Tuning motor - Supraalimentarea, partea 2

Ce este Turbo Lag-ul?

Timpul necesar pentru a aduce turbo la o viteza la care poate functiona in mod eficient se numeste lag turbo. Acest lucru este observat ca o ezitare in raspunsul pedalei de acceleratie atunci cand este apasata la maxim de la relanti. Acest simptom este dat de timpul necesar pentru sistemul de evacuare ce actioneaza turbina sa se presurizeze, precum si pentru ca turbina sa-si depaseasca inertia de rotatie si sa ajunga la viteza necesara pentru a forma presiune. Compresorul mecanic nu intampina aceasta problema. Turbocompresorul nu va dezvolta suficienta presiune la o turatie mica a motorului, iar motorul se va comporta ca unul aspirat.

Lag-ul poate fi redus prin scaderea inertiei de rotatie a turbinei, de exemplu, prin utilizarea pieselor componente mai usoare, pentru a permite o crestere a rotatiilor mai rapida si de la o turatie a motorului mai mica. Turbinele ceramice sunt cele mai laudate in acest sens, din pacate fragilitatea lor relativa limitand maximul de boost pe care acestea il pot oferi. O alta metoda pentru a reduce lag-ul este modificarea traseului de gaze din turbina pentru o actionare mai rapida a palelor sau folosirea unor rulmenti cu bile in schimbul rulmentilor cu ulei. Acestia contribuie la o reducere a frictiuni si o mai buna accelerare a ansamblelor turbinei.

Ce este wastegate-ul?

Invartindu-se la turatii relativ mari, compresorul forteaza o cantitate de aer foarte mare in motor. Avand in vedere ca volul aerului fortat de compresor depaseste capacitatea volumetrica a motorului, se formeaza o presiune mare in galeria de admisie.Viteza de miscare a ansamblelor este proportionala cu presiunea aerului comprimat si masa totala a fluxului de aer. Din moment ce un turbocompresor poate atinge foarte multe rotatii pe minut, mult peste ce ii este necesar,  viteza trebuie controlata. Wastegate-ul este cel mai comun sistem mecanic folosit pentru a mentine controlul si este adesea controlat de un boost controller manual sau electronic. Functia principala a unui wastegate este de a permite unei parti din gazele de evacuare sa treaca pe langa turbina atunci cand presiunea necesara este atinsa in galeria de admisie. Turbocompresoarele folosite in productia de serie au Wastegate-uri mecanice incorporate ce sunt compuse dintr-o parghie echipata cu un arc in diafragma ce ii permite sa revina la pozitia initiala dupa ce presiunea a fost eliberata in atmosfera

Anti-surge/dump/blow off valves

Motoarele turbo ce opereaza cu clapetele de accelerare larg deschise si turatii mari necesita o cantitate mare de aer intre turbocompresor si galeria de admisie a motorului. Cand clapeta de  accelerare se inchide aerul comprimat se va lovi de aceasta neavand unde se duce. Acest lucru provoaca o crestere brusca, care poate ridica presiunea de aer la un nivel ce poate deteriora turbina. In cazul in care presiunea creste suficient de mult, aceasta va bloca compresorul, caz in care aerul va fi decomprimat si eliminat prin compresor. Cursul invers al aerului peste pala compresorului face ca axul sa-si reduca viteza mai repede decat normal, putand deteriora turbocompresorul. Pentru a preveni acest eveniment neplacut, o supapa este montata intre turbocompresor si admisie pentru a permite eliminarea presiunilor formate atunci cand clapa de accelerare se inchide. Acestea sunt cunoscute sub numele de Diverter, Bypass, Blow-off valve(BOV) sau Dump valve.

Utilizarea principala a acestor supape este de a mentine turbocompresorul la o turatie mare. Aerul este de obicei recirculat in admisie ( Diverter sau Valve-by-pas ), dar poate fi si degajat in atmosfera (Blow of valve). Recircularea in admisie este folosita la motoarele ce folosesc debitmetru ( mass-airflow ) deoarece evacuarea aerului in atmosfera depresurizeaza traseul si asta face ca senzorul debitmetrului sa dea o informatie eronata. Valvele ce recircula aerul scurteaza timpul in care turbina reajunge la rotatiile necesare dezvoltarii presiuni setate deoarece sistemul isi pastreaza presiunea neevacuand aerul in atmosfera.

