Supercarga

Da Wikipedia, a enciclopedia libre.
Ir á navegación Ir á busca

O sobrealimentación dun motor de combustión interna é a introdución forzada dunha mestura combustible-combustible nos cilindros en comparación co que sería posible cunha admisión normal, para garantir ao motor unha maior potencia e par . Pode producirse de xeito mecánico ou químico. [1]

Sobrecarga mecánica

Diagrama do compresor de raíces

Por sobrealimentación mecánica entendemos a compresión do aire no interior do colector de admisión e xeralmente pódese obter con diferentes sistemas: co turbocompresor (a miúdo indicado só con turbo ) ou con compresor e turbina teclados no mesmo eixe (que é diferente do de o motor) ou co compresor volumétrico que se presenta a miúdo nunha configuración de accionamento mecánico, é dicir, con motor e compresor teclados no mesmo eixe, ou máis raramente con ambos métodos. Outros sistemas empregados poden ser o compresor centrífugo e o Comprex .

Compresor volumétrico

Icona de lupa mgx2.svg O mesmo tema en detalle: sobrecarga mediante compresor volumétrico .

O compresor volumétrico está conectado ao cigüeñal mediante unha correa (coñécese a relación de transmisión e, polo tanto, a velocidade de rotación do compresor) e obriga a introducir a cantidade de aire predeterminada no colector de admisión . A sobrecarga conséguese a través do diferencial do volume de aire procesado polo compresor con respecto á cilindrada do motor .

Isto garante un maior rendemento a revolucións baixas e medias. É un sistema pouco estendido en Europa, Mercedes , Jaguar e FIAT - Lancia (nos modelos indicados como " Volumex ") adóptano nalgúns modelos da gama (Alfa Romeo usouno en coches especiais desde os anos 20 , e no Mini A primeira serie de Cooper S adoptou un compresor volumétrico). Por outra banda, é moi común nos motores americanos de gran tamaño, onde se pode aplicar sen penalizar significativamente a potencia máxima expresada.

O tipo de compresor volumétrico máis común é o de lóbulo ou Roots , pero tamén hai outros tipos como o parafuso Lysolm, a paleta Bendix e o scroll G Lader empregados durante os anos 80 en Volkswagen coa abreviatura G40 e G60. Sempre Volkswagen, nos seus motores TSI , úsao xunto co turbocompresor.

Coincidencia motor-sobrealimentador accionada mecánicamente

O problema fundamental na sobrealimentación é a determinación das características de funcionamento do motor sobrealimentado, é dicir, a interacción entre o compresor e o compoñente do motor. No caso da conexión mecánica directa (por exemplo mediante unha correa de transmisión), o tratamento simplifícase en comparación co caso de soporte turbo, en particular é posible avaliar máis facilmente a velocidade de xiro do compresor ( ) xa que está relacionado co número de revolucións do motor ( ) a través do informe de transmisión.

O acoplamento entre os dous elementos lévase a cabo mediante a comparación das características de fluxo dos dous órganos, estes de feito únense

  • o fluxo involutivo Q proporcional a n
  • relación de compresión β

no que atinxe ás características do fluxo do compresor, o fabricante coñece e fornece este e difiere dun modelo a outro. O fluxo característico do motor, por outra banda, debe ter en conta o fluxo involutivo dentro do motor e como varía segundo a modificación de diferentes tamaños. Xeralmente, a avaliación desta característica pasa pola determinación do caudal total definido como

é posible avaliar os dous compoñentes do fluxo a través de correlacións experimentais propostas pola literatura técnica, o fluxo aspirado avalíase a través da formulación de Zinner

(1.1)

mentres que no que se refire ao caudal de lavado, faise referencia ao caudal que evolucionaría cara a unha boquilla equivalente ao motor na fase de lavado, é dicir, unha boquilla que procesaría o mesmo caudal que o motor na mesma termodinámica augas arriba e augas abaixo condicións

