Turbocompresor

Dezambiguizare - "Turbo" se referă aici. Dacă sunteți în căutarea altor semnificații, consultați 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”.

Turboalimentatorul (uneori cunoscut sub numele de grup turbo sau turbo ) este un sistem mecanic cu scopul supraalimentării în motorul cu ardere internă .

Turbocompresorul constă în cuplarea dintre o turbină centripetă (partea „fierbinte” sau partea de evacuare a turbocompresorului, unde sunt recepționate gazele de evacuare la temperatură ridicată) și un compresor centrifugal (partea „rece” sau aspirația , în care aerul fi comprimat este aspirat ^[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

Această turbomachină este compusă din două părți legate între ele:

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

Aceste două elemente sunt caracterizate fiecare printr-un rotor dedicat (în engleză se numește rotor), care se poate roti cu viteză mare în interiorul carcasei sale sub formă de sul . Prin urmare, în turbocompresor, vor exista o admisie și un rotor de evacuare, care sunt conectate între ele și transformate integral de un arbore, iar aceste rotoare se vor roti, în interiorul carcaselor 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 gazelor de eșapament și o transformă în energie mecanică utilă pentru reglarea 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 , primul automobil rutier european care a adoptat turbo-ul. ^[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. Rotorile turbocompresoarelor moderne pot atinge peste 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, la motoarele de înaltă performanță există tendința de a instala mai multe turbocompresoare mici în loc de unul singur, pentru a avea o întârziere de răspuns redusă la presiunea acceleratorului (adică un turbolag scăzut) asociată cu debituri considerabile. .

În ultimii ani, pentru a remedia problemele legate de Turbo-lag , inginerii au recurs la canalizarea fluxului de gaze de eșapament pentru a crește performanța turbocompresorului deja la turații reduse. " 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 specifică a debitelor utilizând sistemul „ Twin-entry ”, există 2 canale de diferite dimensiuni și unghiuri bazate pe axa verticală a rotorului de evacuare. Colaborarea celor două canale face posibilă limitarea simultană a criticităților supraîncărcării prin intermediul unui turbocompresor, adică Turbo-lag și interferența reciprocă a undelor de presiune care sunt generate alternativ la evacuare. În plus, Twin-scroll ^[5] permite, prin depresiunea creată de accelerarea fluxurilor de evacuare, spălarea camerelor de ardere și facilitarea intrării aerului proaspăt în cilindri datorită traversării supape (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:

• supapă de scurgere, pentru a devia (sau ocoli) excesul de gaze de eșapament, care altfel ar oferi turbo-rotorilor 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 de deschidere (numită și suflare , situată între turbocompresor și supapă de accelerație), care se deschide complet atunci când pedala de accelerație este eliberată, când, în ciuda supapei de accelerație fiind complet închisă, rotorele turbo continuă să se rotească datorită la inerție de rotație, determinând compresorul să continue să comprime și să împingă aerul către supapa de accelerație. Această supapă nu este necesară la motorul cu motor Diesel, deoarece nu are corpul clapetei de accelerație. Când pop-off se deschide, guri de aerisire acest aer către exterior sau la 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:

• cu ventilație internă (numită și "recirculare" sau "by-pass"). Pe partea de admisie a turbo-ului, în cazul pop-off-ului , excesul de aer comprimat este transportat în amonte de compresor, printr-o țeavă (sau manșon) conectată la evacuarea valvei în sine, adică masa de aer va fi treceți din nou prin admisie. din gura (adică din secțiunea de intrare) a compresorului, ceea ce va limita și fenomenul de turbo-lag . Pe partea de evacuare a turbo-ului, în cazul supapei de evacuare, excesul de gaze de eșapament este transportat în aval de turbină (adică ocolesc turbina), printr-un canal dedicat (situat în piulița turbinei, în cazul unei hayon intern ; sau amplasat în colectorul de evacuare în cazul în care este un hayon extern , separat de turbină), a cărui deschidere este controlată exact de supapa de evacuare , de unde ies prin colectorul de evacuare;
• cu aerisire externă (sau aerisire liberă). Acest tip este valabil numai, pe partea de admisie a turbo-ului, 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 turbinei să aibă întotdeauna un număr mare de rotații chiar și în timpul decelerării, pentru a avea un răspuns prompt atunci când comanda clapetei de accelerație este redeschisă.
• Motorul cu injecție de apă este o metodă care evită declanșarea fenomenului de detonare.

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

În ceea ce privește sistemul combinat de turbocompresor și supraalimentare volumetrică, cităm, de exemplu, sistemul montat pe Lancia Delta S4 din 1985, al cărui motor cu patru cilindri de 1.800 cm³ era disponibil în două versiuni, o versiune rutieră care livra 250 de cai putere (aproximativ 185 kW) și unul de raliu care ar putea livra peste 500 de cai putere (aproximativ 370 kW).

Această unitate a folosit un sistem de supraalimentare în care un supraalimentator și un turbocompresor funcționau 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 luată recent de grupul Audi-VW pe multe motoare TSI .

Multi-turbo

Motor de 2,5 litri de la un Maserati Biturbo din 1985, una dintre primele aplicații multi-turbo pe o mașină de producție. ^[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:

• turații reduse ale motorului, în această situație, gazele de eșapament sunt transportate la turbina mai mică și, în intervalul de rotații de la turații mici la medii ale motorului, o parte a gazelor de eșapament este transportată și la turbina mai mare;
• turații medii , în această situație gazele de eșapament sunt transportate către ambele turbine și, în tranziția de la turațiile medii la cele mari, gazele de eșapament sunt direcționate în principal către turbina mai mare.
• La viteze mari , în această situație, gazele de eșapament sunt transportate către turbina mai mare, în timp ce cea mică este complet ocolită.

Această procedură permite să aibă o funcționare foarte liniară a sistemului de supraalimentare, cu un răspuns mai rapid la comanda clapetei. Pe de altă parte, gestionarea electronică a supapelor care permit realizarea 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 evacuare 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 este situat 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 a gamei sale 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 Scroll Turbo, sau pur și simplu Twin Scroll , este un sistem în care un singur turbocompresor funcționează cu două canale de evacuare, mai degrabă decât unul ca în turbos normale sau „single turbos”. Turbocompresorul are două orificii de evacuare și două duze, una mai mică, mai unghiulară pentru un răspuns mai rapid și una mai mare mai puțin 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, provocând o inerție mai mică la rpm reduse. 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, o putere mai mare la turații mici 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. Cel mai extins domeniu de aplicare este cel al turbodieselelor cu injecție de înaltă presiune, cum ar fi common-rail și injector-pompa ; 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

• Wikționarul conține dicționarul lema « turbocompresor »
• Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre turbocompresoare

linkuri externe

• Turbocompressore , pe Treccani.it - ​​Enciclopedii online , Institutul Enciclopediei Italiene .
• ( EN ) Turbocharger / Turbocharger (altă versiune) , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
• Animație care arată imaginea explodată a turbocompresorului KKK27 și funcționarea acestuia , pe it.youtube.com .
• exemplu de supraalimentare a unui motor cu ciclu în buclă în doi timpi de către BUDDFAB STREAMLINER , pe geocities.com (arhivat din adresa URL originală la 11 august 2006) .
• Tehnica supraîncărcării
• Supraîncărcare: lupta împotriva „Turbo Lag”

• Turbo-încărcare: sisteme de parcurgere dublă: [1]

Portalul mecanicii : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de mecanică