Turbine cu geometrie fixa

Turbosuflanta auto

Inventatorul turbosuflantei

 

Turbosuflanta a fost inventata de inginerul elvetian Alfred Büchi la inceputul secolului XX, patent nr. 204630 din 16 noiembrie 1905. El specifica eficienta si imbunatatirile pe care turbosuflanta le aducea motoarelor diesel.

 

Tipuri de turbosuflante

 

Turbosuflanta cu geometrie  fixa

Turbosuflanta cu geometrie variabila.

 

Turbosuflanta cu geometrie fixa

Principiul de functionare a turbosuflantei
Turbosuflanta auto cu geometrie fixa este un dispozitiv mecanic proiectat pentru autovehicule, care foloseste presiunea gazelor reziduale de ardere evacuate de motor pentru a actiona o turbina ce comprima aerul aspirat din mediu directionandu-l catre sistemul de admisie al motorului, rezultand supraalimentarea cu aer si combustibil in camera de ardere interna. In acest mod creste presiunea in cilindri, generand cuplu motor mai mare comparat cu alimentarea normala atmosferica a motorului auto.

Elementele componente ale turbosuflantei cu geometrie fixa
1. Rotorul central
2. Corpul ansamblului cu cele doua camere de aer si lagarul pentru rotor
3. Turbina de antrenare actionata de gazele de esapament
4. Turbina de compresie ce comprima aerul aspirat din mediul exterior si il directioneaza spre admisia motorului.

Constructia turbosuflantei cu geometrie fixa

 

Turbosuflanta cu geometrie fixa este construita cu doua camere de aer separate etans, in care se rotesc unitar doua turbine mobile fixate intre ele prin rotorul comun din lagarul central. In prima camera se rotesc palele actionate de gazele de esapament (in rosu), care antreneaza prin rotor in camera secundara palele ce aspira aerul din mediu si il comprima catre admisia motorului (in albastru).

 

 

Deoarece acest tip de turbosuflanta aduce multe avantaje, precum cresterea puterii, scaderea consumului de combustibil si a emisiilor de noxe, solutia echiparii motoarelor auto cu turbosuflanta s-a impus la toti constructorii de autovehicule, astazi fiind integrata pe scara larga in constructia motoarelor diesel.

 

 

Primul automobil cu turbosuflanta fixa

Primul automobil echipat cu turbosuflanta produs in serie a fost modelul Mercedes-Benz 300SD (seria W116, motor OM617.950), introdus in luna  Mai 1978. Acesta folosea o turbosuflanta Garrett AiResearch, si a fost fabricat numai pentru SUA. In Europa, primul motor turbodiesel a fost modelul Peugeot 604 in anul 1979 (modelul anului 1978). Automobilele cu motor turbodiesel au inceput sa fie produse si vandute pe scara larga in Europa la sfarstul anilor 1980 si inceputul anilor 1990.

 

 

Performante

 

Modelul Mini Cooper D lansat in 2010 cu al sau motor diesel de 1,6L echipat cu turbosuflanta, consuma doar 3,9 litri de combustibil la 100km si emite doar 99g/km de CO2, fiind astfel unul dintre cele mai "curate" si economice autovehicule din lume.

 

In Romania

 

O data cu deschiderea pietei auto din Romania pentru autovehicule noi si rulate inclusiv pentru piese de schimb de pe piata libera din Europa occidentala si apoi din toata lumea, parcul auto romanesc a fost imbogatit cu tehnologii noi, materiale constructive noi, au fost aduse marci de producatori auto de prestigiu pe cale oficiala, fapt ce a permis accesul la ultimele imbunatatiri si tehnologii ale laboratoarelor de testare, cercetare si dezvoltare ale marilor fabricanti auto de serie si unicat.
Astfel, datorita importului masiv de autovehicule a crecut numeric si calitativ parcul auto si, in acelasi timp, a devenit imperativa necesitatea protejarii mediului iar importanta eficientei motoarelor in uz si a combustibililor au devenit prioritare pentru industria auto.
In acest sens echiparea motoarelor auto cu turbosuflante a devenit un lucru obisnuit si necesar, producatorii romani de autovehicule furnizand si motorizari echipate cu aceasta.

 

Turbosuflanta cu geometrie variabila

 

Principiul de functionareConstructia turbosuflantei cu geometrie variabila permite ajustarea automata a vitezei palelor turbinei actionate de gazele de esapament prin directionarea acestora variabila prin palele turbinei ori pe langa ele, modificand (pneumatic, hidraulic sau electric) unghiul paletelor (cu pas variabil) de iesire a gazelor, controland astfel turatia turbinei si adaptand-o la debitul gazelor de evacuare si implicit la turatia motorului. In acest mod la variatie de turatie mica creste viteza de rotatie a turbinei eliminand intarzierea de reactie a acesteia, iar la cresterea mare a turatiei motorului viteza turbinei nu va creste proportional ci va fi mai mica pentru a pastra controlul si echilibrul asupra compresiei aerului livrat sistemului de admisie al motorului.
Rezultatul acestui sistem de control al vitezei turbinei corelata de viteza motorului, este un control mai bun al curbei de cuplu al motorului, un consum redus de combustibil si emisii de noxe in mediu reduse.
Turbosuflanta este racordata la circuitul fluxului de aer si la sistemul de racire prin tubulatura specifica a carei forma si dimensiuni variaza in functie de producatorul auto.

