Istoria turbosuflantei

Istoria turbosuflantei

Istoria turbosuflantelor este aproape la fel de veche ca si cea a motorului cu combustie interna. Intre anii 1885-1886 Gottlieb Daimler si Rudolf Diesel, parintii motorului cu combustie interna, au investigat posibilitatile de crestere a puterii si de reducere a consumului de combustibil al motoarelor, prin precompresia aerului in camera de ardere.

In anul 1905 inginerul elvetian Dr Alfred J.Buchi a patentat sistemul de supraalimentare a motoarelor diesel, iar in 1915 a propus primul prototip de motor diesel cu turbosuflanta. Aceasta inventie nu a avut insa succesul asteptat, fiind respinsa ca toate ideile sale referitoare la supraalimentare.

General Electric a preluat ideea sa iar la sfarsitul anului 1910 a inceput sa creeze turbosuflante pentru supraalimentarea motoarelor. In anul 1920, un bi-planor a fost echipat cu motor Libertz si cu turbosuflanta General Electric, stabilind un nou record de altitudine: 33,113 picioare (aproxiativ 10.092 m).

Inginerul Alfred Buchi a avut primul mare success in domeniu in anul 1925, cand a inventat primul motor supraalimentat cu turbosuflanta antrenata de gazele de esapare si a realizat astfel o crestere a puterii motorului cu peste 40%. Acest eveniment a reprezentat inceputul introducerii turbosuflantei in industria constructoare de masini.

In anul 1938 a fost construit primul motor cu turbosuflanta de catre Swiss Machine Works Saurer. Primele aplicatii ale turbosuflantei au fost limitate la motoare foarte mari, de exemplu pentru motoarele navale.

Turbosuflantele au fost utilizate intr-o masura mica pe avioanele din Primul Razboi Mondial, dezvoltarea luand amploare in anii 1930 -1940, mai intai in Europa iar apoi in Statele Unite. In USA firma General Electric a fabricat turbosuflante pentru avioane militare, iar in timpul celui de-al Doilea Razboi Mondial a furnizat mii de turbosuflante pentru avioane de lupta si bombardiere precum B17.

Din domeniul automobilelor, Chevrolet Corvet Monza si Oldsmobile Jetfire au fost primele autoturisme turbo care si-au facut debutul pe piata Americana in anii 1962-1963. Dupa prima criza a petrolului din 1973, turbosuflanta a devenit foarte utila si in aplicatiile pentru motoare comerciale. Tot in anii 1970, odata cu intrarea turbosuflantei in industria motoarelor sport, in special la cursele de Formula 1, motoarele supraalimentate pentru autoturisme au devenit foarte populare.

Anii 1978-1981 au insemnat un progress spectaculos in domeniul autoturismelor cu motoare diesel supraalimentate, incepand cu Mercedes?Benz 300D, urmat de VW Golf turbodiesel. Astazi motoarele turbo pe benzina nu mai sunt de actualitate datorita consumului ridicat de combustibil, a poluarii si datorita faptului ca motoarele diesel au ajuns prin supraalimentare la performante similare sau chiar mai bune.

Informatii utile

Urmatoarele informatii au ca scop prezentarea principaleleor defectiuni care pot surveni in cazul unei turbosuflante, fiind destinate specialistilor auto si nu numai.

I. Principala defectiune pe care o semnaleaza mecanicii in cazul turbosuflantelor este consumul de ulei care se observa prin scurgeri aparute la racordul intre turbosuflanta si tubulatura care duce la interculer. In acest caz este recomandata in primul rand desfacerea tubulaturii de aspiratie a turbosuflantei si verificarea daca in aceasta zona exista ulei. In caz afirmativ, fenomenul poate fi generat de urmatoarele cauze:

a) Uleiul este aspirat din gazele de carter evacuate din motor, datorita faptului ca motorul prezinta uzuri ale segmentilor sau a simeringurilor la supape. Datorita gazelor din carter, evacuarea uleiului din turbosuflanta catre baie este obturata, producand o crestere mare a presiunii uleiului in carcasa lagar. Ca urmare a acestui fapt, uleiul va iesi prin fanta segmentilor de etansare din partea compresorului si din partea turbinei turbosuflantei;

b) Filtrul de aer infundat, genereaza si el aparitia uleiului in carcasa compresorului, datorita faptului ca turbosuflanta nu poate aspira suficient aer. Se produce astfel un vacuum in spatele rotorului, fapt ce va duce la aspiratia uleiului din carcasa lagar, prin fanta segmentilor de etansare.

c) In cazul in care conducta de scurgere a uleiului din turbosuflanta este deformata, sau nivelul uleiului din baie este peste limita, se produce o restrictionare a scurgerii uleiului din turbosuflanta. Implicit va creste presiunea din carcasa lagar, fapt ce duce la aparitia uleiului in carcasa compresorului.

