Optimización del sistema turbo

El sitio web GarrettMotion.com contiene mucha información útil. Contiene información de productos sobre turbos, intercoolers y kits de turbo. Explica la nomenclatura del modelo de Garrett, repasa la tecnología y el desarrollo de productos de Garrett, así como nuestra participación con los OEM y los deportes de motor. Contiene tutoriales técnicos escritos por los ingenieros desde el nivel Básico hasta el Avanzado, hasta el nivel Experto, donde se usan fórmulas detalladas para trazar los puntos de operación en los mapas del compresor para ayudar a seleccionar el turbo correcto.

También contiene noticias y en qué eventos estaremos a lo largo del año, así como un localizador de distribuidores. La web dispone de amplia información, tanto general como técnica. No importa cuál sea su nivel de experiencia, encontrará información que lo ayudará con su aplicación específica o simplemente aumentará su conocimiento sobre turbos y sistemas de turbos.

Lo más importante que debe comprender antes de diseñar un sistema es el uso de la aplicación y su objetivo de potencia. ¿Se va a utilizar para carreras en carretera, carreras de resistencia o deriva o tal vez un coche de calle? El uso previsto afecta en gran medida la selección del turbo así como los componentes del sistema.

Un sistema turbo que funciona bien para un auto de arrastre de 9 segundos probablemente no funcionará bien para un auto de derrapes o un auto de carrera (obtenga más información sobre cómo funciona un turbo). También debe tener en mente una potencia objetivo en el volante. El valor de los caballos de fuerza se utilizará para ayudar a diseñar todo el sistema. Un turbo que es demasiado grande girará muy lento y un turbo que es demasiado pequeño no producirá la potencia que desea.

Vaya a www.GarrettMotion.com o Boost Adviser.com

Cada turbo tiene un rango de potencia y desplazamiento. Estos valores están en todas las páginas turbo de rendimiento. La clave para identificar tus coincidencias turbo potenciales se encuentra dentro de estos rangos. ¿Cuál es su potencia objetivo? ¿Cuál es la cilindrada de tu motor? A continuación, busque los turbocompresores que se ajusten a sus requisitos.

Es importante dimensionar adecuadamente el filtro de aire para el caudal máximo de la aplicación. Se utiliza una velocidad frontal objetivo de ≤130 pies/min en la línea roja para minimizar la restricción y proporcionar al turbo el aire necesario para que funcione de manera óptima. Si el turbo no tiene acceso a la cantidad adecuada de aire, ocurrirá una restricción excesiva y causará:

• Fuga de aceite del anillo del pistón del lado del compresor, lo que resulta en pérdida de aceite, un intercooler obstruido y posiblemente humo fuera del tubo de escape. falla del turbo

Ejemplo:Velocidad frontal = 130 pies/minFlujo de masa = 40 lbs/minDensidad del aire = 0,076 lbs/ft³Flujo de masa (lbs/min) = Caudal volumétrico (CFM) x Densidad del aire (lbs/ft³)

Tasa de flujo volumétrico (CFM) = Flujo másico (lbs/mn) / Densidad del aire (lbs/ft³)

Tasa de flujo volumétrico = 526 CFMPara aplicaciones gemelas, divida el caudal por 2

Velocidad frontal (ft/min) = Tasa de flujo volumétrico (CFM) / Área (ft²)

Área (ft²) = CFM / Velocidad de la cara (ft/min)

Área (pies²) = 526 / 130 = 4,05

Área (en²) = 4,05 x 144

Área= 582 in²

Cómo determinar el tamaño del filtro una vez que conoce el área calculada

Área (in²) = altura del pliegue x profundidad del pliegue x número de pliegues x 2

Área (in²) = 9,00 x 0,55 x 60 x 2

Área = 594 in²

Área de filtro real (594 in²) > Área calculada (582 in²)

Se recomienda un restrictor de aceite para un rendimiento óptimo con turbocompresores con cojinetes de bolas. Se recomienda una presión de aceite de 40 a 45 psi a la velocidad máxima del motor para evitar daños en las partes internas del turbocompresor. Para lograr esta presión, normalmente será suficiente un restrictor con un orificio de 0.040", pero siempre debe verificar la presión de aceite que ingresa al turbo después del restrictor para asegurarse de que los componentes funcionen correctamente. La alimentación de aceite recomendada es -3AN o -4AN línea o manguera/tubo con un ID similar Como siempre, use un filtro de aceite que cumpla o exceda las especificaciones del OEM.

LA FUGA DE ACEITE NO DEBE OCURRIR EN UN SISTEMA QUE FUNCIONA CORRECTAMENTE SI NO SE UTILIZA EL RESTRICTOR A MENOS QUE LA PRESIÓN DEL SISTEMA SEA EXCESIVAMENTE ALTA.

