Cum functioneaza turbocompresorul (turbosuflanta)? - ce este un turbocompresor?

Cand oamenii vorbesc despre masini de curse sau masini sport de mare performanta, sigur se va vorbi si despre turbina. Turbocompresorul apare si la motoare diesel mari. Un turbocompresor poate mari puterea unui motor fara a-i creste semnificativ greutatea, din acest motiv este asa de popular.

Mai departe veti afla cum un turbocompresor creste puterea unui motor si cum functioneaza in conditii extreme. Veti afla si cum pot gazele de evacuare, lame ceramice si rulmentii sa ajute turbocompresorul sa isi faca treaba si mai bine!

Ce este un turbocompresor?
Turbocompresoarele sunt sisteme de inductie fortata. Ele comprima aerul care intra in motor. Avantajul comprimarii aerului este ca ii permite motorului sa introduca mai mult aer in cilindru, iar mai mult aer inseamna si ca mai mult combustibil poate fi introdus. Prin urmare se obtine o putere mai mare cu fiecare explozie din fiecare cilindru. Un motor dotat cu turbo produce mai multa putere decat acelasi motor fara turbo. Turbina poate creste semnificativ raportul putere-greutate al masinii.

Pentru a obtine acest efect, turbocompresorul foloseste gazele de esapament de la motor pentru a invarti o turbina care la randul ei invarte o pompa de aer. Turbina din turbocompresor se invarte la viteze de pana la 150.000 rotatii pe minut (rpm De aproximativ 30 ori mai repede decat orice motor de masina poate sa functioneze. Din moment ce este legat la sistemul de evacuare, temperatura in turbina este de asemenea foarte ridicata.

Bazele
Una dintre cele mai eficiente metode de a scoate dintr-un motor mai multa putere este sa maresti cantitatea de combustibil si de aer pe care o arde. O cale de a face acest lucru este sa se adauge cilindri sau sa se faca cilindri mai mari. Uneori aceste schimbari nu sunt posibile - asa ca un turbocompresor poate fi o solutie mai simpla, compacta si in special poate fi adaugat dupa achizitia masinii.

Turbocompresorul permite unui motor sa arda mai mult combustibil si aer fortand mai mult in cilindrii existenti. Forta suplimentara asigurata de un turbocompresor este de 0.4 pana la 0.54 atmosfere. Din moment ce presiunea atmosferica normala este de 1 la nivelul marii, se poate considera ca se introduce cu 50% mai mult aer in motor. Prin urmare, se poate astepta ca sa se obtina 50% mai multa putere. Nu este perfect eficient, asa ca ne putem astepta la o crestere de 30-40%.

O cauza a ineficientei vine de la faptul ca forta care invarte turbina nu este gratuita. Daca exista o turbina pe fluxul de evacuare aceasta creste rezistenta. Prin urmare, cand motorul evacueaza gazele arse, trebuie sa impinga mai mult. Acest lucru scade din forta cu care imping cilindrii in acel moment.

Turbocompresorul la inaltime
Un turbocompresor ajuta foarte mult la altitudine mare, unde aerul este mai putin dens. Motoarele normale au o putere redusa la altitudini inalte deoarece pentru fiecare miscare a pistonului, motorul are o masa mai mica de aer. Un turbocompresor poate sa reduca din puterea motorului, dar reducerea va fi mai putin semnificativa pentru ca aerul rarefiat este mai usor de pompat de catre turbocompresor.

Masinile mai vechi cu carburatoare cresc automat cantitatea de combustibil pentru a se potrivi cu aerul suplimentar din cilindri. Masinile moderne cu injectie vor face acelasi lucru pana la un anumit punct. Sistemul cu injectie se bazeaza pe senzori de oxigen in sistemul de evacuare pentru a determina daca raportul aer-combustibil este corect, asa ca aceste sisteme vor creste automat cantitatea de combustibil daca este adaugat un turbo.

Daca un turbocompresor este instalat si acesta ofera o putere prea mare pe o masina cu injectie, sistemul poate sa nu asigure cantitatea necesara de combustibil - pentru ca programarea controlorului nu permite sau pentru ca injectoarele nu sunt capabile sa functioneze la o rata asa de ridicata. In acest caz, alte modificari trebuie facute pentru a obtine forta maxima din turbocompresor.

Cum functioneaza
Un turbocompresor este instalat pe colectorul de gaze arse al motorului. Gazele evacuate din cilindri invart turbina, care functioneaza ca si un motor cu turbina pe gaz. Turbina este legata de un ax la compresor, care este localizat intre filtrul de aer si distribuitor. Compresorul ridica presiunea aerului care intra in pistoane.

Document online: Ce sa faceti inaintea unui incendiu? - sfaturi pas cu pas Referat: Case din lemn

the pistons.

Gazele de evacuare de la cilindrii trec prin lamele turbinei, si le fac sa se invarta. Cu cat mai multe gaze trec printre lame, cu atat mai repede se invart.

La celalalt capat al axului pe care este atasata turbina, compresorul pompeaza aer in cilindrii. Compresorul este un fel de pompa centrifuga - absoarbe aerul in centrul sau si il expulzeaza in exterior in timp ce sa invarte.

