau într - o conductă de retur. Dacă acest aer (care nu este introdus în cilindri) nu ar fi aerisit, s-ar „lovi” de fluturele închis și ar crea o undă de presiune de retur către rotorul compresorului, dând naștere așa-numitului ciocan de apă, fenomen care poate să fie foarte dăunătoare pentru diferite componente ale turbocompresorului.

Aceste supape pot fi de două tipuri:

• aerisire internă ( de asemenea , numit „recirculare“, sau „by-pass“). Pe partea de aspirație turbo, în cazul pop-off, excesul de aer comprimat este transportat în amonte de compresor, prin intermediul unui tub (sau manșon) , conectat la scurgere a supapei în sine, adică masa aerului din ieșirea ripasserà gurii (adică secțiunea de intrare) a compresorului, care limitează , de asemenea , fenomenul de turbo-lag. Pe partea eșapamentului turbo, în cazul supapei de evacuare, excesul de gaze de eșapament este transportat în aval de turbină (adică ocolind turbina), prin intermediul unui canal dedicat (situat în spirala turbinei în sine, în cazul hașului de gunoi intern sau situat în colectorul de evacuare în cazul în care acesta este un haș de gunoi extern, separat de turbină), a cărui deschidere este controlată cu precizie de supapa de golire a deșeurilor , din care scapă prin colectorul de evacuare;
• aerisire externă (sau aerisire liberă). Acest tip se aplică numai, pe partea laterală a aspirației turbo, pentru pop-off. În acest caz, excesul de aer comprimat este pur și simplu expulzat în atmosferă de o duză specială situată în supapă, creând un efect sonor sonor (puful tipic).

Alte sisteme mai căutate și limitate în general la anumite domenii sunt:

• ALS (Anti-Lag System), un sistem care permite întotdeauna să aibă turbina la un număr mare de rotații , chiar în timpul decelerării, astfel încât să aibă un răspuns prompt la redeschiderea comanda de gaz.
• Motor cu injecție de apă este o metodă care permite evitarea apariției fenomenului bate.

Sisteme combinate

Sistemul de turbocompresoare poate fi, de asemenea, format din mai multe turbocompresoare organizate în diferite moduri, sau unul sau mai multe turbos pot fi asociate cu un compresor mecanic. Să vedem câteva exemple.

Turbocompresor și compresor volumetric

Pe tema unui sistem turbocompresor combinat și turbocompresor este citat, de exemplu, sistemul montat pe Lancia Delta S4 din 1985, a cărui motor la patru 1.800 cilindrii cm³ a fost respinsă în două versiuni, un drum care a fost furnizarea de 250 CP (aproximativ 185 kW) și un raliu care ar putea livra peste 500 de cai putere (370 kW).

Această unitate a folosit un sistem de supraalimentare în care un turbocompresor și un turbocompresor operat în serie. Compresorul volumetric a început imediat de la turația de ralanti, iar acțiunea sa de pompare a aerului (compresorul era de tipul volumului lobului) a crescut proporțional cu rotațiile motorului. La un anumit rpm al motorului a existat începutul funcționării turbocompresorului care, pentru o gamă scurtă de rpm, a funcționat împreună cu compresorul; când turbo-ul a atins condiția de încărcare completă, compresorul a fost complet ocolit: o funcție deosebit de utilă la turații mari ale motorului, pentru a limita absorbția mecanică a puterii la arborele cotit care a fost utilizat pentru a acționa compresorul.

Această soluție a fost preluată recent de grupul VW-Audi pe multe motoare TSI .

Multi-turbo

Motor de 2.5 litri de un Maserati Biturbo 1985, una dintre prima aplicare a multi-turbo pe o masina de productie. ^[6]

Multi turbo este un sistem de turbocompresor care folosește două sau mai multe unități în locul unei singure soluții; aceste unități pot fi conectate în două moduri:

Secvențial

Acest sistem utilizează mai multe unități cu caracteristici diferite pentru a alimenta sistemul de propulsie în diferite situații de încărcare a motorului.

