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Coisas que você precisa saber sobre motores turboalimentados


Você já ouviu falar sobre o dispositivo de entrada de alta potência em um motor de combustão interna, bem, o segredo é o turbocompressor . Também é conhecido como turbo que foi inventado no início do século XX por um engenheiro em terras suíças, Alfred Buchi. Ele introduziu um protótipo para aumentar a potência dos motores a diesel.

Hoje, a turboalimentação tornou-se um dispositivo padrão para a maioria dos motores a gasolina e diesel. A pesquisa ainda está em andamento sobre maneiras de melhorar os projetos de turbocompressores para melhor desempenho com menor custo de fabricação. Mesmo que as tensões induzidas por vibração e o desempenho do rolamento sejam os principais fatores de falha. Por esta razão, uma análise rotodinâmica deve ser uma parte importante do processo de projeto do turbocompressor, bem, talvez!



Em um motor de automóvel, a potência é produzida na câmara de combustão com a entrada da mistura ar/combustível, certo! Após a compressão, libera a mistura como gás de exaustão que se transforma em resíduo e até mesmo polui a atmosfera. Mas em vez de ter o gás de escape inútil, o turbocompressor faz uso dele para fazer o motor funcionar mais rápido. Deixe-me explicar.

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Hoje veremos a definição, funções, aplicações, peças, histórico, diagrama, tipos, princípio de funcionamento, bem como as vantagens e desvantagens de um turbocompressor. Este artigo é amplo, então exorto você a ler para obter o conhecimento.

Definição do turbocompressor


Um turbocompressor é um dispositivo de indução de força acionado por turbina que aumenta a eficiência e a potência dos motores de combustão interna, forçando o ar comprimido extra na câmara de combustão. Essa indução de ar quente parece funcionar porque o compressor pode forçar mais ar e, proporcionalmente, mais combustível na câmara de combustão do que a pressão atmosférica normal.

Um turbocompressor é um dispositivo instalado no motor de um veículo para melhorar a eficiência geral e aumentar o desempenho do motor. turbocompressores são originalmente conhecidos como turbosuperchargers porque todos os dispositivos de indução forçada são classificados como superalimentadores. Um supercharger é um termo dado a um dispositivo de indução forçada acionado mecanicamente.

A diferença entre um turbocompressor e um supercompressor convencional é que um turbocompressor é alimentado por uma turbina acionada pelos gases de escape de um motor. Considerando que, um supercharger é acionado mecanicamente pelo virabrequim do motor, muitas vezes conectado com uma correia. No entanto, os turbocompressores são mais eficientes, mas menos responsivos. O termo Twin-charger é referido a um motor com um turbocompressor e um supercharger.

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Histórico


Uma breve história sobre turbocompressores, o crédito vai para o fundador Alfred J Buchi (1879 – 1932) que trabalhou em uma oficina de engenharia automotiva pela Gebruder Sulzer Engine Company de Winterthur, Suíça. O projeto foi desenvolvido um ano antes da Primeira Guerra Mundial que foi patenteado na Alemanha em 1905. Ele continuou o aprimoramento do projeto até sua morte após quatro décadas.

Alguns outros engenheiros também merecem ser creditados no projeto do turbocompressor. Alguns anos antes, Sir Dugald Clark (1854 – 1932) foi um inventor escocês de um motor de dois tempos. ele experimentou separar os estágios de compressão e expansão da combustão interna usando dois cilindros separados.

Seu experimento funcionou como superalimentação, aumentando os fluxos de ar nos cilindros e a quantidade de combustível que poderia ser queimada. Outros engenheiros, como Louis Renault, Gottlieb Daimler e Lee Chadwick, também participam dos sistemas de superalimentação.

Funções do turbocompressor


A principal função de um turbocompressor é aumentar a eficiência de trabalho de um motor de automóvel. abaixo estão os motivos pelos quais o turbo sempre existirá, apesar de algumas de suas limitações.


Aplicações do turbocompressor


Um turbocompressor é comumente usado em motores automotivos como caminhões, carros, trens, aeronaves e equipamentos de construção. versão moderna dos motores de combustão interna ciclo Otto e ciclo diesel apresentam turbocompressores.

