Che cos'è un motore di un'auto turbo?

Motore turbo

Motore turbo. Il compito di aumentare la potenza e la coppia del motore è sempre stato rilevante. La potenza del motore è direttamente correlata alla cilindrata dei cilindri e alla quantità di miscela aria-carburante fornita loro. Cioè, più carburante brucia nei cilindri, più potenza viene sviluppata dal propulsore. Tuttavia, la soluzione più semplice è aumentare la potenza del motore. Un aumento del suo volume di lavoro porta ad un aumento delle dimensioni e del peso della struttura. La quantità della miscela di lavoro fornita può essere aumentata aumentando la velocità di rotazione dell'albero motore. In altre parole, l'implementazione di più cicli di lavoro in cilindri per unità di tempo. Ma ci saranno seri problemi associati all'aumento delle forze di inerzia e al forte aumento dei carichi meccanici sulle parti del propulsore, che porteranno a una riduzione della durata del motore.

Efficienza del motore turbo

Il modo più efficace in questa situazione è il potere. Immagina la corsa di aspirazione di un motore a combustione interna. Il motore al momento funziona come una pompa ed è anche molto inefficiente. Il condotto ha un filtro dell'aria, si piega nel collettore di aspirazione e i motori a benzina hanno anche una valvola a farfalla. Tutto ciò, ovviamente, riduce il riempimento del cilindro. Per aumentare la pressione davanti alla valvola di ingresso, verrà immessa più aria nel cilindro. Il rifornimento di carburante migliora il riempimento dei cilindri con una nuova carica, che consente loro di bruciare più carburante nei cilindri e quindi ottenere una maggiore potenza del motore. Tre tipi di amplificazione sono utilizzati in un motore a combustione interna. Risonanza che utilizza l'energia cinetica del volume d'aria nei collettori di aspirazione. In questo caso, non sono richiesti costi aggiuntivi / boost. Meccanico, in questa forma di realizzazione, il compressore è azionato da una cinghia del motore.

Turbina a gas o motore turbo

Una turbina a gas o turbocompressore, la turbina è azionata da un flusso di scarico. Ogni metodo ha i suoi vantaggi e svantaggi, che determinano l'ambito. Collettore di aspirazione personale. Per un migliore riempimento del cilindro, la pressione davanti alla valvola di ingresso deve essere aumentata. Nel frattempo, non è necessario aumentare la pressione. È sufficiente sollevarlo al momento della chiusura della valvola e caricare una porzione aggiuntiva di aria nel cilindro. Per un aumento della pressione a breve termine, l'ideale è un'onda di compressione che corre lungo il collettore di aspirazione con il motore acceso. È sufficiente calcolare la lunghezza della tubazione stessa in modo che l'onda riflessa più volte dalle sue estremità raggiunga la valvola al momento giusto. La teoria è semplice, ma la sua attuazione richiede una notevole ingegnosità. La valvola non si apre a diverse velocità dell'albero motore e, pertanto, utilizza l'effetto dell'amplificazione risonante.

Motore turbo: potenza dinamica

Con un collettore di aspirazione corto, il motore funziona meglio alle alte velocità. Mentre a bassa velocità, un lungo percorso di aspirazione è più efficiente. La lunghezza variabile del tubo di ingresso può essere creata in due modi. Collegando una camera di risonanza o passando al canale di ingresso desiderato o collegandolo. Quest'ultima opzione è anche chiamata potenza dinamica. La pressione risonante e dinamica può accelerare il flusso della colonna di aspirazione. Gli effetti di amplificazione causati dalle fluttuazioni della pressione dell'aria sono nell'intervallo da 5 a 20 mbar. Per fare un confronto, usando un turbocompressore o un guadagno meccanico, è possibile ottenere valori nell'intervallo da 750 a 1200 mbar. Per completare l'immagine, notiamo che esiste ancora un amplificatore inerziale. In cui il fattore principale per la creazione di una pressione in eccesso davanti alla valvola è la testa con un'alta pressione di flusso nel tubo di ingresso.

