Turboalimentarea este una dintre metodele de presurizare a agregatelor , bazată pe utilizarea energiei gazelor de eșapament . Elementul principal al sistemului este turbina .
Principiul turboalimentării a fost brevetat de Alfred Buchi în 1911 la Oficiul de Brevete din SUA [1] .
Istoria dezvoltării turbocompresoarelor a început cam în același timp cu construcția primelor mostre de motoare cu ardere internă. În 1885-1896, Gottlieb Daimler și Rudolf Diesel au efectuat cercetări în domeniul creșterii puterii generate și al reducerii consumului de combustibil prin comprimarea aerului injectat în camera de ardere. În 1905, inginerul elvețian Alfred Büchi a fost primul care a efectuat cu succes injecția folosind gaze de eșapament, obținând în același timp o creștere a puterii de până la 120%. Acest eveniment a marcat începutul dezvoltării și implementării treptate a tehnologiilor turbo.
Domeniul de aplicare al primelor turbocompresoare a fost limitat la motoare extrem de mari, în special la nave. În aviație, turbocompresoarele au fost folosite cu oarecare succes pe avioanele de vânătoare propulsate de Renault încă din Primul Război Mondial. Până în a doua jumătate a anilor 1930, dezvoltarea tehnologiei a făcut posibilă crearea de turbocompresoare de avioane cu adevărat de succes, care, cu motoare îmbunătățite semnificativ, au fost folosite în principal pentru a crește altitudinea. Americanii au obținut cel mai mare succes în acest sens, instalând turbocompresoare pe avioanele de vânătoare P-38 și bombardierele B-17 în 1938. În 1941, SUA au creat avionul de vânătoare P-47 cu un turbocompresor, care i-a oferit caracteristici de zbor remarcabile la altitudini mari.
În sectorul auto, producătorii de camioane au fost primii care au folosit turbocompresoare. În 1938, primul motor turbo pentru un camion a fost construit la Swiss Machine Works Sauer. Primele mașini de pasageri produse în serie echipate cu turbine au fost Chevrolet Corvair Monza și Oldsmobile Jetfire, care au intrat pe piața americană în anii 1962-1963. În ciuda avantajelor tehnice evidente, nivelul scăzut de fiabilitate a dus la dispariția rapidă a acestor modele.
Introducerea motoarelor turbo în mașinile sport, în special în Formula 1 , în anii 1970 a dus la o creștere semnificativă a popularității turbocompresoarelor. Prefixul „turbo” a început să intre în modă. La acea vreme, aproape toți producătorii de automobile ofereau cel puțin un model cu motor turbo pe benzină. Cu toate acestea, după câțiva ani, moda motoarelor turbo a început să se estompeze, deoarece s-a dovedit că turbocompresorul, deși vă permite să creșteți puterea unui motor pe benzină, crește foarte mult consumul de combustibil. La început, întârzierea în reacția turbocompresorului a fost suficient de mare, ceea ce a fost și un argument serios împotriva instalării unei turbine pe un motor pe benzină.
Un moment de cotitură fundamental în dezvoltarea turbocompresoarelor a avut loc odată cu instalarea în 1973 a unui turbocompresor pe o mașină turbo de serie BMW din 2002 și deja în 1974 a unui Porsche 911 turbo și apoi în 1978, odată cu lansarea Mercedes-Benz 300 SD, primul autoturism echipat cu un motor diesel turbo. În 1981, Mercedes-Benz 300 SD a fost urmat de VW Turbodiesel, menținând în același timp un consum de combustibil semnificativ mai mic. În general, motoarele diesel au un raport de compresie mai mare și, datorită expansiunii adiabatice în timpul cursei de putere, gazele lor de eșapament au o temperatură mai scăzută. Acest lucru reduce cerințele de rezistență la căldură ale turbinei și permite modele mai ieftine sau mai sofisticate. De aceea, turbinele pe motoarele diesel sunt mult mai frecvente decât pe motoarele pe benzină, iar majoritatea noilor produse (de exemplu, turbinele cu geometrie variabilă) apar pentru prima dată pe motoarele diesel.
Principiul de funcționare se bazează pe utilizarea energiei din gazele de eșapament. Fluxul gazelor de eșapament intră în rotorul turbinei (fixat pe arbore), învârtându-l astfel și paletele compresorului situate pe același arbore cu acesta, care pompează aer în cilindrii motorului. Deoarece la utilizarea supraalimentării, aerul este forțat în cilindri (sub presiune), și nu numai datorită vidului creat de piston (acest vid este capabil să preia doar o anumită cantitate de amestec aer-combustibil), mai mult amestec aer-combustibil intră în motor. Ca urmare, în timpul arderii, volumul de combustibil combustibil cu aer crește, gazul rezultat este sub presiune ridicată și, în consecință, există o forță mare care apasă pe piston.[ stil ]
De regulă, motoarele turbo au un consum efectiv de combustibil mai puțin specific (grame pe kilowatt-oră , g / (kW h)) și o putere mai mare în litri (putere eliminată dintr-o unitate de volum a motorului - kW / l), ceea ce face posibilă crește puterea unui motor mic fără a crește turația motorului.
