como transformamos as explosões em empuxo?

o nome do jogo de combustão interna é converter energia térmica em movimento. Dentro de um motor, inflamamos um combustível como a gasolina, e os gases de combustível/ar em expansão e quente empurram os pistões. Os pistões para cima e para baixo são conectados ao virabrequim rotativo na parte inferior do motor, transformando esse movimento vertical em movimento alternativo. Conecte tudo a uma transmissão conectada às rodas,e pronto!

como fazemos explosões maiores para mais impulso?

se você já alimentou uma fogueira para fazer s’mores, provavelmente se lembra das três partes do” triângulo de fogo”: ar, combustível e fonte de ignição. É o mesmo na sua fogueira que está dentro do seu motor, com o ar fluindo para a entrada combinando com o combustível de seus injetores de combustível e recebendo ignição de suas velas de ignição.

se quisermos aumentar a potência, precisamos ter certeza de que temos o suficiente dos três componentes do nosso triângulo de fogo. Em um motor, isso significa que, se injetarmos mais combustível, também precisamos ter certeza de que estamos recebendo mais Ar (e, portanto, mais oxigênio) para queimar todo o combustível, pois o combustível extra não queimará, a menos que tenha mais oxigênio para combinar e queimar.

a química tem uma palavra para a quantidade ideal de reagentes em uma equação para equilibrar sem sobras: estequiometria. Em um motor a gasolina, a proporção estequiométrica de ar contendo oxigênio para combustível é de 14,7 partes (em massa) de ar para 1 parte de gasolina.

Entre na indução forçada

“não há substituto para o deslocamento” é uma frase do Big block V8 days, onde mais potência significava motores fisicamente maiores que engoliam mais Ar e combustível. Cilindros maiores podem sugar não apenas mais combustível, mas mais Ar para queimar completamente com o combustível, e isso lhe deu mais energia.

infelizmente, mais tamanho também significa mais peso, então alguns engenheiros, em vez disso, tiveram a ideia de colocar mais ar no motor bombeando-o: em vez de tornar o motor fisicamente maior para sugar mais ar, empurre mais Ar para o mesmo tamanho do motor. O ar pressurizado que está sendo bombeado para o motor é chamado de impulso, com o aumento da pressão em comparação com a pressão do ar ambiente medida em PSI ou bar/kilopascais.

essas primeiras bombas de ar de indução forçada foram chamadas de superchargers, e suas rodas de compressor de lâmina eram movidas pelo próprio motor por meio de correias ou engrenagens acionadas do virabrequim do motor. Estequiometria significa que cada pouco de combustível extra requer 14.7X tanto ar, então não é surpresa que os superchargers usem uma enorme quantidade de energia (às vezes até 20% da potência total do motor!) para bombear todo esse ar ao redor.

mais oomph com menos desperdício – o turbocompressor

o tamanho e o peso são coisas ruins em carros e coisas piores em aviões, que foi um monte de desenvolvimento de indução forçada precoce estava ocorrendo. Não só um motor pesado faz para um avião pesado, mas um motor physcally grande também faz para um volumoso, fuselagem não-aerodinâmica. Nas aeronaves, foi adicionado incentivo para pressurizar o ar de entrada para compensar o ar ficando mais fino em altas elevações, evitando que a potência do motor caísse em alta altitude.

com potência e peso tão premium em aeronaves, o engenheiro aeronáutico Suíço Alfred Büchi teve uma onda cerebral ao se livrar dessa perda de energia de supercharger de 20% : em vez de usar a potência do motor através de uma correia/engrenagens para girar o compressor, conecte a roda do compressor a uma roda de turbina correspondente no sistema de exaustão, capturando energia do fluxo de exaustão desperdiçado como um moinho de vento captura energia da brisa.

Estes primeiros turbina “compressores” ou “turbo-compressores” finalmente passou a poder de muitas corridas de aviões, bombardeiros e caças na década de 1930 e 1940, e foi considerado avançada tecnologia aeroespacial, no momento, com peças rotativas em centenas de milhares de RPMs de turbinas e rodas de expostos ao gás de exaustão temperaturas de até 1800°F/1000°C. a Adopção de uma tal peça de equipamento caro em carros era assim, lentas e experimental em primeiro lugar, com um punhado de modelos como o Chevrolet Corvair que aparecem a partir da década de 1950 com um opcional de motor turbo.

