Turbocharger / Turbocompressor

Primeira produção turbo diesel de automóveis do mundo eram a Mercedes 300SD eo Peugeot 604, ambos introduzidos em 1978. Hoje, a maioria dos carros com motores a diesel são turbo.

A partir do ano 2014 de Fórmula 1, conforme o órgão FIA, anunciou novo conjunto de regras, e entre eles um sobre motor. As regras para 2014 ainda não são oficiais, mas as equipes, fabricantes de motores, e um órgão de gestão concordou, e de acordo com o acordo parece que os motores serão 1.600 cm, e eles vão ser autorizados a utilizar turbocompressores para aumentar o poder. Motivação principal para esta mudança foi a obrigação de comunidade Fórmula 1 para ir mais "verde", usar a tecnologia, que pode ser transferida para carros de produção e de poupar algum dinheiro.
Então, vamos ver o que é turbo e como ele funciona.

A descrição básica deste é "moinho de vento de um lado do eixo, e bomba de ar no outro lado do eixo".
Turbocompressores foram usados ​​pela primeira vez em motores de aeronaves de produção na década de 1930 antes da Segunda Guerra Mundial. O objetivo principal por trás da maioria aplicações baseadas aeronave era aumentar a altitude em que o avião podia voar, já que sem este o motor ficava "sem ar" pois este começa a ficar rarefeito.

A primeira produção de motores de automóveis turbinados vieram da General Motors em 1962. O A-body Oldsmobile Cutlass Jetfire e o Chevrolet Corvair Monza Spyder foram equipados com turbocompressores. Saab foi o primeiro fabricante a ter aplicado com sucesso um turbo para carros de produção regular. Isto foi tornado possível com a introdução de uma válvula de descarga, para aliviar o excesso de pressão.

Teoria Básica

A vantagem do turbo é clara - em vez de desperdiçar energia térmica por meio do escape, podemos fazer uso desse tipo de energia para aumentar a potência do motor, direcionando os gases de escape para girar uma turbina, que aciona outra turbina para bombear o ar fresco para dentro dos cilindros, resultando em uma maior massa de ar (oxigênio) que entra nos cilindros em cada curso de admissão. Um pequeno motor de capacidade pode fornecer energia comparável com adversários muito maiores.

 

Turbocompressores são um tipo de sistema de indução forçada. Eles simplesmente comprime o ar que entra no motor. Um motor turbocomprimido produz mais potência do que o mesmo motor sem o carregamento. Objetivo é melhorar a eficiência volumétrica do motor, resolvendo uma das suas limitações. Um motor de carro naturalmente aspirado usa apenas o curso descendente do pistão para criar uma área de baixa pressão, a fim de puxar o ar para dentro do cilindro através das válvulas de admissão. O turbocompressor aumenta a pressão no ponto onde o ar entra no cilindro, uma maior massa de oxigênio irá ser empurrado e apertado como os aumentos de pressão no colector de entrada de ar e mais ar significa que mais combustível pode ser adicionado para completar a mistura.

O fluxo de ar adicional faz com que seja possível manter a pressão da câmara de combustão e combustível, mesmo em velocidades elevadas do motor, aumentando a relação potência-torque e relação potência-peso para o motor. Um turbo pode aumentar significativamente a potência de um motor sem aumentar significativamente o seu peso, que é o grande benefício que faz turbos tão populares!

O turbocompressor é aparafusado ao colector de escape do motor. Os gases de escape dos cilindros passam através das lâminas de turbina, fazendo com que a turbina gire. Quanto mais escape que atravessa as pás, mais rápido elas giram. A turbina está ligada por um veio ao compressor, que está localizado entre o filtro de ar e o colector de admissão. O compressor pressuriza o ar que vai para dentro dos cilindros. O compressor é um tipo de bomba centrífuga. Ele puxa o ar para dentro no centro de suas lâminas e atira-a para fora à medida que gira.

A turbina no turbocompressor gira a velocidades de até 150 mil rotações por minuto (RPM), que é cerca de 25-30 vezes mais rápido que a maioria dos motores de carro pode ir. E já que está ligado ao escapamento, as temperaturas na turbina também são muito elevados.