. (1,2)

onde tes iso

as formulacións (1.1) e (1.2) conducen á avaliación do caudal total referido ás condicións de succión do compresor, polo tanto vén dada por:

podemos observar como

  • : polo tanto, depende da velocidade do motor
  • : é substancialmente independente da velocidade do motor e depende do ángulo de intersección entre as válvulas de admisión e escape e da relación entre as presións de entrada e escape do motor.

as características de caudal obtidas difiren dos motores 4T e 2T xa que no primeiro caso temos as dúas achegas mentres que no segundo caso só hai caudal de lavado xa que a succión é cero. Ao avaliar as características de fluxo do motor e do compresor asociado a el, é posible realizar a combinación entre os dous elementos mecánicos.

O turbocompresor

Icona de lupa mgx2.svg O mesmo tema en detalle: Turbocompresor .
Diagrama dun turbocompresor

O turbocompresor ou turboaspirato a miúdo coñecido como turbo (tamén chamado grupo turbo xa que é a unión dunha turbina e un compresor como na figura) é sen dúbida o sistema máis estendido.

Está composto por unha roda de turbina que xira polos gases de escape e unha roda de compresor, xeralmente feita de aliaxe de magnesio , conectada á turbina por un pequeno eixe (fíxate como esta xira a unha velocidade diferente á do motor). O compresor, impulsado en rotación pola turbina, comprime o aire e logo introdúceo no colector de admisión, subministrando aos cilindros do motor máis aire do que poderían aspirar. É un complexo moi eficiente xa que utiliza a enerxía residual dos gases de escape para impulsar a turbina e con ela o compresor. Deste xeito tamén é posible introducir unha maior cantidade de combustible na cámara de combustión, garantindo así unha maior potencia. Non obstante, precisamente en virtude desta potencia ou dun maior consumo, incluso os gases de escape vense obrigados a saír máis rápido, polo que o turbocompresor tamén xirará máis rápido, dando cada vez máis potencia ao motor. O impulsor normalmente supera as 180.000 rpm.

Esta técnica é certamente máis complexa dende o punto de vista estrutural e de control que unha sobrealimentación impulsada mecánicamente. Como xa se mencionou, neste caso non hai ningunha conexión mecánica entre o turbogrupo e o motor, senón só unha de tipo dinámico de fluído. A velocidade de rotación do turbo-soplador de feito establécese nunha velocidade de rotación baseada nun balance de enerxía no turbo-xerador. Como primeira aproximación podemos observar como temos unha relación do tipo

é dicir, a unidade TC aumenta a súa velocidade de xiro a medida que aumenta a carga do motor.

Coincidencia motor-turbogrupo

o acoplamento neste caso é máis complexo que o sobrealimentación por arrastre mecánico. O cálculo das condicións de funcionamento do sistema lévase a cabo mediante un balance das tres condicións fundamentais vixentes no sistema

onde como primeira aproximación podemos considerar para MACs, para Diesel. Neste punto é necesario introducir un pequeno paréntese sobre os dous tipos de turbocompresión empregados actualmente

  • Turbosovraliemntazione a presión constante
  • Turboalimentación de impulso

mediante a explotación de fenómenos non estacionarios no escape é posible modificar o fluxo involutivo e o salto de entalpía que se subministra á turbina, por simplicidade realízanse os cálculos de P = const e logo introdúcense dous parámetros que avalían canto cambia a situación o turbocompresor Impulse

a partir da condición de equilibrio dinámico obtense a correlación que vincula os parámetros funcionais á relación de compresión a través dunha serie de pasos

(A)

con

a partir da expresión do fluxo en evolución nunha turbina simplificada é posible escribir unha segunda relación

do que se obtén

(B)

a partir da relación A e B e das outras condicións de equilibrio é posible debuxar o diagrama en catro cuadrantes a partir dos cales é posible trazar as condicións de uso do turbogrupo

