Il principio di funzionamento del turbocompressore e il suo design

Un turbocompressore (turbina) è un meccanismo utilizzato nelle automobili per forzare l'aria nei cilindri di un motore a combustione interna. In questo caso, la turbina è azionata esclusivamente dal flusso dei gas di scarico. L'utilizzo di un turbocompressore permette di aumentare la potenza del motore fino al 40% mantenendone le dimensioni compatte e i consumi contenuti.

Come è organizzata la turbina, il principio del suo funzionamento

Il turbocompressore standard è composto da:

1. Housing. Realizzato in acciaio resistente al calore. Ha una forma elicoidale con due tubi diversamente orientati provvisti di flange per l'installazione in un sistema di pressurizzazione.
2. Ruota della turbina. Converte l'energia dello scarico in rotazione dell'albero su cui è rigidamente fissato. Realizzato con materiali resistenti al calore.
3. Ruota del compressore. Riceve la rotazione dalla ruota della turbina e pompa l'aria nei cilindri del motore. La girante del compressore è spesso realizzata in alluminio, il che riduce le perdite di energia. Il regime di temperatura in questa zona è vicino al normale e non è richiesto l'uso di materiali resistenti al calore.
4. Albero della turbina. Collega le ruote della turbina (compressore e turbina).
5. Cuscinetti a strisciamento o cuscinetti a sfere. Necessario per collegare l'albero nell'alloggiamento. Il design può essere dotato di uno o due supporti (cuscinetti). Questi ultimi sono lubrificati dal sistema di lubrificazione generale del motore.
6. valvola di bypass. PProgettato per regolare il flusso dei gas di scarico che agiscono sulla ruota della turbina. Questo ti permette di controllare la potenza di boost. Valvola con attuatore pneumatico. La sua posizione è controllata dalla centralina motore, che riceve un segnale dal sensore di velocità.

Il principio di base di funzionamento della turbina nei motori a benzina e diesel è il seguente:

• I gas di scarico sono diretti all'alloggiamento del turbocompressore dove agiscono sulle pale della turbina.
• La ruota della turbina inizia a ruotare e ad accelerare. La velocità di rotazione della turbina ad alta velocità può raggiungere i 250 giri/min.
• Dopo essere passati attraverso la girante della turbina, i gas di scarico vengono scaricati nel sistema di scarico.
• La girante del compressore ruota in sincronia (perché si trova sullo stesso albero della turbina) e dirige il flusso di aria compressa all'intercooler e quindi al collettore di aspirazione del motore.

Caratteristiche della turbina

Rispetto a un compressore meccanico azionato da un albero a gomiti, il vantaggio di una turbina è che non trae energia dal motore, ma utilizza l'energia dai suoi sottoprodotti. È più economico da produrre e più economico da usare.

Sebbene tecnicamente la turbina per un motore diesel sia essenzialmente la stessa di un motore a benzina, è più comune in un motore diesel. La caratteristica principale sono le modalità di funzionamento. Pertanto, per un motore diesel è possibile utilizzare materiali meno resistenti al calore, poiché la temperatura dei gas di scarico è in media da 700 °C nei motori diesel e da 1000 °C nei motori a benzina. Ciò significa che non è possibile installare una turbina diesel su un motore a benzina.

D'altra parte, questi sistemi hanno anche diversi livelli di pressione di sovralimentazione. In questo caso, va tenuto conto che l'efficienza della turbina dipende dalle sue dimensioni geometriche. La pressione dell'aria soffiata nei cilindri è la somma di due parti: 1 pressione atmosferica più la sovrappressione creata dal turbocompressore. Può essere da 0,4 a 2,2 atmosfere o più. Poiché il principio di funzionamento della turbina in un motore diesel consente di aspirare più gas di scarico, il design di un motore a benzina non può essere installato nemmeno nei motori diesel.

Tipi e vita utile dei turbocompressori

Il principale svantaggio della turbina è l'effetto "turbo lag" che si verifica ai bassi regimi del motore. Rappresenta un ritardo di tempo in risposta a una variazione del regime del motore. Per ovviare a questa lacuna sono state sviluppate diverse tipologie di turbocompressori:

• Sistema a doppio scorrimento. Il design prevede due canali che separano la camera della turbina e, di conseguenza, il flusso dei gas di scarico. Ciò fornisce tempi di risposta più rapidi, massima efficienza della turbina e previene l'intasamento delle luci di scarico.
• Turbina a geometria variabile (ugello a geometria variabile). Questo design è più comunemente usato nei motori diesel. Fornisce un cambiamento nella sezione trasversale dell'ingresso alla turbina a causa della mobilità delle sue pale. La modifica dell'angolo di rotazione consente di regolare il flusso dei gas di scarico, regolando così la velocità dei gas di scarico e la velocità del motore. Nei motori a benzina, le turbine a geometria variabile si trovano spesso nelle auto sportive.

Lo svantaggio dei turbocompressori è la fragilità della turbina. Per i motori a benzina, questa è una media di 150 chilometri. D'altra parte, la vita della turbina di un motore diesel è leggermente più lunga e raggiunge una media di 000 chilometri. Con la guida prolungata ad alta velocità, nonché con la scelta sbagliata dell'olio, la durata può essere ridotta di due o anche tre volte.

A seconda di come funziona la turbina in un motore a benzina o diesel, è possibile valutare le prestazioni. Il segnale da controllare è la comparsa di fumo blu o nero, una diminuzione della potenza del motore, nonché la comparsa di un fischio e un sonaglio. Per evitare guasti, è necessario sostituire l'olio, i filtri dell'aria ed effettuare una regolare manutenzione per tempo.