II. O alta defectiune poate fi lipsa de presiune de supraalimentare care se observa prin cresterea consumului de motorina, pierderea de putere sau functionare inconstanta a motorului. Cauzele care genereaza aceste fenomene pot fi urmatoarele:

a) Sistemul de legatura intre turbosuflanta si galeria de aspiratie nu este etans. Posibilele probleme care pot cauza acest lucru sunt: interculer fisurat, coliere slabite, furtunele de legatura fisurate, garnituri de etansare defecte, legatura dintra galeria de aspiratie si pompa de injectie infundate.

b) Defecte ale turbosuflantei datorita aspiratiei unor corpuri straine din zona filtrului de aer care genereaza uzura sau distrugerea rotorului compresor.

c) Defecte ale turbosuflantei generate de distrugerea rotorului turbina, datorata unor corpuri straine eliminate din motor prin galeria de evacuare. Acestea pot fi parti din supape, scaune de supape, segmenti rupti, particule arse din galeria de evecuare.

d) De asemenea, acelasi fenomen de uzura poate fi generat si de depuneri de calamina in spatele rotorului turbina. Pierderile de ulei prezentate mai sus pot duce la franarea rotorului turbina si pot produce scaderea turatiei si implicit a presiunii de supraalimentare.

Turbosuflante cu geometrie variabila

O atentie deosebita trebuie acordata intretinerii turbosuflantei cu geometrie variabila, aceaste fiind un amsamblu complex, care are o influenta foarte mare asupra functionarii motorului pe care este montata.

Se recomanda demontarea de pe motoare, verificarea si curatarea turbosuflantelor, la fiecare 100.000 Km.

Remedierea problemelor de motor

In procesul de inlocuire a turbosuflantei vor fi identificate si posibilele cauze ale defectiunilor motorului si vor fi luate masuri de remediere. Cea mai eficienta cale de a analiza cauzele unei performante slabe ale turbosuflantei este de a efectua o analiza completa a motorului. In urma acestei analize se va determina si serviciul care trebuie prestat clientului.

Urmatoarele proceduri reprezinta o evaluare completa care include diferite conditii de functionare.

Instalarea si procedurile de pornire
La montarea turbosuflantei trebuie sa respectate urmatoarele reguli tehnice pentru a asigura finalizarea cu succes a operatiei:

1. Sa verifice functionarea corecta a sistemului de lubrifiere a motorului, acesta incluzand pompa de ulei, racordurile si conductele care asigura circulatia uleiului catre si din turbosuflanta. Presiunea de lucru din sistem trebuie sa fie de minim 4 bari.

2. Sa se asigure ca circuitele de ulei de intrare si conductele de scurgere sunt curate si fixate corespunzator.

a. Coductele de alimentare si de scurgere a uleiului trebuie sa fie pozitionate in asa fel incat sa minimizeze transferul de caldura de la galeria de evacuare si de la alte surse de temperaturi ridicate.

b. Inlocuirea conductelor de intrare este recomandata deoarece acestea sunt adesea astupate cu carbon si particule dure de ulei.

c. In cazul furtunelor plastice trebuie verificat daca acestea nu s-au intarit sau deteriorat si ca invelisul interior nu s-a subtiat.

d. In cazul tuburilor de metal, acestea nu trebuie sa fie restrictionate, strangulate sau stricate.

e. Unele conducte de alimentare cu ulei au garnituri reutilizabile care permit doar repozitionarea furtunului. Trebuie verificata corectitudinea instalarii garniturii, astfel incat sa nu existe fragmente de furtun blocante in ansamblu.

3. Garniturile de etansare pot cauza probleme atunci cand sunt utilizate necorespunzator in sistemul de admisie sau evacuare al uleiului pentru turbosuflanta. Problemele se identifica in momentul in care garnitura utilizata este extrudata in conductele pentru ulei, conexiunile fiind strangulate. Este interzisa utilizarea siliconului pentru etansarea conexiunilor de intrare si iesire ulei.

Cand aceste tipuri de materiale intra in admisia pentru ulei curgerea uleiului catre unul sau mai multe lagare va fi blocata sau intrerupta. Fluxul uleiului si presiunea pot de asemenea forta materialul in lagare, care poate duce la o anumita uzura. In cazul carcasei centrale depunerile se pot extinde suficient pentru a impiedica iesirea uleiului.

4.Turbosuflanta trebuie pre-unsa avand grija sa nu se blocheze.

5. Aerul provenit din circuitele deschise trebuie filtrat. Conducta de scurgere a uleiului este lasata deconectata de la turbosuflanta in timp ce motorul este stimulat pana ce uleiul se scurge din carcasa centrala. O scurgere de ulei constanta indica lipsa golurilor de aer in afara sistemului de lubrifiere.

6. Trebuie sa se asigure ca lubrifiantul este curat si la nivel optim de operare. Atunci cand este posibil, filtrul de ulei trebuie umplut cu ulei curat pentru a minimaliza timpul de amorsare.