Aumentando la potenza del motore turbo

Questo dà un leggero aumento di potenza ad alte velocità di oltre 140 chilometri all'ora. Utilizzato principalmente su motocicli. I filler meccanici consentono un modo abbastanza semplice per aumentare significativamente la potenza del motore. Portando il motore direttamente dall'albero a gomiti del motore, il compressore è in grado di pompare l'aria nei cilindri a una velocità minima senza ritardo, aumentando la pressione di sovralimentazione in stretta proporzione alla velocità del motore. Ma hanno anche dei difetti. Riducono l'efficienza del motore a combustione interna. Perché parte della potenza generata dall'alimentatore viene utilizzata per guidarli. I sistemi di pressione meccanica occupano più spazio, richiedono un azionamento speciale. La cinghia dentata o il cambio emettono forti rumori. Riempitrici meccaniche. Esistono due tipi di compressori meccanici. Volumetrico e centrifugo. Tipici riempitivi sfusi sono i supergeneratori di radici e un compressore di Lysholm. Il design di Roots ricorda una pompa a ingranaggi d'olio.

Dispone di motore turbo

La particolarità di questo design è che l'aria non viene compressa nel compressore, ma all'esterno nella tubazione, entrando nello spazio tra l'alloggiamento e i rotori. Lo svantaggio principale è la quantità limitata di guadagno. Indipendentemente dalla precisione con cui vengono impostate le parti di riempimento, quando viene raggiunta una certa pressione, l'aria inizia a rifluire, riducendo l'efficienza del sistema. Ci sono diversi modi per combattere. Aumenta la velocità del rotore o rendi il compressore a due o anche tre stadi. Pertanto, è possibile aumentare i valori finali a un livello accettabile, ma i progetti a più stadi non hanno il loro principale vantaggio: la compattezza. Un altro svantaggio è lo scarico irregolare dell'uscita, poiché l'aria viene fornita in porzioni. I design moderni utilizzano meccanismi girevoli triangolari e le finestre di ingresso e uscita sono di forma triangolare. Grazie a queste tecniche, gli ingombranti compressori hanno praticamente eliminato l'effetto pulsante.

Installazione del motore turbo

Le basse velocità del rotore e quindi la durata, insieme a bassi livelli di rumorosità, hanno portato marchi ben noti come DaimlerChrysler, Ford e General Motors ad equipaggiare generosamente i loro prodotti. I compressori di cilindrata aumentano le curve di potenza e coppia senza modificarne la forma. Sono già efficaci a velocità medio-basse e questo riflette al meglio la dinamica di accelerazione. L'unico problema è che tali sistemi sono molto fantasiosi da produrre e installare, il che significa che sono piuttosto costosi. Un altro modo per aumentare contemporaneamente la pressione dell'aria nel collettore di aspirazione è stato proposto dall'ingegnere Lisholm. Il design dei raccordi Lysholm ricorda in qualche modo un tritacarne convenzionale. All'interno dell'alloggiamento sono installate due pompe a vite aggiuntive. Ruotando in diverse direzioni, catturano parte dell'aria, la comprimono e la depositano in cilindri.

Motore turbo - messa a punto

Tale sistema è caratterizzato da compressione interna e perdita minima dovuta a giochi calibrati con precisione. Inoltre, la pressione della vite agisce in quasi tutta la gamma di regimi del motore. Silenzioso, molto compatto, ma estremamente costoso a causa di difficoltà di produzione. Tuttavia, non vengono trascurati da noti studi di tuning come AMG o Kleemann. Le cariche centrifughe ricordano i turbocompressori nel design. Una pressione eccessiva nel collettore di aspirazione crea anche una ruota del compressore. Le sue pale radiali catturano e spingono l'aria intorno al tunnel usando la forza centrifuga. La differenza rispetto al turbocompressore è solo nell'azionamento. I ventilatori centrifughi presentano un difetto inerziale simile, sebbene meno evidente. Ma c'è un'altra caratteristica importante. In effetti, l'entità della pressione generata è proporzionale alla velocità quadrata della ruota del compressore.

