Ce este și cum funcționează un turbocompresor

Multe dintre mașinile moderne, care au motor cu ardere internă, sunt echipate cu un turbocompresor. Acesta crește performanța autovehiculelor diesel sau pe benzină și îmbunătățește consumul de combustibil. Sistemul a fost dezvoltat și prezentat, pentru prima dată, în anul 1915, de către elvețianul Alfred J. Büchi. Odată cu evoluția tehnologiei, industria auto a început să producă însă și turbocompresoare electrice. Descoperă mai departe ce reprezintă și cum funcționează acest sistem ingenios, dar și care este impactul său asupra motorului.

Cum a apărut turbocompresorul

Amplificarea puterii și diminuarea consumului prin precomprimarea aerului de ardere au fost investigate încă din anii 1885 și 1896, de către Gottlieb Daimler și Rudolf Diesel. Însă, primul care a avut succes în ceea ce privește turbocompresia gazelor de eșapament, în 1905, a fost Alfred J. Büchi, care a obținut o creștere a puterii de peste 40%. El și-a brevetat invenția mai târziu, în anul 1925, principiile sale referitoare la turboalimentare fiind valabile și în zilele noastre.

Primele turbocompresoare au fost instalate, inițial, doar la motoarele foarte mari, precum la nave și locomotive. În industria auto, primul motor cu turbocompresor a fost dezvoltat pentru camioane, de către „Swiss Machine Works Saurer”. Ulterior, autoturismele Chevrolet Corvair Monza și Oldsmobile Jetfire, au folosit pentru prima dată turbocompresor, debutând pe piața americană în 1962, respectiv 1963.

În anii ‘70, motoarele cu turbocompresor au devenit foarte popular, în special pentru că au fost introduse în cursele de Formula I. Aproape fiecare producător auto oferea, la acea vreme, cel puțin un model de top echipat cu motor turbo. Totuși, deși mai puternic, motorul nu a fost economic. În plus, „turbo-lag”, adică răspunsul întârziat al turbocompresorului, era atunci încă relativ mare.

Ce este un turbocompresor

Cunoscut și sub numele de turbină sau turbosuflantă, turbocompresorul este un dispozitiv de inducție forțată. Acesta are rolul de a mări eficiența și puterea unui motor cu combustie internă, forțând aer suplimentar în camera de ardere. Adevărata descoperire a acestui sistem inventat de Alfred J. Büchi, pentru autoturisme, a fost realizată abia în 1978, prin introducerea pe piață a primului autoturism cu motor turbo diesel, Mercedes-Benz 300 SD. Mai târziu, în 1981, Volkswagen a lansat VW Golf Turbo Diesel. Cu ajutorul turbinei, eficiența autoturismelor cu motor diesel a fost crescuta, iar emisiile reduse semnificativ.

În prezent, turbocompresorul este considerat un sistem de supraalimentare care îi permite vehiculului să primească mai multă putere, dar cu un consum mai mic. Acest lucru este datorat recirculării gazelor de eșapament, care, la rândul lor, diminuează emisiile poluante de dioxid de carbon.

Cum funcționează un turbocompresor

În linii mari, turbocompresorul este alcătuit din două părți, respectiv turbina și compresorul, interconectate cu ajutorul unui ax. Folosind energia oferită de gazele care rezultă în urma arderii combustibilului, aspiră aer din atmosferă, îl comprima, după care îl introduce în camera de ardere a cilindrilor. Având în vedere faptul că, un plus de oxigen, înseamnă o ardere mult îmbunătățită a combustibilului, rezultă astfel mai multă putere.

În timpul procesului de comprimare, aerul se încălzește foarte mult. De aceea, turbocompresoarele motoarelor moderne au în componența lor un intercooler, care scade temperatura aerului. Astfel, dacă o temperatură mai scăzută înseamnă o densitate mai mare a aerului, în camera de ardere poate pătrunde o cantitate mai mare de oxigen.

Referitor la presiunea refulată, aceasta este controlată fie cu ajutorul unei supape (Wastegate), care reglează debitul de gaze arse ce intră în turbină, fie cu ajutorul unor serii de palete, în cazul turbocompresoarelor moderne.