Vamos mergulhar para explicar algumas aplicações dos turbocompressores:

Carros movidos a gasolina e diesel: Como mencionado anteriormente, os carros turboalimentados são comuns em carros movidos a gasolina e diesel para aumentar sua potência para uma determinada capacidade. Também aumenta a eficiência de combustível, permitindo um motor de menor cilindrada. Esses motores perderam peso de cerca de 10% e economizaram até 30% no consumo de combustível e ainda entregam a mesma potência de pico.

O primeiro carro de passageiros turboalimentado foi a opção Oldsmobile Jetfire. Ele usa o componente a 215 cu em todos os V8 de alumínio e no produto Chevrolet chamado corvairs. É inicialmente chamado de motor plano de seis cilindros refrigerado Monza Spyder.

Os carros a diesel dependem amplamente do turbocompressor desde o uso da eficiência, dirigibilidade e desempenho aprimorados dos motores a diesel. É produzido no carro de passageiros foi o Mercedes com turbocompressor Garrett introduzido em 1978.

Caminhões: Para o mesmo benefício, os motores de caminhões a diesel apresentam turboalimentação desde 1938.

Aeronave: Ao longo do ano o efeito do turbocompressor também aumenta a eficiência dos aviões.

Motocicletas: A maioria das empresas japonesas produz motocicletas de alto desempenho com turboalimentação desde o início dos anos 80. Embora existam poucas motocicletas turbo por aí, isso se deve à abundância de maior cilindrada. O motor naturalmente aspirado que oferece os benefícios de torque e potência do motor de menor cilindrada com turbocompressor, mas retorna características de potência mais lineares.

Leia:Componentes de um motor de combustão interna

Partes de turbocompressores


Abaixo estão as principais partes de um turbocompressor e suas funções:


Tipos de turbocompressores


Abaixo estão os vários tipos de turbocompressores que existem:

Turbo único:


O turbo único é o tipo de turbocompressor mais simples, mais comum e mais barato que existe. Ele tem variabilidade ilimitada e sendo um turbo menor, fornece um melhor grunhido de baixo custo, pois eles giram mais rápido. O turbo único tem um rolamento de esferas e mancal de mancal que proporcionam menos atrito para o compressor e a turbina girarem.

Os benefícios dos turbocompressores individuais são que os motores menores também podem apresentar um turbo, o custo-benefício também é considerado, a simplicidade e a facilidade de instalação. Também aumenta a eficiência do motor.

Algumas limitações ainda ocorrem apesar de suas vantagens que incluem; tendo uma faixa de rpm efetiva bastante estreita. Os turbos únicos tornam o dimensionamento um problema, pois é preciso escolher entre melhor potência de ponta ou bom torque de ponta. Finalmente, a resposta pode ser lenta em comparação com outros tipos de turbo.

Turbos gêmeos:


O twin-turbo é outra opção que permite turbocompressor único para cada banco de cilindros (v8, v12 etc.). Alternativamente, um único turbocompressor pode ser usado para baixas rotações e desvio para um turbocompressor maior para altas rotações. Dois turbos de tamanho semelhante, onde um é usado em baixas rotações e ambos são usados ​​em altas rotações (14, 16). BMW x5 M e x6 M usa turbos twin-scroll, um de cada lado do v8.

O benefício do twin-turbo quando é sequencial ou no turbo em baixas rotações e ambos em altas rotações. Ele permite uma curva de torque mais ampla e plana, melhor torque em baixas rotações, mas a potência não diminui em altas rotações como um único turbo. As limitações desses turbocompressores incluem custo e complexidade, pois o componente é quase o dobro. E, existem outras alternativas para obter um resultado semelhante e mais leve.