Motore turbo

In poche parole, deve ruotare molto rapidamente per pompare la necessaria carica d'aria nei cilindri. A volte dieci volte la velocità del motore. Efficiente ventilatore centrifugo ad alta velocità. Le centrifughe meccaniche sono meno comode da usare e più resistenti delle centrifughe a gas. Perché lavorano a temperature estreme più basse. La semplicità e, di conseguenza, l'economicità del loro design hanno guadagnato popolarità nel campo dell'accordatura amatoriale. Motore intercooler. Il circuito di controllo del sovraccarico meccanico è abbastanza semplice. A pieno carico, il coperchio del bypass è chiuso e l'induttore è aperto. Tutto il flusso d'aria entra nel motore. Durante il funzionamento a carico parziale, la valvola a farfalla si chiude e la serranda del tubo si apre. L'aria in eccesso viene restituita all'ingresso del compressore. L'aria di raffreddamento di ricarica inclusa nel circuito Intercooler è un componente quasi indispensabile non solo dei sistemi meccanici, ma anche dei sistemi di amplificazione delle turbine a gas.

Motore turbo

L'aria compressa viene pre-raffreddata nell'intercooler prima di essere immessa nei cilindri del motore. Dal suo design, è un radiatore convenzionale, che viene raffreddato dal flusso dell'aria di aspirazione o dal liquido di raffreddamento. Abbassare la temperatura dell'aria caricata di 10 gradi consente di aumentarne la densità di circa il 3%. Questo, a sua volta, consente di aumentare la potenza del motore di circa la stessa percentuale. Motore turbocompressore. Nei moderni motori delle auto, i turbocompressori sono più ampiamente utilizzati. In realtà, questo è lo stesso compressore centrifugo, ma con un circuito di azionamento diverso. Questa è la differenza più importante, forse fondamentale, tra i compressori meccanici e il turbocompressore. Questo è il circuito di azionamento, che determina in gran parte le caratteristiche e le applicazioni di vari progetti.

I vantaggi di un motore turbo

Il turbocompressore ha una girante situata sullo stesso albero della girante, una turbina. Che è integrato nel collettore di scarico del motore ed è guidato da gas di scarico. La velocità può superare i 200 giri / min. Non è presente un collegamento diretto all'albero motore del motore e l'alimentazione dell'aria è controllata dalla pressione di scarico. I vantaggi di un turbocompressore includono. Migliorare l'efficienza e l'economia del motore. Un azionamento meccanico riceve energia dal motore, lo stesso utilizza energia di scarico, quindi aumenta l'efficienza. Non confondere le prestazioni specifiche e complessive del motore. Naturalmente, il funzionamento di un motore la cui potenza è aumentata a causa dell'uso di un turbocompressore richiede più carburante di un motore simile con meno potenza con un aspiratore naturale.

Potenza del motore turbo

In effetti, riempire i cilindri di aria migliora, come ricordiamo, per bruciare più carburante in essi. Ma la frazione di massa di carburante per unità di potenza all'ora per un motore equipaggiato con una cella a combustibile è sempre inferiore a quella di un progetto simile di un'unità potente senza amplificazione. Il turbocompressore consente di raggiungere le caratteristiche specificate dell'unità di potenza con dimensioni e peso inferiori. Che in caso di utilizzo del motore atmosferico. Inoltre, il motore turbo ha le migliori prestazioni ambientali. La pressione nella camera di combustione porta a una diminuzione della temperatura e, di conseguenza, a una diminuzione della formazione di ossidi di azoto. Quando si rifornisce di carburante i motori a benzina, si ottiene una combustione più completa del carburante, specialmente in condizioni transitorie. Nei motori diesel, una fornitura d'aria aggiuntiva consente di spingere i confini del fumo, ad es. gestire le emissioni di particelle di fuliggine.