Los cojinetes lisos funcionan de manera similar a los cojinetes de biela o cigüeñal de un motor: se requiere presión de aceite para mantener los componentes separados. Por lo general, no se necesita un restrictor de aceite, excepto en el caso de fugas inducidas por la presión del aceite. La alimentación de aceite recomendada para turbocompresores con cojinetes lisos es -4AN o manguera/tubo con un DI de aproximadamente 0,25". Asegúrese de usar un filtro de aceite que cumpla o exceda las especificaciones del OEM.

En general, cuanto mayor sea el drenaje de aceite, mejor. Sin embargo, un -10AN suele ser suficiente para un drenaje de aceite adecuado, pero trate de no tener un diámetro interior más pequeño que el orificio de drenaje en la carcasa, ya que esto probablemente hará que el aceite se acumule en la carcasa central. Hablando de una acumulación de aceite en la carcasa central, ¡una alimentación por gravedad debe ser solo eso! La salida de aceite debe seguir la dirección de la gravedad +/- 15° cuando se instala en el vehículo sobre terreno nivelado. Si no es posible una alimentación por gravedad, se debe usar una bomba de barrido para garantizar que el aceite fluya libremente alejándose de la carcasa central.

Al instalar su turbocompresor, asegúrese de que el eje de rotación del turbocompresor esté paralelo al suelo nivelado dentro de +/- 15°. Esto significa que la entrada/salida de aceite debe estar dentro de los 15° de ser perpendicular al suelo nivelado.

La refrigeración por agua es una característica de diseño clave para mejorar la durabilidad y recomendamos que, si su turbo permite refrigeración por agua, conecte las líneas de agua. El enfriamiento por agua elimina la ocurrencia destructiva de la coquización del aceite al utilizar el efecto de sifón térmico para reducir la temperatura máxima de absorción de calor en el pistón del lado de la turbina después del apagado. Para obtener el mayor beneficio de su sistema de refrigeración por agua, evite las ondulaciones en las líneas de agua para maximizar el efecto de sifón térmico.

Para obtener los mejores resultados, establezca la orientación de la carcasa central en 20°. Se pueden producir daños significativos al turbo debido a configuraciones incorrectas de la línea de agua.

Haga clic aquí para leer el libro blanco completo sobre refrigeración por agua

El diámetro del conducto debe dimensionarse con la capacidad de fluir aproximadamente de 200 a 300 pies/seg. Si se selecciona un diámetro de flujo menor que el valor calculado, la presión del flujo caerá debido al área de flujo restringida. Si, en cambio, el diámetro aumenta por encima del valor calculado, el flujo de enfriamiento se expande para llenar el diámetro más grande, lo que ralentiza la respuesta transitoria. Para curvas en la tubería, un buen estándar de diseño es dimensionar el radio de curvatura 1,5 veces mayor que el diámetro de la tubería. El área de flujo debe estar libre de elementos restrictivos, como transiciones bruscas de tamaño o configuración.

Para nuestro ejemplo: Velocidad (pies/min) = Tasa de flujo volumétrico (CFM) / Área (pies²)• Diámetro de la tubería: es deseable una velocidad de 200 a 300 pies/seg. Un diámetro demasiado pequeño aumentará la caída de presión, demasiado grande puede disminuir la velocidad. respuesta transitoria.• Velocidad (ft/min) = Tasa de flujo volumétrico (CFM) / Área (ft2) Nuevamente, para configuraciones de doble turbo, divida la tasa de flujo por (2). El diseño de la tubería de carga afecta el rendimiento general, por lo que hay una algunos puntos a tener en cuenta para obtener el mejor rendimiento de su sistema.

La selección de un enfriador de aire de carga (también conocido como intercooler) se ha simplificado con la página principal de Intercooler. Cada núcleo tiene una clasificación de caballos de fuerza, lo que facilita hacer coincidir el objetivo de potencia deseado con el núcleo. En general, utilice el núcleo más grande que se ajuste a las limitaciones de empaquetado de la aplicación.

Otro factor importante para seleccionar el intercooler correcto es el diseño del tanque final. La forma adecuada del colector es fundamental tanto para minimizar la caída de presión del aire de carga como para proporcionar una distribución de flujo uniforme. Las buenas formas de los colectores minimizan las pérdidas y proporcionan una distribución uniforme del flujo. Sin embargo, el diseño exagerado puede privar a los tubos superiores. La entrada lateral es ideal tanto para la caída de presión como para la distribución del flujo, pero normalmente no es posible debido a las limitaciones de espacio del vehículo.

El montaje adecuado del intercooler aumenta la durabilidad del sistema. Los enfriadores de aire de carga aire a aire suelen ser de "montaje blando", lo que significa que usan ojales aislantes de goma. Este tipo de montaje también se utiliza para todo el módulo de refrigeración. El diseño protege contra fallas por vibración al proporcionar amortiguación de las cargas de vibración. También reduce las cargas térmicas al permitir la expansión térmica.