Remedierea problemelor

In foarte multe cazuri, turbosuflantele sunt inlocuite de pe motoare inainte de a se stabili cauzele defectelor aparute. Este obligatorie inspectarea starii si conexiunilor turbosuflantei inainte de a fi demontata de pe motor.

Atunci cand demontarea turbosuflantei este necesara, in timpul demontarii furtunurilor, a suruburilor sau a legaturilor trebuie determinat daca legaturile sunt stranse si fara sparturi. Odata ce dezasamblarea a fost facuta poate fi dificil sau imposibil de constatat care au fost conditiile in care s-au produs defectiunile.

Intretinerea turbosuflantelor

In functie de frecventa aparitiei defectelor, cauzele generatoare pot fi variate.Vom identifica in continuare cateva dintre acestea:

Defectiuni ale turbosuflantelor cauzate de problemele de lubrifiere: retinerea uleiului, restrictionarea sau lipsa curgerii uleiului, prezenta corpurilor straine in ulei.
Defectiuni determinate de patrunderea obiectelor straine in rotoarele compresorului si/sau ale turbinei.
Procedura de intretinere vizeaza in mod deosebit filtrarea aerului si calitatea uleiului. Aceste zone sunt importante datorita vitezei de operare a turbosuflantei. Adoptarea unor proceduri de operare adecvate si a unei politici de intretinere preventiva ofera sistemului turbo o lunga durata de viata.

Procedurile de intretinere sunt bazate pe intervale stricte de functionare ale motorului, perioade de timp sau kilometri parcursi. Acest fapt se datoreaza unei largi varietati a lubrifiantilor, a modurilor de operare si a conditiilor la care sunt supusi acestia.

Intretinerea preventiva a turbosuflantei consta in primul rand in asigurarea pastrarii integritatii motorului si a sistemului de alimentare cu aer. Motorul nu trebuie exploatat intr-un mod care sa genereze o functionare defectuoasa a turbosuflantei. 

Proprietarul vehiculului trebuie incurajat sa respecte urmatoarele masuri de siguranta pentru a asigura o buna functionare a turbosuflantei:

1. Dupa pornirea autovehicolului, accelerarea motoruui este recomandata doar dupa ce presiunea uleiului a fost stabilizata. Turarea motorului imediat dupa pornire poate forta turbosuflanta sa functioneze la viteza maxima inainte ca lagarele sa poata fi lubrifiate adecvat. Functionarea unei turbosuflante cu lubrifiere insuficienta poate provoca uzura lagarelor. Repetarea acestei greseli poate conduce la defectarea prematura a turbosuflantei.

2. Oprirea motorului sa va face numai dupa scaderea turatiei la relanti. Turbosuflanta functioneaza la viteze si temperaturi constante care sunt mai mari decat cele ale celorlalte categorii de componente ale motorului. Atunci cand un motor functioneaza la capacitate/turatie maxima, viteza si temperatura turbosuflantei sunt de asemenea la maxim. Pot aparea probleme ale motorului sau turbosuflantei atunci cand motorul aflat la turatie maxima este oprit brusc.

Pentru evitarea problemelor se recomanda functionarea intr-o stare de repaos medie sau cu o 'sarcina usoara', care in acelasi timp sa mentina intreaga presiunea uleiului si fluxul de aer din sistemul de racire. Urmand aceste sfaturi se poate preveni rotatia prelungita a turbosuflantei fara lubrifiere si formarea depunerilor de calamina in spatele rotorului turbina, fapt ce conduce la uzura prematura a segmentilor de etansare.

3. Sistemul de ungere al turbosuflantei trebuie amorsat de fiecare data dupa ce a fost efectuat un schimb de ulei sau orice serviciu care implica o scurgere a uleiului. Motorul trebuie pornit de cateva ori inainte de intra in sarcina. Apoi trebuie pornit si lasat la relanti pentru o perioada de 2-3 minunte inainte de accelerare, pentru ca intreaga circulatie a uleiului si presiunea acestuia sa se regleze.

4. La temperaturi scazute si in cazul in care vehiculul nu a fost utilizat pentru o perioada mai lunga de timp, presiunea normala a uleiului motorului si curgerea acestuia sunt afectate. In aceste conditii motorul trebuie pornit si lasat in starea de repaos pentru cateva minute, pentru a permite intregului sistem sa ajunga la temperatura de lucru iar uleiul la vascozitatea normala, inainte de a intra in sarcina.

5. Trebuie evitate perioadele lungi de repaos ale motorului. Combinatia de presiune scazuta din turbina si compresor si rotatia mica a axului turbosuflantei poate permite uleiului sa se prelinga peste segmenti in turbina sau in compresor. Acest lucru poate produce uzuri in carcasa lagar in zona de etansare a segmentilor si poate avea efecte negative asupra rotorului.