Turbocompressor de desenvolvimento marcharam lado a lado com turbina a gás (motor a jato) desenvolvimento de toda a década de 1950 e 1960. Além de melhores materiais capazes de resistir a altas temperaturas e pressões no lado quente do turbo, o layout geral do turbocompressor, eventualmente, padronizado:

• Frio do lado de habitação, quais as rotas de entrada de ar no para o turbo
  • roda do Compressor, que pressuriza o ar
  • Compressor de ignorar, que se abre quando você retirar o gás para manter o impulso de ar do edifício atrás do acelerador fechada placa e fazendo com que o compressor de travamento
• CHRA (centro de alojamento conjunto rotativo, também às vezes chamado de “cartucho”)
  • Eixo em que o compressor e a turbina rodas estão ambos ligados
  • rolamentos do Eixo para permitir que o eixo para girar livremente
  • de Lubrificação e de arrefecimento
• lado Quente da habitação, que encaminha o ar do coletor de escape para o turbo
  • roda de Turbina, que capta a energia dos gases de escape
  • válvula de descarga, que se abre quando o turbo atinge o alvo impulso e envia extra de escape passado a turbina para não girar mais rápido

Foi a crises energéticas da década de 1970 que realmente empurrou montadoras para iniciar a sério olhando para turbocompressores como uma forma de reduzir o tamanho dos motores (e diminuir a emissão de poluentes e economia de combustível), sem sacrificar o poder.

potência e controle

as décadas de 1970 e 1980 também coincidiram com a revolução do computador, e essas tecnologias avançadas de controle de combustível e motor se mostraram adequadas ao desempenho e longevidade do turbocompressor. Desde os primeiros sensores analógicos de temperatura e vazão na década de 1970 até várias unidades de controle em rede nos anos 2000 e além, os sistemas avançaram para acompanhar a demanda para extrair o máximo de energia possível de uma gota de combustível:

• Lambda Sond (sensor de oxigênio) do sistema, com a Volvo, sendo o primeiro fabricante de automóveis a utilizar esta combinação de sensores, medidor de combustível:
  • Massa do fluxo de ar de sensores para medir a quantidade de ar que vai para o motor
  • injeção Eletrônica de combustível, medidor de fora a proporção correta de combustível para ir com o montante conhecido de ar
  • de Oxigênio (lambda) os sensores de medição de qualquer sobra de combustível ou oxigênio no escapamento para ver o quão perto para 14,7:1 estequiométrica com o motor em funcionamento
• Bata sensores para medir a saúde e tempo de combustão eventos
• Bobina-sobre-ficha de ignição direta, para ajustar a vela de ignição de temporização para evitar bater
• Digitial Unidades de Controle do Motor (Ecu) para melhorar continuamente a medida de todas estas entradas e ajustar as saídas
• Solicitação de Torque do motor de gestão de regimes, a
  • A: descobrir exatamente o quanto de energia o driver (através do driver do pé direito sobre o pedal do acelerador) está pedindo
  • B: “trabalhe para trás”, calculando a menor quantidade de acelerador aberto, combustível e impulso necessária para atingir o alvo de potência do motorista

carga e temperaturas do motor finamente controladas, tolerâncias e equilíbrio de usinagem mais rígidos e ligas mais avançadas desempenharam seu papel na melhoria da confiabilidade e desempenho do turbocompressor. À medida que os anos 80 e 90 avançavam, a turbocompressão tornou-se mais mainstream, com saídas de potência previsíveis e turbo time-between-overhauls atingindo agora 100.000 milhas ou mais.

o design Turbo também estava mudando, primeiro com Solenóides a vácuo controlados por computador abrindo e fechando o wastegate para controlar o impulso geral e com mudanças fundamentais no próprio turbo, como caixas de turbina de rolagem dupla e geometria variável, aumentando a eficiência do turbo, extraindo o máximo de energia possível do fluxo de escape. À medida que continuamos marchando até o século 21, Os turbocompressores são fundamentais para extrair a máxima eficiência dos motores de combustão antes que os veículos elétricos estejam prontos para assumir o Controle nos carros convencionais. O turbo está conosco há quase tanto tempo quanto o próprio carro, mas ainda tem algum trabalho a fazer.

para obter informações mais detalhadas sobre componentes do turbocompressor e serviço de sistema, consulte nosso artigo sobre problemas comuns de turbo.