Sistemele de supraalimentare5 min read

173

Turbocompresorul a fost inventat de catre inginerul elvetian Alfred Büchi, in anul 1905, fiind utilizat initial in industria aeronautica. Supraalimentarea a fost utilizata in productia de serie a autovehiculelor incepand cu deceniul 6 al secolului trecut, pentru a imbunatati performantele motoarelor. Initial motoarele echipate cu turbocompresor inregistrau consumuri mari de combustibil, dar evolutia actuala a tehnologiei permite adevarate “minuni” cu ajutorul downsizing-ului. In detaliu, este vorba despre supraalimentarea unor motoare de cilindree redusa, fapt ce permite atingerea unor performante dinamice bune, in conditiile unor valori reduse de consum, cel putin teoretic. Turbocompresorul devine, astfel, un element din ce in ce mai des intalnit.

Motoarele cu ardere interna au nevoie de oxigen din aerul atmosferic pentru a realiza combustia. Mai exact, producerea energiei care sa asigure propulsia vehiculului presupune incendierea amestecului de combustibil si aer in camera de ardere. Sistemele de supraalimentare aduc o cantitate mai mare de aer in camera de combustie, permitand arderea mai rapida si obtinandu-se astfel un surplus de putere si de cuplu din partea motorului. In practica, sunt intalnite doua sisteme de supraalimentare:

  • turbocompresorul. Acesta este format din doua subansamble: turbina si compresorul, interconectate prin intermediul unui ax central. Turbina este antrenata de gazele rezultate in urma arderii combustibilului si transmite rotatia catre compresor care aspira aer din galeria de admisie si il comprima inainte de a fi introdus in cilindrii motorului. Din cauza comprimarii, a transferului de caldura de la turbina la compresor si a frecarilor ce apar, temperatura aerului creste pana la aproximativ 200° Celsius si i se diminueaza densitatea (densitatea aerului scade direct proportional cu temperatura). Ca urmare, consumul de combustibil creste, iar performanta motorului scade. Pentru a anula acest efect, fluxul de aer trece printr-un radiator, denumit intercooler, fiind racit inainte de a ajunge in camera de ardere. Astfel sunt “inghesuite” mai multe molecule de oxigen in cilindrii motorului, putand fi injectata o cantitate mai mare de combustibil. Pentru a evita autoaprinderea, este recomandata evitarea utilizarii carburantilor cu cifra octanica redusa. Va rog sa accesati acest link.

Avantajele utilizarii acestui dispozitiv constau in faptul ca nu influenteaza greutatea autoturismului si permite obtinerea unor consumuri mai reduse decat in cazul compresorului mecanic, in conditiile unor costuri de productie mai mici. Dezavantajul consta in existenta unei intarzieri in raspunsul la solicitari (asa-numitul “gol turbo”).

Intervalul de timp necesar pentru ca turbocompresorul sa atinga viteza de rotatie la care poate functiona eficient se numeste gol turbo (“turbo-lag”). Acesta se manifesta sub forma unei intarzieri a raspunsului la apasarea brusca a pedalei de acceleratie, atunci cand motorul lucreaza la turatie scazuta. Fenomenul este determinat de presiunea scazuta a gazelor de esapament si de timpul necesar pentru ca turbina sa-si depaseasca inertia de rotatie si sa ajunga la viteza necesara pentru a realiza comprimarea adecvata a aerului. Pentru a contracara acest aspect negativ, sunt montate doua sau mai multe turbine de dimensiuni diferite, astfel incat fluxul de aer comprimat sa fie cat mai uniform pe toata plaja de turatie a motorului. Aceasta este o solutie constructiva scumpa, care nu se aplica decat in cazul anumitor modele cu tenta sportiva.

                                                                              cid:image003.jpg@01CFCCCC.97158B80

  • compresorul mecanic este antrenat direct de catre motor prin intermediul unei curele sau lant, producand acelasi efect de supraalimentare. Avantajul adus de catre compresorul mecanic este raspunsul prompt. Dezavantajele constau in consumul mai mare de combustibil fata de utilizarea unui turbocompresor, intrucat o parte din puterea motorului este utilizata pentru actionarea compresorului, inregistrarea unui randament scazut la turatii inalte, determinat de frecarile dintre piesele rotorului si costurile de productie mai mari. In prezent, este utilizat din ce in ce mai rar in productia de serie mare a autovehiculelor. Va rog sa accesati acest link.

                                                                                    cid:image004.jpg@01CFCCCC.97158B80

Puterea motorului este determinata de turatie si de cuplul dezvoltat. Pentru a mari puterea, constructorii au la dispozitie urmatoarele posibilitati:

Ø  cresterea turatiei maxime. Aceasta se poate realiza pana la un anumit nivel, in functie de rezistenta mecanica a pieselor implicate. De asemenea, pe masura ce creste turatia, scade randamentul ca urmare a frecarilor mai mari.

Ø  cresterea cuplului prin marirea capacitatii cilindrice. In aceasta situatie, motorul va putea arde o cantitate sporita de amestec aer-combustibil si va genera o energie mai mare. Dezavantajul consta in faptul ca se mareste sensibil consumul.

Ø  cresterea cuplului prin marirea presiunii de alimentare cu aer, ca urmare a montarii unui turbocompresor sau a unui compresor mecanic. Turbocompresorul este cea mai eficienta metoda dintre cele prezentate, maximizand raportul dintre puterea obtinuta si consum.

Turbocompresoarele utilizate de catre industria auto se impart in doua categorii:

  1. turbina montata in galerie de evacuare cu geometrie fixa. Dimensionarea ansamblului turbina-compresor se face de asa natura incat presiunea aerului aspirat sa aiba valori mari la turatii mici ale motorului. Atunci cand motorul atinge valori ridicate de turatie, presiunea devine prea mare, putand avea consecinte negative asupra functionarii propulsorului. De aceea, se monteaza o supapa de refulare (wastegate) in galeria de evacuare. La o valoare prestabilita a presiunii aerului, aceasta se deschide prin actionare pneumatica si redirectioneaza gazele de ardere, astfel incat sa fie ocolita turbina. Aceasta solutie a fost utilizata initial de catre producatorii auto, acum fiind pe cale de disparitie..
  2. turbina montata in galerie de evacuare cu geometrie variabila. In acest caz sunt montate niste pale in galeria de evacuare care ajusteaza sectiunea de curgere a gazelor de evacuare, fiind influentata astfel viteza de deplasare a gazelor si, implicit, turatia turbinei. Mai exact, unitatea electronica ECU comanda pozitia palelor si realizeaza controlul precis al presiunii de supraalimentare, fiind sporit randamentul motorului. Si in acest caz se utilizeaza intercooler-ul pentru racirea aerului comprimat si cresterea densitatii.

Voi reveni in mesajul urmator asupra modului de exploatare si intretinere a sistemelor de supraalimentare.

Va multumesc.

Ciprian NIMU

Sales Specialist

  (+40) 743 332 408

ciprian@nimu.ro

LĂSAȚI UN MESAJ

Please enter your comment!
Please enter your name here