În general, se folosește un sistem dual, unde există un turbocompresor mic, care are un răspuns rapid al clapetei la turații mici până la turații medii, dar cu o capacitate redusă de curgere a aerului de alimentare, în timp ce celălalt turbocompresor este de dimensiune mediu-mare, cu clapeta lentă răspuns la turații mici-medii, dar cu debituri de aer substanțiale la sarcină maximă.

Aceste unități sunt utilizate în momente diferite, iar întreaga funcționare a turbocompresoarelor este legată de gestionarea debitelor de evacuare și de acțiunea lor asupra rotorilor turbinei. Deci acțiunea unui sistem secvențial poate fi împărțită în trei pași:

• viteze reduse ale motorului, în această situație , gazele de eșapament sunt transportate pe toate turbina mai mici și, în intervalul de rotații ale tranziției de la scăzut la viteze medii ale motorului, o parte din gazul de eșapament este de asemenea transmis la cea mai mare turbina;
• turațiilor medie, în această situație , gazele de eșapament sunt transportate pe ambele turbinele și, în trecerea de la medie la turații mari ale motorului, gazele de eșapament sunt canalizate în principal către turbina mai mare.
• Regimuri înalte, în această situație , gazele de eșapament sunt transportate pe toate turbina mai mare și cel mai mic este total ocolite.

Această procedură permite să aibă o funcționare foarte liniară a sistemului de supraalimentare, cu un răspuns mai rapid la comanda de accelerație. Pe de altă parte, gestionarea electronică a supapelor care permit crearea diferiților tranzitori este foarte complexă, astfel încât această combinație este foarte costisitoare și dificil de instalat.

Paralel

Același subiect în detaliu: TRIFLUX .

Acest sistem transportă gazele de eșapament provenite de la galeriile de eșapament ale motorului, împărțindu-le în părți egale pe diferitele sisteme turbo, care, în acest caz, sunt identice și alimentează părți egale și distincte ale motorului sau pot funcționa diferit în funcție de turație rpm și starea de încărcare a motorului la care se află motorul.

În exemplul unui sistem turbo dublu, turbinele primesc, pe partea de eșapament, partea de gaze de eșapament de la o jumătate a motorului și alimentează cealaltă jumătate a motorului pe partea de admisie.

În timp ce în sistemele mai sofisticate, diferitele turbine, pe partea fierbinte, sunt utilizate diferit în funcție de turație, făcând mai multe turbine să funcționeze în paralel pe măsură ce turația motorului crește.

Acest sistem permite reducerea întârzierii de răspuns a sistemului și, în plus, permite motorului să funcționeze chiar și cu o turbină deteriorată, cu defectul de a avea un cost ridicat.

Evoluții

Pentru a îmbunătăți eficiența și performanța sistemului turbo și gama sa de funcționare, au fost dezvoltate diverse soluții.

Double Scroll

Secțiunea laterală a unui Turbo Twin Scroll. Rețineți cele două „U” roșii de pe piulița turbinei, reprezentând cele două colectoare de evacuare tipice acestor turbocompresoare.

Twin Turbo Scroll sau pur și simplu Twin Scroll, este un sistem în care un singur turbocompresor operează cu două canale de evacuare de gaze, în loc de doar unul la fel ca în turbocompresorul normal sau „single-turbo“. Turbocompresorul are două orificii de evacuare și două duze, una mai mică, mai unghiulară pentru un răspuns mai rapid și una mai mică mai unghiulară pentru a maximiza performanța. Acest lucru face posibilă îmbunătățirea intrării gazelor de eșapament în turbină și, în același timp, creșterea presiunii și puterii acesteia. Carterul de admisie este divizat, prin urmare, galeriile de evacuare ale cilindrilor se reunesc în perechi și acest lucru face ca fluxul de admisie a gazului să fie mai eficient. Prin urmare, gazele de eșapament, care trebuie să treacă printr-o conductă de secțiune înjumătățită în aceeași unitate de timp, se mișcă mai repede și cu o forță mai mare, rezultând o inerție mai mică la turații mici. Cu același volum de gaze de eșapament care intră în turbocompresor, gazele de eșapament lovesc rotorele turbinei cu aproape dublul vitezei.