Ce tipuri de turbocompresoare există

În funcție de structură, se pot distinge mai multe tipuri de turbocompresoare, și anume:

• Turbocompresor cu geometrie fixă (TGF) – este cel mai simplu model, cel mai ieftin și fiabil de pe piață;
• Turbocompresor cu geometrie variabilă (TGV) – încorporează piese mobile în interiorul turbinei, lame, care îi permit să varieze secțiunea de admisie a gazelor de eșapament, lucru ce îmbunătățește semnificativ performanța motorului. Este mai puțin fiabil decât modelul cu geometrie fixă și poate suferi o uzură mai accelerată;
• Turbocompresor cu două intrări (Twin Scroll) – poate avea geometrie fixă ori variabilă. Particularitatea sa este că poate bifurca gazele de eșapament, împiedicând astfel amestecarea gazelor de admisie cu cele de ieșire. În acest mod, turbocompresorul oferă o livrare progresivă a puterii și cuplului, precum și un răspuns mai bun la virajele scăzute;
• Turbocompresor electric – deși păstrează conceptul de bază al turbocompresorului, acesta adaugă și un motor electric controlat de ECU, calculatorul de bord al mașinii.

Ce trebuie să știi despre turbocompresorul electric

Întrucât este vorba despre un concept modern și în plină dezvoltare, trebuie să cunoști câteva lucruri și despre turbocompresorul electric. Acesta este alimentat de gazele de evacuare generate de motor, ca și turbosuflanta convențională, dar include fie un mic compresor de aer alimentat de un motor electric, fie un motor electric pentru a porni turbina, atunci când nu există suficiente gaze de eșapament. Practic, turbina este decuplată mecanic de la compresor și transferul puterii între cele două elemente se realizează printr-o conexiune electrică. Astfel, se îmbunătățește eficiența aerodinamicii, eficiența de combustie și a răspunsului tranzitoriu al motorului.

Un turbocompresor electric reduce considerabil numărul de conducte aflate sub capotă, este mai ieftin și are mai puține pierderi. Prin înlocuirea cuplajului cu un motor și un generator, turbina și compresorul pot funcționa la viteze diferite. În acest fel, se optimizează viteza compresorului, în timp ce viteza turbinei este îmbunătățită pentru eficiență. Mai precis, decuplarea îi permite turbinei să recupereze și sa stocheze energia din gazele de eșapament atunci când un turbocompresor standard nu ar putea face asta.

Turbocompresorul electric ajută producătorii de automobile să respecte legislația privind emisiile poluante. Totodată, oferă un răspuns excelent de funcționare al motorului, până și la turații reduse. Emisiile de CO2 se pot diminua cu 60% sau mai mult, este îmbunătățită economia de combustibil, totul fără pierderi de performanță sau manevrabilitate.

Din ce cauze se poate defecta turbocompresorul

Este important de știut că piesele componente ale turbocompresorului sunt realizate în mod precis și au toleranțe mici. Turațiile pe care le pot atinge sunt de până la 240.000 rotații/minut. Aceste solicitări impun o echilibrare perfectă și un debit de ulei adecvat.

În ceea ce privește construcția sa, turbocompresorul nu pierde ulei, pentru că nu există garnituri. Axul care conectează turbina de compresor este fixat în carcasă cu ajutorul unor rulmenți fluizi. Aceștia funcționează pe pernă de ulei și au rolul de a reduce frecările, pentru că sunt lubrifiați și răciți cu ulei de motor. Defecțiunile care pot apărea la turbocompresor pot fi determinate de:

• Ulei de slabă calitate;
• Nivel scăzut al uleiului în baie;
• Filtru de aer încărcat, ce obstrucționează admisia normală a aerului;
• Corpuri străine sau combustibil în ulei;
• Conducte de ulei înfundate în motor;
• Apariția unor probleme la sistemul de evacuare;
• Funcționarea la turații extreme;
• Ulei cu durata de serviciu depășită, care nu poate asigura ungerea corectă a axului turbinei.

Turbocompresorul este proiectat altfel încât să aibă o durată de viață mai mare decât cea a motorului. Cu toate acestea, uzura obișnuită, modul de întreținere și exploatare pot conduce la deteriorarea sistemului. Prețul unui element nou poate fi uimitor de mare, așa că o opțiune avantajoasă o reprezintă achiziția turbosuflantei de la dezmembrări auto .