Turboalimentador de xeometría variable

Conceptualmente idéntico a un turbocompresor normal, a maior diferenza con este último é inherente á maior complexidade da estrutura da porca da sección de escape e o mecanismo de control de presión de aumento. O impulsor da porca de escape está de feito rodeado por un certo número de seccións móbiles, postas en marcha, detrás do mando dunha unidade de control electrónico, por un actuador eléctrico ou electro-pneumático, que regulan o ángulo de incidencia dos gases de escape. coas aspas do impulsor ou a velocidade dos gases de escape que chegan a elas. Dependendo da velocidade de rotación do cigüeñal e doutros parámetros, as seccións están pechadas, para favorecer un aumento da velocidade de rotación do eixe do impulsor e, polo tanto, na presión de impulsión e, en consecuencia, na rapidez da resposta do motor a velocidades máis baixas, ou abertas, para favorecer un aumento do caudal de gas na porca e, polo tanto, unha menor caída de presión no sistema de escape a velocidades máis altas.

Isto leva a unha maior flexibilidade e adaptabilidade de comportamento en comparación co turbocompresor de xeometría fixa, que pode regular polo menos con precisión a velocidade de rotación do eixe do impulsor mediante unha válvula de derivación controlada electrónicamente: unha turbina de xeometría variable permite obter, a baixas revolucións, a mesma rapidez na resposta dunha turbina caracterizada por un pequeno desprazamento e, polo tanto, por un impulsor máis pequeno e, a altas revolucións, a menor caída de presión (e, polo tanto, maior potencia) dunha turbina caracterizada por unha porca máis grande e, polo tanto, un impulsor máis grande. O campo de aplicación máis amplo, tendo en conta tamén as condicións de funcionamento dos motores de ignición por compresión , que tamén supoñen unha temperatura máis baixa dos gases de escape, é o dos turbodiéseles de alta presión de inxección , un dispositivo obtido a través de tecnoloxías como a de Common Rail e a de o inxector da bomba .

Turbina de recuperación de potencia

Algunhas aplicacións defínense como turbo-compostos cando, ademais ou no lugar da acción de sobrealimentación, unha fracción da enerxía cinética residual dos gases de escape é extraída a través dunha turbina dedicada (situada augas abaixo do turbocompresor se está presente). un par de rotación impartido polo impulsor relativo ao eixe de transmisión conectado a el (posiblemente mediante un acoplamiento hidráulico ), como en particular motores para camións ou motores antigos de pistón de avión.

Mixto: volumétrico e turbo

A combinación do compresor volumétrico xunto co turbo úsase principalmente en coches de carreiras (por exemplo, en rally) [2] . Esta combinación é útil porque o efecto do compresor volumétrico superior a 3500-4000 rpm é ignorado, debido á densidade do aire e ao tamaño do ventilador, polo tanto utilízase o compresor turbo que explota a alta presión dos gases de escape que xirar a súa turbina sobrealimenta o motor incluso a altas revolucións.

Compresor centrífugo

Icona de lupa mgx2.svg Mesmo tema en detalle: compresor centrífugo .
Impulsor dun compresor centrífugo

O compresor centrífugo utiliza o mesmo principio que o turbocompresor, a principal diferenza é que o impulsor non é activado polos gases de escape senón por unha polea conectada ao eixe do impulsor e conectada por correa a unha das poleas que xiran xunto co motor ., coma se dunha polea de distribución se tratase ou se poida mover cun motor eléctrico.

A vantaxe en termos de potencia desta última solución é moi pequena en comparación co turbocompresor, e a principal causa radica en que ao xirar está restrinxido ao motor (ao contrario do turbo impulsor que xira libremente) o número de revolucións que pode alcanzarse significa que se poden alcanzar altas presións; con todo, a extrema sinxeleza de instalación deste tipo de sobrealimentación significa que se eliminan todos os problemas (e, consecuentemente, os custos) relacionados coa instalación do turbo e convérteo nunha excelente alternativa se o incremento de cabalos dentro dos 80 -99% da potencia inicial (isto no caso de impulsores moi grandes). Unha solución moito máis rara é empregar un compresor centrífugo co impulsor accionado por un motor eléctrico.

