cummins SEMPLIFICATO: I TIPI DI TURBOCOMPRESSORI

I principali tipi di turbocompressori sono i turbocompressori a geometria fissa, i turbocompressori Wastegate e i turbocompressori a geometria variabile. I produttori di motori considerano diversi fattori quando scelgono il tipo di turbocompressore più adatto al loro motore e alla loro applicazione. Questo articolo ti aiuterà a capire le differenze fondamentali tra questi tipi di turbocompressori. Se ti interessa, puoi anche leggere come Cummins ha avuto successo nel testare a freddo i suoi turbocompressori.

I turbocompressori aumentano il flusso d'aria verso i cilindri del motore, consentendo una maggiore densità di potenza del motore e migliorando la combustione. I turbocompressori utilizzano l'energia dei gas di scarico del motore per far ruotare una turbina ad alta velocità. Un albero collega la ruota della turbina alla ruota del compressore. Il compressore rotante aumenta la pressione e il flusso di aria fresca verso il motore.

Le differenze tra i tipi di turbocompressori descritti in questo articolo si basano sul modo in cui i gas di scarico vengono manipolati prima di raggiungere la ruota della turbina.

Turbocompressori a geometria fissa
Il gas di scarico passa attraverso l'alloggiamento della turbina del turbocompressore prima di raggiungere la ruota della turbina. La cavità nell'alloggiamento della turbina è chiamata voluta. Con i turbocompressori a geometria fissa, il 100% dei gas di scarico passa attraverso la voluta per arrivare alla ruota della turbina. La ruota della turbina e la forma della voluta influenzano il turbocompressore e le prestazioni del motore. L'alloggiamento della turbina e le geometrie delle ruote sono state progettate per ottimizzare le prestazioni a vari regimi e carichi del motore. Alcuni turbocompressori a geometria fissa includono anche un ugello con palette fisse per migliorare le prestazioni della turbina in condizioni operative specifiche.

I vantaggi dei turbocompressori a geometria fissa, rispetto alle altre tipologie, sono la semplicità del progetto, il basso costo e le dimensioni ridotte. Lo svantaggio principale è la mancanza di flessibilità nell'ottimizzazione delle prestazioni del motore. Data la geometria fissa, è necessario scendere a compromessi tra la risposta transitoria ottimale del motore, la capacità di coppia di picco e il regime e la potenza nominale del motore.

I turbocompressori a geometria fissa sono spesso utilizzati nei motori che funzionano a un regime costante. Questo include motori utilizzati per la produzione di energia e grandi applicazioni industriali e per il settore marittimo. I turbocompressori a geometria fissa sono raramente utilizzati nelle applicazioni stradali.

Turbocompressori Wastegate
Il turbocompressore Wastegate è simile a un turbocompressore a geometria fissa con l'aggiunta di una valvola wastegate nell'alloggiamento della turbina. Quando la valvola è aperta, una parte del gas di scarico bypassa la ruota della turbina e ne riduce la velocità. Questo aiuta a regolare il flusso d'aria dal compressore al motore. Con i turbocompressori Wastegate è possibile scegliere un alloggiamento della turbina più piccolo per aumentare il flusso d'aria al motore a bassi regimi. Questo migliora la risposta del motore e l'accelerazione del veicolo. La valvola wastegate viene quindi aperta a regimi più elevati per evitare di sovralimentare il motore e per fare in modo che il turbocompressore non superi il suo limite di velocità di rotazione.

Rispetto ai turbocompressori a geometria fissa, un grande vantaggio dei turbocompressori Wastegate è che offrono una maggiore flessibilità nell'ottimizzazione delle prestazioni del motore. Uno degli svantaggi è che i turbocompressori Wastegate sono leggermente più costosi e di dimensioni maggiori a causa dell'aggiunta di un attuatore (un componente che produce forza o coppia) per azionare la valvola Wastegate. Gli attuatori possono essere pneumatici (meccanici) o elettrici.

I turbocompressori Wastegate sono utilizzati principalmente in applicazioni che funzionano a regimi e carichi variabili del motore. Questi motori sono utilizzati in diverse applicazioni on-highway e off-highway.

Turbocompressori a geometria variabile
I turbocompressori a geometria variabile sono più complessi di quelli a geometria fissa e Wastegate. I turbocompressori a geometria variabile funzionano variando l'area del passaggio di scarico immediatamente prima che il gas di scarico entri nella turbina. La riduzione dell'area aumenta la pressione e la velocità del gas di scarico che entra nella turbina. Questo a sua volta aumenta la pressione di sovralimentazione e il flusso d'aria al motore quando lo si desidera. Gli autocarri per impieghi gravosi che operano in ambienti diversi con carichi variabili possono essere un ottimo esempio dell'utilità dei turbocompressori a geometria variabile.

I turbocompressori a geometria variabile possono essere più costosi di altri tipi di turbocompressori. Sebbene siano costosi, i turbocompressori a geometria variabile offrono il vantaggio di una significativa ottimizzazione delle prestazioni del motore in un'ampia gamma di regimi e carichi. Questi turbocompressori possono essere utilizzati anche per migliorare la frenata del motore, per gestire il ricircolo dei gas di scarico e per supportare la gestione termica del post-trattamento dei gas di scarico. Il brevetto Holset VGTTM di Cummins continua a garantire prestazioni e durata superiori dei turbocompressori nelle applicazioni commerciali.

I turbocompressori a geometria variabile sono utilizzati in un'ampia gamma di applicazioni per contribuire a soddisfare le più severe normative sulle emissioni. Si trovano principalmente in applicazioni on-highway e off-highway con velocità e carichi variabili del motore, perché aiutano a garantire prestazioni ottimizzate in molte applicazioni e cicli di lavoro.

I produttori di motori considerano diversi compromessi quando scelgono i turbocompressori e le architetture di trattamento dell'aria. Alcuni motori utilizzano un singolo turbocompressore, mentre altri utilizzano più turbocompressori disposti in serie o in parallelo.

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