Introducción a los turbocompresores.
Un turbocompresor es en realidad un compresor de aire que comprime el aire para aumentar la entrada de aire. Utiliza el momento de inercia de los gases de escape descargados por el motor para impulsar la turbina en la cámara de la turbina. La turbina a su vez acciona el impulsor coaxial. El impulsor presuriza el aire enviado desde el tubo del filtro de aire para presurizarlo hacia el cilindro. Cuando aumenta la velocidad del motor, la velocidad de descarga de los gases de escape y la velocidad de la turbina también aumentan simultáneamente. El impulsor comprime más aire en el cilindro. El aumento de presión y densidad del aire puede quemar más combustible, lo que aumenta la cantidad de combustible y ajusta la velocidad del motor en consecuencia. Puede aumentar la potencia de salida del motor.
Principios estructurales
Primero, hablemos del principio estructural general del turbocompresor. El turbocompresor de gases de escape se compone principalmente de una rueda de bomba y una turbina y, por supuesto, hay otros componentes de control. El impulsor de la bomba y la turbina están conectados por un eje, que es el rotor. Los gases de escape descargados por el motor impulsan el impulsor de la bomba, que hace girar la turbina. Después de que la turbina gira, presuriza el sistema de admisión. El sobrealimentador está instalado en el lado de escape del motor, por lo que la temperatura de trabajo del sobrealimentador es muy alta y la velocidad del rotor del sobrealimentador es muy alta cuando está funcionando, lo que puede alcanzar cientos de miles de revoluciones por minuto. Los rodamientos de bolas o rodillos de agujas mecánicos comunes de alta velocidad y temperatura no pueden funcionar para el rotor, por lo que los turbocompresores generalmente usan rodamientos completamente flotantes, que están lubricados con aceite de motor y se usa refrigerante para enfriar el sobrealimentador. En el pasado, los turbocompresores se utilizaban principalmente en motores diésel. Debido a que los métodos de combustión de la gasolina y el diésel son diferentes, la forma del turbocompresor utilizado en el motor también es diferente.
Un motor de gasolina se diferencia de un motor diésel en que no entra aire al cilindro, sino una mezcla de gasolina y aire. Si la presión es demasiado alta, explotará fácilmente. Por tanto, al instalar un turbocompresor se deben evitar golpes. Aquí hay dos cuestiones relacionadas: una es el control de alta temperatura y la otra es el control del tiempo de ignición.
Después de la sobrealimentación forzada, la temperatura y la presión durante la compresión y combustión del motor de gasolina aumentarán y aumentará la tendencia a las detonaciones. Además, la temperatura de escape de los motores de gasolina es más alta que la de los motores diésel y no es adecuado aumentar el ángulo de superposición de las válvulas (el momento en que las válvulas de admisión y de escape se abren al mismo tiempo) para mejorar el enfriamiento del escape. Reducir la relación de compresión provocará una combustión insuficiente. Además, la velocidad de rotación del motor de gasolina es mayor que la del motor diésel y el flujo de aire cambia mucho, lo que fácilmente puede provocar que el turbocompresor responda con retraso. En respuesta a una serie de problemas que surgen cuando los motores de gasolina utilizan turbocompresores, los ingenieros han realizado mejoras específicas, una por una, para que los motores de gasolina también puedan utilizar turbocompresores de gases de escape.
intercooler
La temperatura aumenta, lo que no sólo afecta la eficiencia de la inflación, sino que también provoca fácilmente la deflagración. Por tanto, es necesario instalar un dispositivo que reduzca la temperatura del aire de admisión, que es un intercooler. Se instala entre la salida del turbocompresor y el tubo de admisión para enfriar el aire que ingresa al cilindro. El intercooler es como un radiador, enfriado por el viento o el agua. El calor del aire escapa a la atmósfera mediante enfriamiento. Según las pruebas, un intercooler con buen rendimiento no sólo puede mantener la relación de compresión del motor en un valor determinado sin provocar detonaciones, sino también reducir la temperatura y aumentar la presión de admisión, aumentando aún más la potencia efectiva del motor.
impulso
Dado que el rango de velocidad del motor de gasolina es amplio y el flujo de aire cambia mucho, la forma del impulsor de compresión del turbocompresor es una compleja pala tridimensional curvada de pared ultrafina-. Generalmente hay de 12 a 30 palas dispuestas en una curva radial. El grosor de la hoja está entre menos de 0,5 mm y está hecha de aluminio mediante un método de fundición especial. La calidad de la forma de las palas afecta directamente el rendimiento del motor turboalimentado. Cuanto más razonables sean la forma y el ángulo del impulsor, más ligera será la masa, más sensible será el arranque del impulsor y menor será el "retraso de reacción", que es el defecto inherente del turbocompresor.