A peculiaridade desta instalación reside no feito de que en xeral as transmisións mecánicas úsanse para accionar compresores volumétricos mentres que os dinámicos funcionan cos gases de escape.

Compresor G ou G

Esquema de funcionamento do compresor G

Este tipo de compresor, patentado o 3 de outubro de 1905 pola francesa Léon Creux (patente estadounidense 801182) [3] , caracterízase por dous impulsores en espiral colocados un dentro do outro, un deles fixo, mentres que o outro ten un movemento planetario , sen xirar no seu eixo, durante a rotación estes impulsores tocan e levan o aire desde o exterior dos dous impulsores ata o centro do mesmo, onde se coloca un burato dirixido ao conduto de alimentación [4] . Coñécese comercialmente co nome en inglés de scroll compressor, italianizado por algúns en scroll pump .

Sobrecarga resonante

Dispositivos que explotan a resonancia dos distintos gases

Comprex

Icona de lupa mgx2.svg O mesmo tema en detalle: Comprex .

Composto por un impulsor en forma de cilindro con moitos pasos internos rectos de diferentes diámetros, onde nun extremo hai a inxestión de mestura fresca, mentres que no outro hai a expulsión dos gases esgotados e a interacción destes gases na realización da expulsión acción, o motor estimula a inxestión de gases frescos.

Sobrecarga química

A sobrecarga química é outra forma de introducir máis osíxeno nos cilindros do que normalmente estaría presente só coa succión e consiste en mesturar o aire cun fluído máis osixenado. De feito, a atmosfera só contén aproximadamente un 20% de osíxeno. O composto co que mesturar o aire máis usado na actualidade é o óxido nitroso ( ) que contén aproximadamente un 36% de osíxeno en peso. Introdúcese no colector de admisión a través de boquillas especiais e reacciona en canto entra en contacto con zonas de alta temperatura, liberando osíxeno puro. O aumento de potencia e par é notable, cunha ganancia de ata o 50-60% dos HP dispoñibles. Este é un sistema moi pouco usado, debido a problemas legais, custos, fiabilidade e porque provoca un rápido desgaste do motor. Ademais, os cilindros de óxido nitroso permiten só uns segundos de sobrealimentación efectiva, limitando o sistema a carreiras ou eventos de aceleración. O sistema de inxección de óxido nitroso é quizais o máis coñecido polas siglas NOS do nome da empresa que produciu por primeira vez un sistema para vehículos en 1978 .

Historia

Os primeiros usos da sobrecarga química remóntanse á Segunda Guerra Mundial nos cazas cando se precisaba enerxía extra durante o despegue ou a gran altitude en zonas de aire fraco. Os primeiros intentos foron feitos polos alemáns coa inxección de osíxeno, que garantiu grandes aumentos de potencia pero un desgaste case instantáneo das válvulas de escape, xa que a intensidade da fronte de chama no cilindro tivo o efecto dunha chama de oxiacetileno.

Polo tanto, este sistema podería usarse durante uns poucos segundos, só en manobras de emerxencia durante o combate. Posteriormente, experimentouse con maior éxito o óxido nitroso pero tamén outras mesturas que garantiron o aumento de potencia durante períodos máis longos e sen danos mortais ao motor.

Os primeiros desenvolvementos do automóbil tiveron lugar nos anos sesenta e setenta coa proliferación de carreiras de aceleración (Drag Strips), aínda que os sistemas de derivación aeronáutica empregados fosen moi complexos. Mike Thermos e Dale Vaznaian elaboraron unha excelente simplificación usando un sistema "atornillado", é dicir, "atornillado" e, polo tanto, menos caro e reversible. A boa demanda do mercado levou aos dous creadores á creación de Nitrous Oxide Systems Inc. en 1978, aínda existente e activa na actualidade. Ata o momento, o uso deste tipo de sobrecarga é ilegal en Italia.

Nota

Elementos relacionados

Ligazóns externas

Control da autoridade NDL ( EN , JA ) 00564790