A fim de lidar com velocidades e da temperatura, o eixo da turbina, tem de ser suportado com muito cuidado. A maioria dos rolamentos explodiria a velocidades como essa, portanto, maioria dos turbocompressores utiliza um fluido (óleo) rolamento. Normalmente é a mesma lubrificação utilização de óleo do motor para lubrificação interna. Assim como o seu eixo de manivela, seu turbo gira sobre uma fina película de óleo intercalada entre um conjunto de mancais deslizantes. Isto serve duas finalidades: a circulação de óleo arrefece o eixo e algumas das outras peças do turbocompressor, e permite que o eixo de rotação gire sem muito atrito. E como sabemos, qualquer redução no resultado de atrito tem um enorme aumento na eficiência.

Sem uma válvula de descarga, a quantidade de esforço que cria um turbocompressor varia com a pressão dos gases de escape do motor. Isto acontece porque a pressão de escape varia em relação à velocidade do motor (medido em RPM). Isto implica que, como um motor atinge maior rpm, quantidades crescentes de impulso vai ser criado pelo turbocompressor. O problema com isto é que um motor podem acomodar apenas uma dada quantidade de impulso. A maioria dos motores de ações só servem para levar cerca de 10 PSI, se não menos. A fim de regular a quantidade de reforço que entra no motor, um wastegate (válvula de alívio) age como uma porta, permitindo que apenas uma dada quantidade de gases de escape para atingir turbina de escape do turbocompressor, e o restante retorna para as pás da turbina, ou, em alguns casos, ser ventilado para a atmosfera.

Quando o motor começa a produzir mais pressão de escape, o sistema wastegate vai permitir que uma aba se abra para redirecionar o excesso de escape longe das lâminas da turbina. Por sua vez, este é o lugar onde a wastegate recebe o seu nome. É uma porta para levar resíduos. A fim de regular, quando uma válvula de descarga se abre, um controlador de impulso pode ser usado.

A turbina de geometria variável também é conhecida como um turbocompressor de geometria variável (VGT), ou um bocal de turbina variável (VNT). A tecnologia de turbinas de geometria variável é a próxima geração em turbocompressores, onde o turbo tem pequenas palhetas móveis que podem direcionar o fluxo de escape para as pás da turbina e é capaz de alterar a direção do fluxo de escape para reduzir o turbo lag em baixa rotação do motor, mas também é usado para introduzir EGR (Recirculação de Gás) para reduzir as emissões de motores a diesel. Esta tecnologia é comumente usado em motores turbo diesel nos últimos anos.

Um atuador controlado eletronicamente possibilita ajustar o ângulo destas palhetas. O ângulo das pás varia em toda a gama de RPM do motor para optimizar o comportamento da turbina. Os turbocompressores comuns não podem escapar do lag do turbo, pois em baixas rotações do motor o fluxo dos gases de escape não é forte o suficiente para empurrar a turbina rapidamente. Este problema é particularmente grave para os motores diesel modernos, porque eles tendem a utilizar grandes turbo para compensar a sua falta de eficácia.

Com o ar sendo bombeado para dentro dos cilindros, sob pressão pelo turbocompressor, e, em seguida, sendo ainda mais comprimida pelo êmbolo, aumenta muito o perigo de quebra. Esta acontece porque, como ao comprimir o ar, a temperatura do ar aumenta o suficiente para causar uma pre-ignição do combustível antes do tempo certo. Carros com turbocompressores muitas vezes precisam funcionar com combustível de maior octanagem para evitar quebras. Se a pressão de alimentação é muito elevada, a taxa de compressão do motor pode ter de ser reduzida para evitar pancadas.

Um intercooler é um trocador de calor simples (na verdade, não é tão simples!). Isto significa que existem dois ou mais fluidos que não se tocam fisicamente um ao outro, mas uma transferência de calor ou energia tem lugar entre eles. Alguns carros de produção vieram com intercoolers para resfriar o ar quente comprimido proveniente do turbocompressor. Alguns deles utiliza ar do lado de fora como meio de resfriamento e alguns usam a água. Alguns corredores usam frequentemente gelo na água para aumentar o efeito de resfriamento.