Sensor de deflagración
Además de bajar la temperatura para reducir la posibilidad de deflagración, se debe utilizar un sensor de deflagración. Su función es que cuando se produce una deflagración, el sensor enviará inmediatamente la información al sistema de control de la ECU (unidad de control electrónico) del motor cuando detecte una vibración anormal y encenderá el motor. Retrase un poco el tiempo y luego reanude el tiempo de encendido normal cuando no se produzca la deflagración.
otro
Dado que la velocidad del motor de gasolina de un automóvil es mayor que la de un motor diésel, la velocidad del flujo de aire es rápida y el rango de cambios es grande, por lo que su turbocompresor tiene requisitos más altos. Los motores de los automóviles modernos generalmente han adoptado sistemas de inyección electrónica. Con la cooperación de la tecnología de control electrónico y nuevos materiales, la aplicación de turbocompresores en motores de gasolina será cada vez más común.
Todos los turbocompresores de gases de escape utilizados en los automóviles utilizan una única-carcasa de turbina de entrada, lo que significa que solo se utiliza la energía de presión de los gases de escape sin utilizar otra energía auxiliar. Dado que el rango de velocidad del motor del automóvil es grande, el turbocompresor de gases de escape debe tener un dispositivo de ajuste para que el motor pueda obtener una presión de sobrealimentación relativamente constante dentro de un cierto rango de velocidad. Además, el motor de gasolina utiliza encendido por chispa-y su relación de compresión está limitada a un rango determinado. Si es demasiado alto, provocará una deflagración. Por lo tanto, se requiere un mecanismo de control y detección de deflagración para ajustar el ángulo de avance del encendido en cualquier momento.
El turbocompresor de gases de escape de un automóvil generalmente se instala cerca del tubo de escape. La turbina y el impulsor están instalados en la cámara de la turbina y el sobrealimentador respectivamente. Los dos están conectados de forma coaxial y rígida y giran sincrónicamente.
Cuando no se requiere sobrealimentación, como al ralentí o cuando hay signos de detonación, parte de los gases de escape escapará a través de la válvula de derivación y no entrará en el turbocompresor. Cuando la velocidad del motor alcanza las 2000 rpm, la válvula solenoide cierra la válvula de derivación para dirigir el flujo de escape hacia el costado de la turbina, lo que hace que la turbina gire. También hay un diseño que ajusta el ángulo de las palas de la turbina para ajustar la velocidad de la turbina mediante cambios en la resistencia, cambiando así la cantidad de impulso.
Enfriar el aire puede encogerlo y aumentar su densidad, lo que permite acumular más aire en el mismo volumen y evitar la deflagración. Por tanto, los turbocompresores de los coches están equipados con un intercooler. Este intercooler generalmente se enfría por aire-y se instala delante, al lado o en una posición separada del radiador del motor, utilizando el flujo de aire que viene del automóvil o su propio ventilador para enfriar.
La parte clave del turbocompresor es el rodamiento. Este tipo de rodamiento, que recibe su nombre según su forma de lubricación, se denomina "rodamiento totalmente flotante". Tiene una velocidad de funcionamiento extremadamente alta y un entorno de trabajo hostil. Por lo tanto, asegurar la lubricación es muy importante. Si el suministro de aceite es lento debido a la baja presión de aceite, puede dañar los cojinetes y provocar que falle el turbocompresor. Este tipo de falla no ocurrirá durante el arranque normal del motor, pero si el motor se arranca por primera vez después de reemplazar el aceite y el filtro de aceite, se producirá un suministro lento de aceite, lo que provocará que los cojinetes carezcan de lubricación con aceite. En este caso, es necesario dejarlo en ralentí durante unos 3 minutos después del arranque y la velocidad no se puede aumentar directamente a la velocidad de arranque del turbocompresor. Del mismo modo, no pare el motor inmediatamente después de conducir a alta velocidad o subir una pendiente. Mantenga el motor funcionando al ralentí durante aproximadamente 1 minuto para que a los cojinetes del turbocompresor que continúan al ralentí no les falte aceite. Por lo tanto, los conductores que utilizan automóviles con turbocompresor deben seguir las instrucciones del fabricante y prestar mucha atención a la calidad del aceite del motor. No es aconsejable utilizar coches con turbocompresor como coches normales.