El uso de la válvula de descarga del turbocompresor (BOV) adecuada afecta el rendimiento del sistema. Hay dos tipos principales a considerar.

El sensor MAP (presión absoluta del colector) utiliza una válvula de ventilación a la atmósfera o una válvula de recirculación.– Conecte la línea de señal a la fuente del colector– Puede producirse una sobretensión si la tasa del resorte es demasiado rígida

El sensor MAF (Mass Air Flow) utiliza una válvula de recirculación (derivación) para una mejor capacidad de conducción.– Conecte la línea de señal a la fuente múltiple– Coloque la válvula cerca de la salida del turbo para obtener el mejor rendimiento (si la válvula puede soportar altas temperaturas).– Puede producirse una sobretensión si la válvula y/o la plomería de salida son restrictivas.

Las válvulas de descarga internas son parte del turbo y están integradas en la carcasa de la turbina. Existen dos posibilidades de conexión para la línea de señal. El primero es conectar la línea desde la salida del compresor (no del múltiple, vacío) al actuador. El segundo es conectar una línea desde la salida del compresor al controlador de refuerzo (válvula PWM) y luego al actuador. La presión del colector está limitada por la velocidad del resorte del actuador. La mayoría de los actuadores de estilo OEM no están diseñados para vacío y, por lo tanto, el diafragma puede dañarse y provocar una presión excesiva en el múltiple y daños en el motor.

Las válvulas de descarga externas están separadas del turbo y están integradas en el colector de escape en lugar de en la carcasa de la turbina. La conexión al colector afecta en gran medida la capacidad de flujo, y la orientación correcta de la válvula de descarga con respecto al colector es esencial. Por ejemplo, colocar la válvula de descarga a 90° del colector reducirá la capacidad de flujo hasta en un 50 %. Esto reduce en gran medida el control que tiene sobre el sistema y pone en riesgo toda su transmisión. En cambio, la conexión ideal es a 45° con una transición suave.

Hay dos posibilidades de conexión para la línea de señal a una válvula de descarga externa: • Conecte una línea desde la salida del compresor (no el colector – vacío) al actuador • Conecte una línea desde la salida del compresor a un controlador de sobrealimentación (válvula PWM) y luego a la solenoide. Una vez más, la presión del múltiple está limitada por la velocidad del resorte del actuador.

Un turbo correctamente instalado NO debe perder aceite. Sin embargo, hay casos en los que se producen fugas de aceite. Estas son las causas más comunes, dependiendo de la ubicación de la fuga.

– Presión de aceite excesivamente alta – Drenaje inadecuado – el drenaje es demasiado pequeño, no desciende continuamente o la ubicación del drenaje dentro del cárter de aceite está ubicada en una sección que tiene aceite colgando de la manivela, lo que hace que el aceite retroceda en el tubo de drenaje . Siempre coloque el drenaje de aceite en el cárter de aceite en un lugar donde el aceite del cigüeñal esté bloqueado por la bandeja de resistencia al viento. Ventilación inadecuada de la presión del cárter. Presión excesiva del cárter. Drenaje de aceite girado más allá de los 35° recomendados.

Presión excesiva en la entrada de la carcasa del compresor causada por:– El filtro de aire es demasiado pequeño.– El tubo de aire de carga es demasiado pequeño o tiene demasiadas curvas entre el filtro de aire y la carcasa del compresor.– Filtro de aire obstruido.

– Anillo del pistón de la turbina colapsado por EGT excesivo. – Turbo inclinado hacia atrás sobre su eje más allá de los 15° recomendados

Muchos problemas con los sistemas turbo pueden identificarse antes de que ocurra la catástrofe mediante una simple prueba del sistema.

El sistema turbo de su automóvil debe monitorearse para garantizar que todos los aspectos funcionen correctamente para brindarle un rendimiento sin problemas.

– Calibrar la configuración del actuador para lograr la presión del colector requerida para cumplir con el objetivo de hp – Detectar la condición de sobrealimentación – Detectar el diafragma del actuador dañado

– Supervise los cambios de presión en la entrada de la carcasa de la turbina – Efecto de diferentes A/R de la carcasa de la turbina – El aumento de la contrapresión reduce la eficiencia volumétrica, por lo que disminuye la potencia final

– Supervisar la temperatura de los gases de escape (EGT) en el colector/carcasa de la turbina– Ajustar la calibración según la clasificación de temperatura del material de la carcasa de la turbina u otros componentes del escape Velocidad del turbo– Determinar los puntos de funcionamiento en el mapa del compresor– Determinar si el turbo actual es correcto para la aplicación y el objetivo hp: evite la condición de exceso de velocidad del turbo, lo que podría dañar el turbo