Toda a informação relevante sobre os turbocompressores e componentes MAHLE Original.

Projeto e função do turbocompressor

Materiais: para a segurança de pessoas, motores e do meio ambiente – somente o melhor

Os componentes do turbocompresssor são fundidos a partir de alumínio ou aço testado e as turbinas são feitas com materiais resistentes a altas temperaturas.

Juntamente com um projeto refinado, isto garante excelentes propriedades. Mas, naturalmente, há sempre espaço para melhoria. Uma equipe de engenheiros de produto e processo está trabalhando constantemente no desenvolvimento contínuo dos processos de manufatura, montagem e teste. Exemplos incluem usinagem de alta velocidade, tecnologia de junção, tecnologia para balanceamento e revestimento com materiais líquidos e sólidos.

As exigências impostas aos nossos turbocompressores são difíceis

Velocidades acima de 300.000 rpm, temperaturas dos gases de escape acima dos 1.000 °C.

O material tem que resistir muito ao mesmo tempo em que atinge um alto nível de eficiência. Atender a estes requisitos ao longo de uma ampla área do mapa de operação requer o mais alto nível de conhecimento em desenvolvimento e manufatura de precisão. A MAHLE desenvolveu um novo processo que integra desenvolvimento e manufatura.

Simulações de ponta, duros testes e produção controlada por computador trazem para a oficina de reparação turbocompressores de alto padrão. A elevada qualidade de sua fundição e seu balanceamento preciso fazem deles produtos exclusivos. Como se poderia esperar da MAHLE.

O balanceamento operacional simula diferentes condições de operação e identifica desbalanceamento dinâmico.

O eixo e a roda da turbina são feitos de materiais diferentes, mas os engenheiros da MAHLE usam soldagem por feixe de elétrons para produzir uma conexão extremamente precisa e segura.

Prontos: Turbocompressores MAHLE Original

O desempenho de um motor de combustão depende enormemente do volume do ar disponível para a combustão. Os turbocompressores são usados para aumentar este volume:  eles usam a energia contida nos gases de escape para pré-comprimir o ar da admissão e injetar uma maior massa de ar – e, assim, mais oxigênio – no motor, buscando uma combustão mais eficiente.

Graças à turbocompressão dos gases de escape, é possível aumentar o torque e potência máxima (para um volume constante de trabalho) e aumentar a pressão efetiva média sem extrair potência mecânica do motor, como acontece no caso da compressão mecânica do ar de admissão usando-se um compressor. Esta melhoria pode ser usada para entregar um motor mais potentes com dimensões praticamente idênticas ao original. Ou – e esta é a mais recente tendência – abrir caminho para conceitos de downsizing, com reduzidos consumo de combustível e emissões de CO2, sem sacrifício do desempenho.

Desenvolvimento contínuo da turbocompressão dos gases de escape: engenharia em modo turbo.

Os futuros turbocompressores de gases de escape explorarão o potencial para aumentar eficiência resposta e comportamento acústico. Isto reduzirá ainda mais o consumo do combustível e as emissões de CO2. A proporção de motores turbocomprimidos aumentará de constantemente devido ao desenvolvimento contínuo da tecnologia da turbocompressão. Na próxima década, o motor de combustão manterá sua posição dominante sobre os trens de força alternativos.

Projeto e função dos componentes

Controle da pressão de alimentação

Turbocompressores de gases de escape entregam um grande torque do motor mesmo em baixas velocidades, com um pequeno fluxo de massa de gases de escape (torque de baixa rotação).

A pressão de alimentação é regulada para evitar que o turbocompressor sobrecarregue o motor quando em altas velocidades.

Turbocompressores de gases de escape também oferecem a opção de “sobrealimentação”, termo que se refere ao aumento excessivo temporário na pressão de alimentação, por exemplo, quando o motor é acelerado.

Quando o motor está em alta velocidade, a válvula de alívio desvia parte do fluxo de escape que iria para a turbina. Isto reduz o fluxo do escape através da turbina e reduz a pressão. Quando o motor está em baixa velocidade, a válvula de alívio fecha e todo o fluxo de escape atua na turbina e, assim, no compressor.

O portfólio de produtos inclui válvulas de alívio para controle de pressão de alimentação para todos os motores diesel e gasolina com potência de até 560 kW. A válvula de alívio para controle da pressão de alimentação destaca-se por sua boa durabilidade funcional.

O mecanismo da turbina de geometria variável usa palhetas ajustáveis para regular a pressão de alimentação independentemente da velocidade do motor. Para produzir alta pressão de alimentação com o motor em baixas velocidades, as palhetas são ajustadas de forma a criar um corte seccional mais fechado na entrada, o que aumenta a velocidade do fluxo dos gases de escape. A maior energia cinética dos gases de escape é transferida para a turbina e aumenta sua velocidade de rotação.

Quando o motor está a alta velocidade, as palhetas expõem uma seção maior do duto de admissão e o fluxo de gases de escape atinge o lado interno das lâminas da turbina com uma velocidade muito menor.

Turbina de gases de escape

A roda da turbina, juntamente com a carcaça da turbina, a válvula de alívio e a VTG formam a turbina de gases de escape.

Os gases quentes de escape giram a turbina e são convertidos em energia cinética quando a turbina acelera para até 300.000 rpm. Os gases de escape fluem através da roda da turbina na direção radial e saem na direção axial. A geometria da turbina (roda da turbina & carcaça) é ajustada individualmente, de maneira otimizada, junto com a válvula de alívio ou VTG, para atender aos requisitos do motor. Ferramentas comerciais e caseiras podem ser usadas para produzir rapidamente uma representação gráfica de um ajuste personalizado.

Carcaça da turbina

A carcaça certa para cada aplicação:

  • Carcaça de turbina padrão monofluxo
  • Carcaça de turbina bifluxo
  • Carcaça de turbina com coletor de escape integrado

Materiais de alta dureza, resistentes ao calor, estão disponíveis para atender aos mais altos requisitos de temperatura dos motores a gasolina (> 1.000°C),

Turbina bifluxo

Para evitar influência mútua dos fluxos dos gases de escape durante a troca de gases, os gases de escape são conduzidos através de dois dutos separados, dos cilindros à carcaça da turbina. A turbina pode ser posicionada próxima às válvulas de escape para evitar perda de entalpia nos gases de escape. Isto produz boa eficiência da turbina e, assim, boa resposta do motor.

Compressor

O compressor consiste do impulsor, do difusor e da carcaça do compressor.

Assim como a turbina dos gases de escape, o compressor é ajustado de forma otimizada e específica para o motor. O impulsor radial do compressor transfere a maior parte da energia cinética fornecida pela turbina para o fluxo do ar.

Isto faz a pressão requerida aumentar em um difusor situado na carcaça do compressor. São usados impulsores de alta resistência, usinados com precisão, feitos de ligas de alumínio. Isto garante elevada aceleração e melhora o torque em baixas rotações. A geometria uniforme do impulsor reduz enormemente o ruído de pulsação.

Para requisitos de desgaste mais exigentes, o impulsor pode ser revestido. Isto pode ser necessário, por exemplo, quando se usa recirculação de gases de escape de baixa pressão.

Carcaça do compressor

A carcaça do compressor é completamente otimizada em termos de aerodinâmica. Características adicionais estão disponíveis para ampliar a faixa utilizável de operação. Para isto, foram desenvolvidos sistemas de recirculação para estabilizar as curvas características do compressor.