Clasificación de sobrealimentador
Para que un coche funcione rápido, necesita mucha potencia. En la actualidad, el sistema de energía de los automóviles se puede dividir a grandes rasgos en dos categorías: sistema de admisión de aire natural y sistema de admisión de aire sobrealimentado. Entre los coches deportivos europeos, a excepción de BMW, que todavía insiste en utilizar motores de aspiración natural, otras empresas automotrices han adoptado sistemas de sobrealimentación para mejorar el rendimiento energético de sus vehículos. Por ejemplo, los autos deportivos Mercedes-Benz usan sistemas de sobrealimentación y Shenbao Automobile usa sistemas de sobrealimentación. El creador del turbocompresor. En los últimos años, los automóviles japoneses también han comenzado a utilizar ampliamente la tecnología de turbocompresor. El sistema de aspiración natural no instala ningún tipo de sobrealimentador, sino que sólo utiliza la presión negativa generada por el movimiento hacia abajo del pistón para aspirar la mezcla. Aunque el sistema de aspiración natural puede obtener una mayor potencia a través del sistema de sincronización variable de válvulas, la mejora de potencia es muy limitada. Para aumentar eficazmente la potencia de salida del motor, se puede decir que utilizar un sistema de sobrealimentación es una forma eficaz.
Los sistemas de sobrealimentación de motores comunes incluyen sobrealimentación mecánica y turbocompresor de gases de escape.
Sobrealimentado
El motor acciona mecánicamente un sobrealimentador para sobrealimentarlo, lo que se denomina sobrealimentación. Cuando un motor está sobrealimentado, el cigüeñal del motor generalmente impulsa el sobrealimentador a través de un engranaje. Los sobrealimentadores generalmente usan compresores centrífugos o Roots, y algunos usan compresores de tornillo. En los últimos años también se han empezado a utilizar en el extranjero nuevos sobrealimentadores tipo scroll mecánicos. Debido a que accionar el compresor consume una cierta cantidad de potencia del motor, la eficiencia térmica de un motor sobrealimentado no necesariamente mejora y, a veces, es incluso menor que la de un motor de combustión interna no-sobrealimentado. Al seleccionar la presión de sobrealimentación, en primer lugar, es necesario asegurarse de que se pueda alcanzar la presión efectiva promedio requerida y, en segundo lugar, obtener el menor consumo de combustible posible. Estos dos requisitos suelen ser contradictorios en el caso de la sobrealimentación. Si se persigue la presión media efectiva, inevitablemente se producirá una reducción de la eficiencia mecánica y un aumento del consumo de combustible. Por tanto, la selección del valor de la presión de sobrealimentación debe buscar un buen equilibrio entre potencia y consumo de combustible. Los sistemas de sobrealimentación se utilizan actualmente habitualmente en los coches europeos. Debido a que el sobrealimentador del sobrealimentador funciona continuamente impulsado por el cigüeñal, no causa retraso del turbo como un turbocompresor. Aunque la sobrealimentación sólo puede aumentar la potencia de salida entre un 10% y un 20%, la suavidad y la continuidad están fuera del alcance de los motores turboalimentados.
turbocompresor de gases de escape
El uso de la energía de escape del motor para impulsar un turbocompresor se denomina turbocompresor de gases de escape (denominado turbocompresor). Como se muestra en la figura, se muestra el sistema de turbocompresor de gases de escape. La característica del turbocompresor de gases de escape es que no existe conexión mecánica entre el turbocompresor y el motor. Están conectados por vía aérea. Debido a que el trabajo consumido por el compresor es parte de la energía recuperada por la turbina de los gases de escape, el motor turboalimentado no sólo puede aumentar la potencia del motor, sino también mejorar su eficiencia térmica y reducir el consumo de combustible. Si ve el logotipo Turbo o T en la parte trasera de un automóvil, significa que el motor utilizado en el automóvil es turboalimentado. Un turbocompresor es en realidad un compresor de aire. Utiliza la inercia de los gases de escape descargados por el motor para impulsar una turbina. La turbina, a su vez, impulsa un impulsor coaxial para comprimir el aire enviado desde el tubo del filtro de aire, de modo que el aire se presuriza y ingresa al cilindro. Cuando aumenta la velocidad del motor, la velocidad de descarga de los gases de escape y la velocidad de la turbina también aumentan simultáneamente. El impulsor comprime más aire en el cilindro. El aumento de presión y densidad del aire puede quemar más combustible. En consecuencia, aumente el volumen de aceite y ajuste la velocidad del motor. Puede aumentar la potencia de salida del motor.