 

Unitatea de control electronic (ECU)

 

Controlul permanent al sistemului de pale cu pas variabil, in functie de regimul de rulare al motorului si de solicitarile conducatorului auto, este realizat de computerul de control, ECU = Electronic Control Unit, care inregistreaza continuu valorile senzorilor plasati inainte si dupa turbina de compresie, precum si in turbina de angrenare, calculand parametrii optimi de turatie a turbinei si amestecul de combustie aer - carburant.



Fizic, acest modul electronic poate fi plasat in apropierea turbinei sau integrat in computerul motorului sau in computerul de confort (de bord), in functie de producatorul auto

 

 

 

 

 

 

Intercooler

 

Intercooler-ul este un radiator cu racire pasiva sau cu apa plasat functional si constructiv in mai multe moduri, cel mai des fiind interpus intre ajutajul de iesire a aerului comprimat de la turbina si sistemul de admisie al motorului. Rolul acestui racitor este de a cobora temperatura aerului comprimat si incalzit de turbina datorita functionarii acesteia, aerul cald fiind mai rarefiat decat aerul rece, mai dens. Un aer rece si dens livrat admisiei motorului antreneaza un volum mai mare de molecule de oxigen (aer proaspat) in acelasi volum fix al cilindrului motorului, rezultand o combustie mai mare.
Acest radiator este plasat de obicei deasupra radiatorului mare al motorului sau in lateral fata de acesta, solutia fiind aleasa de producatorul auto.

 

 

 

 

Prima realizare practica

 

Unul din primele autovehicule produse in masa care au folosit turbosuflanta cu geometrie variabila a fost versiunea cu productie limitata din 1989 modelul Shelby CSX-VNT, echipat cu un motor de 2,2 litri Chrysler K.
Shelby CSX-VNT a folosit o turbina Garrett VNT-25 , denumita dupa mai cunoscuta turbina Garrett T-25, deoarece avea acelasi compresor si arbore. Acest tip a fost denumit Variable-Nozzle Turbine (VNT) = Turbina cu Ajutaj Variabil.
Producatorul de turbosuflante Aerocharger folosea termenul 'Variable-Area Turbine Nozzle' (VATN) = Turbina cu Suprafata Ajutajului Variabila.
In Japonia, modelul din 1989 Honda Legend folosea o turbina cu geometrie variabila avand integrat un Intercooler pentru motorul de 2.0 Litri, cu 6 cilindri in V, fiind produs doar un an.

 

Performante

 

Anul 2006 - O data cu a sasea generatie a modelului Porsche 911 Turbo, folosind materiale speciale extrem de rezistente la temperaturi inalte, inginerii de la Porsche au reusit sa realizeze o turbosuflanta cu geometrie variabila (VTG = Variable Turbine Geometry), capabila sa reziste la temperaturi de 1000 grade Celsius. Echipat cu aceasta, puterea motorului a crescut la 353kW (480bhp) la o turatie de 6.000 rpm.

 

Producatori

Producatorii principali de turbosuflante cu geometrie variabila cu utilizare la autovehicule sunt Garrett (Honeywell), Borg Warner si MHI (Mitsubishi Heavy Industries).
Turbosuflantele pentru motoare de masini si vehicule industriale de gabarit si putere mare sunt produse de compania Cummins Turbo Technologies (Holset) fiind singurul producator pe acest segment de piata.

 

In Romania

 

La noi, aceasta tehnologie este disponibila si accesibila datorita avantajelor deosebite pe care le aduce: cresterea remarcabila a performantelor motoarelor, protejarea mediului si scaderea costurilor de exploatare a autovehiculelor.

De asemenea, normele europene privind emisiile de noxe ale motoarelor au impus si la noi adoptarea legislatiei in domeniu care stabileste parametrii limita in care trebuie sa se incadreze functionarea motoarelor, prin verificarile tehnice efectuate la Inspectia Tehnica Periodica autorizata de Registrul Auto Roman, prin probe functionale specifice si conforme cu RNTR 1.

 

Sfaturi pentru mentinerea in stare buna a turbosuflantelor cu geometrie variabila:

 

- la pornirea motorului este necesara mentinerea la relanti a motorului timp de 2-3 minute pentru ca turbina sa se incalzeasca de la gazele de esapament si prin uleiul incalzit din circuitul de lubrefiere;
- dupa rularea masinii cu turatie mare a motorului sau dupa drum lung, inainte de oprirea acestuia, este necesar un timp de 2-3 minute de mentinere la relanti a motorului pentru a permite racirea turbinei;
Unele modele de turbosuflante sunt racordate la sistemul de racire al motorului, avand din constructie canale prin care circula lichidul de racire.

Turbina este conceputa pentru functionare continua, de la pornirea motorului pana la oprirea lui, viteza ei de rotatie fiind variabila in timpul rularii, ajungand si pana la 150.000 rpm, si chiar depasind, in functie de conditiile de rulare si de regimul de lucru al motorului. Datorita solicitarii deosebite, ea este proiectata sa reziste la peste 200.000 de rotatii pe minut, fiind construita din materiale speciale, rezistente la temperaturi mari.

 

Piata after-market

 

Aceasta constituie un furnizor de componente auto ieftine fabricate cu aceleasi coordonate de constructie ca si cele de origine, dar realizate din materiale de calitate slaba si cu durata de utilizare redusa.

*sursa: www.automecanica.ro