Datorită creșterii masei de aer comprimat în cilindri, temperatura la sfârșitul cursei de compresie crește semnificativ și există posibilitatea detonării . Prin urmare, proiectarea motoarelor turbo prevede un raport de compresie redus, se utilizează grade de combustibil cu octan ridicat și este prevăzut un postcooler ( intercooler ), care este un radiator pentru răcirea aerului. De asemenea, este necesară o scădere a temperaturii aerului pentru ca densitatea acestuia să nu scadă din cauza încălzirii de la compresie după turbină, altfel randamentul întregului sistem va scădea semnificativ.[ stil ] Turboalimentarea este eficientă în special la motoarele diesel ale camioanelor grele. Mărește puterea și cuplul cu o ușoară creștere a consumului de combustibil. Gaseste utilizarea turboalimentarii cu geometrie variabila a palelor turbinei , in functie de modul de functionare al motorului.
Cele mai puternice (în raport cu puterea motorului) turbocompresoare sunt utilizate pe motoarele diesel. De exemplu, pe un motor diesel D49 cu o putere de 4000 CP. a fost instalat un turbocompresor cu o capacitate de 1100 CP.
Turbocompresoarele motoarelor marine au cea mai mare putere (în valoare absolută), care atinge câteva zeci de mii de kilowați ( motoare MAN B&W ).
În plus față de turbocompresor și intercooler, sistemul include: o supapă de control (wastegate) (pentru a menține presiunea stabilită în sistem și pentru a reduce presiunea în conducta de evacuare), o supapă de bypass (pentru a redirecționa aerul de alimentare înapoi către conductele de admisie). la turbină în cazul în care clapeta de accelerație este închisă) și/sau o supapă „de purjare” (suppa de suflare - pentru evacuarea aerului de alimentare în atmosferă cu un sunet caracteristic, în cazul închiderii clapetei de accelerație, cu condiția să nu existe masă de aer senzor de debit), o galerie de evacuare compatibilă cu un turbocompresor sau o conductă de scurgere personalizată, precum și țevi sigilate: aer pentru alimentarea cu aer la admisie, ulei pentru răcirea și lubrifierea turbocompresorului.
Întârzierea turbocompresorului („turbo lag”) este timpul necesar pentru ca puterea de ieșire să se schimbe după o schimbare a stării clapetei de accelerație, manifestându-se ca un răspuns mai lent la deschiderea clapetei de accelerație în comparație cu cel al unui motor aspirat natural. Acest lucru se datorează faptului că sistemul de evacuare și turbocompresorul necesită timp pentru a se învârti pentru a furniza fluxul de aer de alimentare necesar. Inerția, frecarea și stresul asupra compresorului sunt principalele cauze ale decalajului turbocompresorului.
Astăzi, motoarele turbo pot avea 2 sau chiar 4 turbo. Din acest motiv, configurațiile lor pot fi într-o ordine diferită, iar turbo-urile în sine pot diferi.
| Configurare | cantitate | Descriere |
|---|---|---|
| Un singur impuls | unu | Cel mai numeros tip de turbocompresor de astăzi are un design simplu, dar eficient. |
| Biturbo | 2 | Două boosters, nu întotdeauna egali ca presiune și alți parametri, instalați în serie într-o singură conductă de aer, sufla prin toți cilindrii, în timp ce unul dintre boosters poate fi cel principal, iar al doilea poate fi auxiliar. Avantajul este că, în cazul unei defecțiuni a unui impuls, al doilea poate continua să funcționeze și toți cilindrii, deși într-o măsură mai mică, vor fi suflați. Dezavantajul este complexitatea reparației și construcției. |
| twinturbo | 2 | 2, blocurile de cilindri sunt cel mai adesea distribuite între două supraalimentare gemene, de exemplu, la motoarele în formă de V , fiecare supraalimentare își sufla blocul de cilindri prin dreapta și, respectiv, stânga, prin conductele sale de aer, care nu sunt întotdeauna interconectate. Avantajul acestei configurații este o supraalimentare foarte puternică și o oarecare simplitate în comparație cu biturbo.Dezavantajul este faptul că defecțiunea unuia dintre boosters în cazul conductelor de aer nelegate va provoca funcționarea neuniformă a cilindrilor blocului stâng și drept cu toate consecintele |
| Quadturbo | patru | O astfel de turboalimentare este relevantă doar pentru motoarele pe benzină de mașini sport foarte puternice, cu numărul de cilindri, un multiplu de 4 (8, 12 sau 16 cilindri). Este extrem de rar, acest tip de turbo este folosit doar de mașini foarte scumpe, precum Bugatti Chiron (1500 CP) și modele mai noi ale acestui brand, Hennessy Performance Venom F5 (1700 CP), SSC Tuatara (2500 CP) și Devel Sixteen (5007 CP). |
| Twinbiturbo | patru | De fapt, reprezintă două scheme biturbo identice cu distribuție la blocurile lor cilindrice. Până în prezent, nu există o singură mașină din fabrică cu această configurație, dar acest design este uneori folosit în procesul de reglare . |
| Designul vehiculului | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| |||||
| Vezi și: Design auto | |||||