Leia:Diferença entre motor a gasolina e diesel

Twin-Scroll Turbo:


Em quase todos os aspectos, os turbocompressores twin-scroll são melhores do que os turbos single-scroll porque, ao usar dois scrolls, os pulsos de escape são divididos. Por exemplo, em motores de quatro cilindros com ordem de ignição de 1 3 4 2, os cilindros 1 e 4 podem ser alimentados a um rolo de um turbo. Considerando que os cilindros 2 e 3 são alimentados para rolos separados. O objetivo desses tipos de turbocompressor é que haja sobreposição no cilindro. Digamos que o cilindro está terminando seu curso de força quando o pistão atinge o ponto morto inferior e a válvula de escape se abre. Durante este tempo, o cilindro dois termina seu curso de exaustão fechando a válvula e abrindo a válvula de admissão.

Um coletor turbo tradicional single-scroll é bem diferente, a pressão de escape do cilindro um interferirá com o cilindro dois puxando o ar fresco porque ambas as válvulas de escape estão temporariamente abertas. Isso reduz a quantidade de pressão que atinge o turbo e interfere na quantidade de ar que o segundo cilindro puxa.

As vantagens do turbocompressor são que mais energia é enviada para a turbina de exaustão e uma faixa de rotação mais ampla de impulso efetivo é alcançada. Isso ocorre por causa dos diferentes designs de rolagem. Basicamente, há mais sobreposição de válvulas sem prejudicar a eliminação de gases de escape, levando a uma maior flexibilidade de ajuste.

As limitações são que o custo e a complexidade são altos em comparação com os turbos simples e requerem um layout de motor específico e design de escape.

Turbocompressor de geometria variável (VGT):


Os tipos de geometria variável de um turbocompressor são comuns em motores a diesel e são limitados na produção. Isto é devido ao seu custo e requisitos de materiais exóticos. As aletas internas dentro do turbocompressor alteram a relação A/R área-raio para corresponder à rotação. Ou seja, em baixas rotações, uma baixa relação A/R é usada para aumentar a velocidade dos gases de escape e acelerar rapidamente o turbocompressor. Se as rotações subirem, a relação A/R aumenta para aumentar o fluxo de ar, o que resulta em baixo turbo lag. Isso também leva a um baixo limite de aumento e uma faixa de torque ampla e suave.

Os benefícios deste tipo de turbo é que é produzida uma curva de torque ampla e plana. O que é eficaz em uma faixa de rpm muito ampla. Requer um único turbo, simplificando uma configuração turbo sequencial em algo mais compacto. Suas limitações são que ele é usado apenas em aplicações a diesel onde os gases de escape são mais baixos para que as palhetas não sejam destruídas pelo cabeçote. Usando o turbo em um motor a gasolina, metais exóticos de alto custo serão usados ​​para manter a confiabilidade.

Turbocompressor Twin-Scroll Variável:


O turbo variável twin-scroll é significativamente mais barato que os VGTs, tornando-o uma escolha preferível para turboalimentação a gasolina. Ele combina um VGT com uma configuração de rolagem dupla, assim, em uma rotação baixa, um dos rolos é completamente fechado forçando todo o ar para o outro. À medida que o motor acelera, uma válvula se abre para permitir a entrada de ar no outro rolo e um bom desempenho de ponta é obtido.

As vantagens do turbocompressor são que ele permite uma curva de torque ampla e plana e é mais robusto em design do que o VGT. Custo e complexidade também são suas limitações e a tecnologia era indesejada antes.

Turbocompressores elétricos:


Com a aplicação do motor elétrico em um turbocompressor, ele aprimora suas características e proporciona um impulso instantâneo ao motor. O torque baixo é facilmente produzido, o atraso é eliminado. Este turbocompressor é o melhor de todos, talvez uma nova versão possa derrubá-lo.

seus benefícios são que a faixa de rotação efetiva mais ampla com torque uniforme é produzida. A energia desperdiçada é recuperada quando um motor elétrico é conectado diretamente à turbina de exaustão. E, como mencionado anteriormente, o turbo lag e os gases de escape insuficientes podem ser virtualmente eliminados girando o compressor com energia elétrica quando necessário.

Complexidade e custo são uma das desvantagens do turbocompressor, já que a conta do motor elétrico está agora incluída. A embalagem e o peso também são um problema, especialmente com a adição de uma bateria a bordo, que fornece energia suficiente ao turbo quando necessário. Benefícios semelhantes podem ser obtidos de outros tipos, como os VGTs ou twin-scrolls.