Pentru a rezista la viteze de pana la 150.000 rpm, axul turbinei trebuie sa fie sustinut foarte bine. Majoritatea rulmentilor ar exploda la viteze asa de mari, prin urmare majoritatea turbucompresoarelor folosesc un rulment fluid. Acest tip de rulment sustine axul pe o pelicula foarte subtire de ulei care este mentinuta constant in jurul axului. Acest lucru se face cu doua scopuri: raceste axul si unele dintre celelalte componente si permite axului sa se invarta fara sa se produca prea multa frictiune.

Exista un "schimb" cand vine vorba de producerea unui turbocompresor pentru un motor. Se poate renunta la unele aspecte pentru functionalitate sau performanta. Mai departe vom vedea care sunt aceste compromisuri si cum afecteaza ele performanta.

Design
Inainte sa vorbim despre design, trebuie sa discutam despre unele din problemele posibile care pot afecta turbocompresoarele si ce anume trebuie proiectantii sa ia in considerare.

Prea multa forta
In timp ce aerul este pompat in cilindrii sub presiune, si dupa aceea mai departe comprimat si de catre pistoane, exista pericolul aparitiei unei "smucituri". Aceste smucituri sunt cauzate de aerul comprimat (cand este comprimat temperatura lui creste). Temperatura poate creste destul incat sa aprinda combustibilul inainte sa fie aprins de catre bujii. Masinile cu turbocompresor deseori functioneaza cu combustibil cu cifra octanica ridicata pentru a evita acest efect. Daca presiunea este prea mare, raportul de compresie a motorului trebuie redus pentru a evita acest efect.

Intarzierea Turbo
Una dintre principalele probleme cu turbocompresoarele este ca nu asigura puterea imediat cand se calca acceleratia. Dureaza o secunda pana turbina ajunge la viteza necesara ca sa produca putere. Rezultatul este senzatia de intarziere cand apesi acceleratia si abia dupa o secunda masina primeste puterea suplimentara.

O cale de a reduce aceasta intarziere este sa se reduca inertia partilor rotative, in principal prin reducerea greutatii lor. Aceasta reducere permite turbinei si compresorului sa accelereze rapid, si sa asigure forta suplimentara mai repede.

Tubocompresorul mic contra mare
O cale sigura de a reduce inertia turbinei si a compresorului este ca turbocompresorul sa fie mai mic. Un turbocompresor mic va asigura forta suplimentara mai repede si la turatii mai mici ale motorului, dar nu va asigura o forta prea mare atunci cand motorul are turatii ridicate si un volum ridicat de aer intra in motor. De asemenea exista pericolul sa se invarta prea repede la rotatii mari ale motorului, cand o mare cantitate de gaze de evacuare trec prin turbina.

Un turbocompresor mare asigura o putere superioara la turatii ridicate, dar exista intarzierea din cauza timpului cat dureaza ca turbina si compresorul (care sunt mai mari, prin urmare mai grele) sa se puna in miscare.

Optiuni turbo

Valva
Majoritatea turbocompresoarelor pentru masini au o valva, care permite folosirea unui turbocompresor mai mic dar care nu permite invartirea lui prea repede la rotatii mari ale motorului. Aceasta valva permite gazelor de evacuare sa treaca pe langa lamele turbinei. Valva simte presiunea. Daca presiunea e prea mare, poate fi un indicator ca turbina se invarte prea repede, prin urmare o parte din gaze sunt trimise pe langa lamele turbinei astfel incat acestea se invart mai incet.

Rulmenti
Unele turbocompresoare folosesc rulmenti in loc de rulmenti lichizi ca sa sustina axul turbinei. Acestia nu sunt rulmenti obisnuiti - ei sunt rulmenti facuti din materiale speciale, proiectate ca sa reziste la viteza si temperatura turbocompresorului. De asemenea ei permit folosirea unui ax mai mic si mai usor. Prin urmare turbocompresorul poate accelera mai repede, reducand intarzierea.

Lame ceramice pentru turbina
Lamele ceramica pentru turbna sunt mai usoare decat cele de otel care sunt folosite in majoritatea turbocompresoarelor. Din nou, aceasta permite turbinei sa se invarta mai repede, ceea de reduce intarzierea.

Mai multe turbocompresoare
Unele motoare folosesc doua turbocompresoare de marimi diferite. Cel mai mic ajunge la turatie mare foarte repede, reducand intarzierea, in timp ce cel mare preia "munca" la viteze mai mari asigurand si mai multa putere.

O alta optiune este intercoolerul.

Intercooler (racitor de aer)
Cand aerul este comprimat, el se incalzeste; cand aerul se incalzeste, isi mareste volumul. Prin urmare o parte din cresterea de presiune de la un turbocompresor este rezultatul incalzirii aerului inainte sa intre in motor. Pentru ca sa se creasca puterea motorului, scopul este sa se introduca mai multe molecule de aer in cilindru, nu presiune mai mare.

Un intercooler sau racitor de aer este o componenta suplimentara care seamana cu un radiator, exceptia este ca aerul trece atat prin interior cat si prin exterior. Aerul care trece prin interior, este condus prin "pasaje", iar aerul mai rece din exterior este suflat peste aripioare de catre ventilatorul motorului.

Un intercooler creste si mai mult puterea motorului racind aerul sub presiune care vine din compresor, inainte sa de a fi introdus in motor. Asta inseama ca daca motorul opereaza la o presiune de 0.4 atmosfere, sistemul cu racire va pune inauntru 0.4 atmosfere de aer rece care este mai dens si contine mai multe molecule decat aerul cald.