Intercoolerul

Compresarea aerului face ca acesta sa atinga temperaturi ridicate, lucru ce poate determina detonatii ce pot fi letale motorului. Atunci se instaleaza un turbocompresor, de obicei, si un intercooler, un fel de radiator ce are proprietati foarte bune de schimbare a temperaturilor. In setarile in care nu este folosit intercoolerul, o practica des intalnita este aceea de a introduce mai multa benzina in motor strict pentru a ajuta la racire, carburantul in exces nefiind ars, ci absorband caldura si disipand-o in momentul in care trece de la starea lichida la starea vaporoasa. Carburantul evaporat pastreaza caldura pana cand vaporii sunt eliminati pe evacuare. Aceasta proprietate termodinamica permite fabricantilor sa obtina puteri mult mai mari folosind excesul de carburant in dezavantajul emisiilor si a consumului.

Boost-ul

In lumea auto, boost-ul reprezinta surplusul de presiune generat de turbocompresor in galeria de admisie ce depaseste presiunea atmosferica. Presiunea atmosferica este aproxiamtiv 14.7 psi, adica 1 bar, iar tot ce este peste aceasta presiune, se considera Boost. Nivelul Boost-ului poate fi aratat pe un ceas de presiune, de obicei este masurat in BAR, PSI sau kPa. Boost-ul reprezinta plusul de presiune peste ceea ce ar folosi un motor aspirat. Presiunea in atmosfera nu trebuie confundata cu volumul de aer pe care o turbina il poate comprima.

Remote Installation

Turbocompresoarele sunt uneori instalate foarte departe de motor, chiar in locul tobei finale. Asemenea instalari necesita o turbina cu un A/R foarte mic datorita volumului si vitezei gazelor redusa. Pentru aplicatiile de joasa presiune nu este necesar un intercooler deoarece traseul fiind foarte lung de la turbocompresor la motor face ca aerul sa se raceasca in mod natural. O instaltie de acest gen poate functiona cu 300-600 de grade mai rece decat cele cu turbocompresor montat in compartimentul motor, asa ca probabilitatea de ungere deficienta din cauza temperaturii este foarte scazuta.

Setup-ul in paralel.

Unele motoare, in general motoarele in V folosesc, doua turbocopresoare identice, fiind separat instalate pe cele doua galerii de evacuare. Turbinele folosite sunt de dimensiuni mai mici , insa presiunea adunata este egala cu cea dezvoltata de un turbocopresor de dimensiuni mai mari Castigul celor doua turbine mai survine si datorita capacitatii de a atinge vitezele de rotatie pentru dezvoltare presiunii mult mai repede dat fiind dimensiunile reduse. Aceste configuratii sunt cunoscute sub numele de TWIN TURBO. Prima masina ce a avut instalata aceasta configuratie a fost Maserati Biturbo, la inceputul anilor 80, mai tarziu fiind folosita si pe alte masini cum ar fi Nissan GT-R, Mitsubishi 3000GT VR-4, Nissan 300zx.

Setup-ul in serie
Unii fabricanti de automobile compenseaza LAG-ul prin folosirea a doua turbocompresoare de dimensiuni reduse. Cum functioneaza acest setup? Simplu! O turbina este montata pentru a functiona pe intreaga plaja de turatii a motorului, cea de-a doua venind in ajutor numai la turatii ridicate. Inaintea atingerii turatilor ridicate, atat admisia, cat si evacuarea celui de-al doilea turbocompresor sunt inchise. Aceste turbocompresoare fiind de dimensiuni reduse, nu sufera de LAG si avand cea de-a doua turbina functionala la turatii ridicate, face ca aceasta sa-si atinga viteza de rotatie optima inainte ca aceasta sa fie ceruta. Aceste setup-uri sunt cunoscute sub numele de Sequential twin-turbo. Porsche a fost primul care a folosit aceasta tehnologie in anii 1985, pe motorul lui Porsche 959. Aceasta tehnologie este mai dificila decat cea SINGLE sau TWIN-TURBO deoarece necesita trei seturi de admisii si tevi pentru wastegate pentru cele doua turbocompresoare si valvele ce controleaza directia gazelor de evacuare. Multe motoare diesel folosesc aceasta tehnologie in prezent pentru a reduce LAG-ul si reducere consumul de carburant & emisiile.