Princípio de funcionamento


Tendo um conhecimento básico de como funciona um motor a jato, entender carros com turbocompressor será muito mais fácil. Deixe-me explicar, um motor a jato suga o ar fresco na frente e o usa na câmara para misturar e queimar com combustível. Em seguida, ele sopra ar quente pelas costas. O calor passa por uma turbina feita de um moinho de vento de metal compacto, que aciona o compressor (bomba de ar) na frente do motor. o motor usa-o para empurrar o ar para dentro do motor para fazer o combustível queimar corretamente.

Um processo semelhante é aplicado ao turbocompressor em um motor de pistão de carro. os gases de escape são usados ​​para acionar a turbina, que gira um compressor de ar que empurra ar extra para dentro dos cilindros. Isso faz com que mais combustível seja queimado em segundo, razão pela qual um carro turbo pode produzir mais potência. Isso é mais energia por segundo.

Turbocompressores são feitos de duas metades unidas por um eixo. Uma delas contém uma turbina que é girada por gases quentes de exaustão, a outra também contém uma turbina que suga o ar e o comprime no motor. Essa compressão oferece potência e eficiência extras ao motor. À medida que mais ar entra na câmara de combustão, mais combustível é adicionado, o que produz potência extra.

Observe que o ar comprimido é quente, menos denso e sobe sobre os radiadores. Este ar quente é menos eficaz para ajudar o combustível a queimar. Por isso, o ar que sai do compressor precisa ser resfriado antes de entrar nos cilindros. É por isso que o ar quente do compressor passa por um trocador de calor que remove o calor extra antes de entrar na câmara de combustão.



Leia:Classificações do motor de combustão interna

De onde vem a energia extra e quanto você pode obter


A maioria das pessoas acha que o motor de turbina oferece potência extra do gás de escape recebido, mas isso não é verdade. O gás de escape é usado para acionar o compressor que transfere ar para a câmara de combustão, permitindo que o motor queime mais combustível a cada segundo. A potência extra é obtida do combustível extra que é queimado a uma taxa mais rápida.

A quantidade de potência extra que o turbocompressor fornece é determinada pelo tamanho dos componentes. Os turbocompressores podem ser aprimorados para tornar o motor mais potente, dependendo da potência desejada. Mas há um limite de melhoria. Os cilindros são tão grandes que podem receber muito ar e combustível para misturar.

Vantagens e desvantagens dos turbocompressores

Vantagens:


Abaixo estão os benefícios dos turbocompressores:

Desvantagens:


Apesar das vantagens dos turbocompressores, ainda ocorrem duas limitações principais. Abaixo estão as desvantagens do turbocompressor:

Um dos grandes problemas com um turbocompressor é conhecido como turbo lag. Isso aconteceu quando o acelerador é pressionado, leva tempo para o motor acelerar. Ou seja, os turbocompressores levam tempo para refletir a velocidade do motor.

Quando a velocidade do motor é baixa, não há gases de escape suficientes para girar o compressor e oferecer a potência necessária. A exaustão necessária será criada depois que o acelerador for pressionado. Esse efeito é reduzido ao reduzir para uma marcha mais baixa, mas motoristas experientes às vezes percebem o atraso na resposta.

A segunda limitação dos turbocompressores não ocorre em condições de condução diárias. Isso acontece apenas quando o motor é levado ao limite. O calor produzido pelos gases de escape, fica muito quente e faz com que o turbocompressor comece a brilhar em vermelho.

É por isso que a maioria dos carros esportivos turboalimentados são projetados com aberturas na parte inferior do motor. Esta abertura mantém a circulação de ar constante e resfria as peças.

Leia:Funcionamento e eficácia de um eixo de hélice

Em conclusão, expusemos a você as várias funções dos turbocompressores. Um deles é aumentar o funcionamento e a eficiência de combustível dos motores. Também vemos os vários tipos de turbos e seu princípio de funcionamento. Vantagens e desvantagens também são reveladas.

Espero que o conhecimento seja alcançado, se sim, por favor, comente, compartilhe e recomende este site a outros estudantes técnicos. Obrigado!



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