Motore turbo diesel

I Diesel sono molto più adatti per potenziare in generale e turbocompressore in particolare. A differenza dei motori a benzina, dove la pressione di sovralimentazione è limitata dal pericolo di detonazione, non sono consapevoli di questo fenomeno. Un motore diesel può essere pressurizzato al limite delle sollecitazioni meccaniche nei suoi meccanismi. Inoltre, l'assenza di una valvola a farfalla dell'aria di aspirazione e un elevato livello di compressione forniscono una pressione di scarico più elevata e una temperatura inferiore rispetto ai motori a benzina. I turbocompressori sono più facili da fabbricare, il che ripaga con una serie di svantaggi intrinseci. A bassi regimi del motore, la quantità di gas di scarico è piccola, rispettivamente, l'efficienza del compressore è bassa. Inoltre, un motore turbo di solito ha un cosiddetto Turboyama.

Rotore turbo in metallo ceramico

La difficoltà principale è l'alta temperatura dei gas di scarico. Un rotore di turbina in metallo ceramico è circa il 20% più leggero di quelli realizzati con leghe resistenti al calore. E ha anche un momento di inerzia inferiore. Fino a poco tempo fa, la vita dell'intero dispositivo era limitata alla vita del campo. Erano essenzialmente boccole simili ad alberi a gomiti lubrificate con olio pressurizzato. L'usura di tali cuscinetti ordinari era, ovviamente, grande, ma i cuscinetti sferici non potevano sopportare le enormi velocità e le alte temperature. La soluzione è stata trovata quando è stato possibile sviluppare cuscinetti con sfere in ceramica. L'uso della ceramica, tuttavia, non è sorprendente, i cuscinetti sono riempiti con un apporto costante di lubrificante. Eliminare le carenze del turbocompressore consente non solo di ridurre l'inerzia del rotore. Ma anche l'uso di circuiti di controllo della pressione di sovralimentazione aggiuntivi, a volte piuttosto complessi.

Il principio di funzionamento di un motore turbo

I compiti principali in questo caso sono ridurre la pressione a regimi motore elevati e aumentarla a un livello basso. Tutti i problemi possono essere completamente risolti con l'aiuto di una turbina a geometria variabile, una turbina con un ugello variabile. Ad esempio, con le lame mobili, i cui parametri possono essere modificati in un ampio intervallo. Il principio di funzionamento del turbocompressore VNT è quello di ottimizzare il flusso dei gas di scarico diretti alla ruota della turbina. A bassi regimi del motore e bassi volumi di scarico, il turbocompressore VNT dirige l'intero flusso di scarico verso la ruota della turbina. Aumentando così la sua potenza e aumentando la pressione. A velocità elevate e portate di gas elevate, il turbocompressore VNT pone le pale mobili in posizione aperta. Un aumento dell'area della sezione trasversale e la rimozione di alcuni gas di scarico dalla girante.

Protezione del motore turbo

Protezione contro la velocità eccessiva e mantenimento della pressione di sovralimentazione al livello del motore richiesto, eliminando il sovraccarico. Oltre ai sistemi di amplificazione singoli, è comune l'amplificazione a due stadi. Il primo stadio, che aziona il compressore, fornisce un'amplificazione efficace a bassi regimi del motore. E il secondo, un turbocompressore, utilizza l'energia dei gas di scarico. Non appena l'unità di potenza raggiunge una velocità sufficiente per il normale funzionamento della turbina, il compressore si spegne automaticamente e, quando cadono, si riavvia. Molti produttori installano contemporaneamente due turbocompressori sui loro motori. Tali sistemi sono chiamati biturbo o twinturbo. Non vi è alcuna differenza fondamentale tra loro, con una sola eccezione. Biturbo prevede l'uso di turbine di diverso diametro e quindi produttività. Inoltre, l'algoritmo per la loro inclusione può essere sia parallelo che sequenziale.

Domande e risposte:

A cosa serve il turbocompressore? L'aumento della pressione dell'aria fresca nel cilindro garantisce una migliore combustione della miscela aria-carburante, che aumenta la potenza del motore.

Cosa significa motore turbocompresso? Nella progettazione di una tale unità di potenza, esiste un meccanismo che fornisce un flusso migliorato di aria fresca nei cilindri. Per questo, viene utilizzato un turbocompressore o una turbina.

Come funziona il turbocompressore su un'auto? I gas di scarico fanno girare la girante della turbina. All'altra estremità dell'albero è fissata una girante pompante, installata nel collettore di aspirazione.