Acest aranjament este utilizat în principal în motoarele cu 4 cilindri, în care galeriile de evacuare sunt cuplate în schema 2-2, în care cilindrii 1 și 4 merg împreună cu cilindrii 2 și 3, intrând separat în piulița de evacuare a turbo-ului, astfel încât să mențină întotdeauna pulsații de gaz ordonate, pentru a reduce turbo lag .

Avantajele acestui sistem sunt un răspuns mai rapid al motorului în comparație cu un turbo normal, datorită presiunii de funcționare mai mari și, prin urmare, de asemenea, o putere mai mare la turații reduse și în comparație cu turboalimentarea dublă, există o ocupare mai mică a volumului și a spațiului. , ceea ce îl face ideal pentru utilizarea pe motoare cu cilindree redusă sau în mașini mici, cum ar fi mașini mici și super- mașini . ^{[7] [8]}

Turbo-compresor cu geometrie variabilă

Din punct de vedere conceptual, este identic cu turbocompresorul clasic, dar cea mai mare diferență față de acesta din urmă este inerentă transmisiei sau rotorului de evacuare. În cazul turboului cu geometrie variabilă, rotorul turbinei este, de fapt, înconjurat de un inel de palete statorice cu incidență variabilă. Mișcarea acestor palete statorice, controlate de unitatea de comandă electronică sau prin intermediul unui depresor, constă în variația unghiului lor de incidență în raport cu paletele rotative ale rotorului de acționare. În funcție de turația de rotație, acestea sunt închise sau deschise pentru a favoriza turația sau debitul gazelor de eșapament, în funcție de turațiile de funcționare ale motorului. Acest lucru duce la o mai mare flexibilitate și adaptabilitate a comportamentului în comparație cu turbocompresorul cu geometrie fixă, deoarece, prin exploatarea incidenței variabile a palelor statorice pe partea de evacuare la cald, un turbo cu geometrie variabilă permite obținerea aceleiași inerții reduse ca un turbocompresor de dimensiuni mici. și un flux mare de aer de alimentare (și, prin urmare, o putere mare a motorului) a unui turbo mare. Sfera de aplicare mai larg este acela de turbodiesel de înaltă presiune de injecție, cum ar fi common-rail și pompa-injector ; pentru motoarele pe benzină, temperaturile ridicate ale evacuării limitează capacitatea de utilizare a acestui sistem.

Notă

Elemente conexe

• Supraîncărcare
• Wastegate
• Pop-off
• Overboost
• Sistem de evacuare
• Centrală electrică
• Compresor centrifugal
• Turbomachine
• Turbo întârziere

Alte proiecte

• Wikționar conține dicționarul intrare „ turbo “
• Wikimedia Commons conține imagini sau alte File- turbocompresor

linkuri externe

• Turbocompresor pe Treccani.it - enciclopedii on - line, Institutul Enciclopediei Italiene .
• (EN) Turbo / Turbo (alte versiuni) , din Enciclopedia Britannica , Encyclopaedia Britannica, Inc.
• Animație care arată o vedere explodată a turbocompresorului KKK27 și funcționarea acesteia , pe it.youtube.com.
• de exemplu , de un motor supraalimentării ori ciclu de două bucle de BUDDFAB Streamliner pe geocities.com (depusă de către „URL - ul original 11 august 2006).
• Tehnica supraîncărcării
• Supraîncărcare: lupta împotriva „Turbo Lag”

• Turbocompresorul: sistemele Twin-scroll: [1]

Portalul mecanicii : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de mecanică