{"id":262371,"date":"2022-07-30T17:42:00","date_gmt":"2022-07-30T14:42:00","guid":{"rendered":"https:\/\/auto.inform.click\/?p=262371"},"modified":"2022-04-20T12:36:11","modified_gmt":"2022-04-20T09:36:11","slug":"turbina-con-geometria-variable-principio-de-funcionamiento-dispositivo-reparacion","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/auto.inform.click\/es\/turbina-con-geometria-variable-principio-de-funcionamiento-dispositivo-reparacion\/","title":{"rendered":"Turbina con geometr\u00eda variable: principio de funcionamiento, dispositivo, reparaci\u00f3n."},"content":{"rendered":"

Con el desarrollo de turbinas para motores de combusti\u00f3n interna<\/a>, los fabricantes intentan mejorar su consistencia con los motores y su eficiencia<\/a>. La soluci\u00f3n de serie t\u00e9cnicamente m\u00e1s avanzada es un cambio en la geometr\u00eda de la entrada. Adem\u00e1s, se consideran el dise\u00f1o de turbinas de geometr\u00eda variable, el principio de operaci\u00f3n y las caracter\u00edsticas<\/a> de mantenimiento.<\/p>\n

Caracter\u00edsticas generales<\/h2>\n

Las turbinas bajo consideraci\u00f3n difieren de las habituales en la capacidad de adaptarse al modo de funcionamiento del motor cambiando la relaci\u00f3n A \/ R, que determina el rendimiento. Esta es una caracter\u00edstica geom\u00e9trica de las carcasas, representada por la relaci\u00f3n entre el \u00e1rea de la secci\u00f3n transversal del canal y la distancia entre el centro de gravedad de esta secci\u00f3n y el eje central de la turbina.<\/p>\n

La relevancia de los turbocompresores con geometr\u00eda variable se debe a que para velocidades altas y bajas los valores \u00f3ptimos de este par\u00e1metro difieren significativamente. Entonces, a un valor peque\u00f1o de A\/R, el flujo tiene una velocidad alta, como resultado de lo cual la turbina gira r\u00e1pidamente, pero el rendimiento m\u00e1ximo es bajo. Los valores grandes de este par\u00e1metro, por el contrario, determinan un gran rendimiento y una baja velocidad de los gases de escape.<\/p>\n

Por lo tanto, si el A\/R es demasiado alto, la turbina no podr\u00e1 crear presi\u00f3n a bajas velocidades, y si es demasiado bajo, ahogar\u00e1 el motor en la parte superior (debido a la contrapresi\u00f3n en el colector de escape, bajar\u00e1 el rendimiento). Por tanto, en los turbocompresores de geometr\u00eda fija se selecciona un valor A\/R medio que le permite operar en todo<\/a> el rango de velocidades, mientras que el principio de funcionamiento de las turbinas de geometr\u00eda variable se basa en mantener su valor \u00f3ptimo. Por lo tanto, estas opciones con un umbral de refuerzo bajo y un retraso m\u00ednimo son muy eficaces a altas velocidades.<\/p>\n

\"Turbina<\/a><\/p>\n

Adem\u00e1s del nombre principal (turbinas de geometr\u00eda variable (VGT, VTG)), estas variantes se conocen como modelos de tobera variable (VNT), impulsor variable (VVT), tobera de turbina de \u00e1rea variable (VATN).<\/p>\n

La turbina de geometr\u00eda variable fue desarrollada por Garrett. Adem\u00e1s, otros fabricantes se dedican al lanzamiento<\/a> de dichas piezas, incluidos MHI y BorgWarner. El principal fabricante de variantes de anillos deslizantes es Cummins Turbo Technologies.<\/p>\n

A pesar del uso de turbinas de geometr\u00eda variable principalmente en motores diesel, son muy comunes y est\u00e1n ganando popularidad. Se supone que en 2020 esto<\/a>s modelos ocupar\u00e1n m\u00e1s del 63% del mercado mundial de turbinas. La expansi\u00f3n del uso de esta tecnolog\u00eda y su desarrollo<\/a> se debe principalmente al endurecimiento de las normas ambientales.<\/p>\n

Dise\u00f1o<\/h2>\n

El dispositivo de la turbina con geometr\u00eda variable se diferencia de los modelos convencionales por la presencia de un mecanismo adicional en la parte de entrada de la carcasa de la turbina. Hay varias opciones para su dise\u00f1o.<\/p>\n

El tipo m\u00e1s com\u00fan es el anillo de paleta deslizante. Este dispositivo est\u00e1 representado<\/a> por un anillo con una serie de palas r\u00edgidamente fijadas situadas alrededor del rotor y que se mueven con respecto a la placa fija. El mecanismo deslizante sirve para estrechar\/ampliar el paso para el flujo de gases.<\/p>\n

Dado que el anillo de paletas se desliza en la direcci\u00f3n axial, este mecanismo es muy compacto y el n\u00famero m\u00ednimo de puntos d\u00e9biles asegura la resistencia. Esta opci\u00f3n es adecuada para motores grandes, por lo que se utiliza principalmente en camiones y autobuses. Se caracteriza por la simplicidad, alto rendimiento<\/a> en los \u00abfondos\u00bb, confiabilidad.<\/p>\n

\"Turbina<\/a><\/p>\n

La segunda opci\u00f3n tambi\u00e9n supone la presencia de un anillo con palas. Sin embargo<\/a>, en este caso, se fija r\u00edgidamente sobre una placa plana, y las palas se montan sobre pasadores que aseguran su giro en el sentido axial, al otro lado de la misma. As\u00ed, la geometr\u00eda de la turbina se cambia por medio de los \u00e1labes. Esta opci\u00f3n es la m\u00e1s eficiente.<\/p>\n

Sin embargo, debido a la gran cantidad de piezas m\u00f3viles, este dise\u00f1o es menos confiable, especialmente en condiciones de alta temperatura. Los problemas<\/a> se\u00f1alados se deben a la fricci\u00f3n de las piezas met\u00e1licas, que se expanden cuando se calientan.<\/p>\n

\"Turbina<\/a><\/p>\n

Otra opci\u00f3n es una pared m\u00f3vil. Es similar en muchos aspectos a la tecnolog\u00eda de anillo deslizante, sin embargo, en este caso, las hojas fijas est\u00e1n montadas en una placa est\u00e1tica en lugar de un anillo deslizante.<\/p>\n

Un turbocompresor de \u00e1rea variable (VAT) involucra paletas que giran alrededor de un punto de montaje. A diferencia del esquema con cuchillas giratorias, no se instalan a lo largo de la circunferencia del anillo, sino en una fila. Debido a que esta opci\u00f3n requiere un sistema mec\u00e1nico complejo y costoso, se han desarrollado versiones simplificadas.<\/p>\n

Uno de ellos es el turbocompresor de flujo variable (VFT) Aisin Seiki. La carcasa de la turbina est\u00e1 dividida en dos canales<\/a> por un \u00e1labe fijo y est\u00e1 equipada con un amortiguador que distribuye el flujo entre ellos. Algunas palas fijas m\u00e1s se instalan alrededor del rotor. Proporcionan retenci\u00f3n y fusi\u00f3n de flujo.<\/p>\n

La segunda opci\u00f3n, denominada esquema Switchblade, est\u00e1 m\u00e1s cerca del IVA, pero en lugar de una fila de cuchillas, se utiliza una \u00fanica cuchilla, que tambi\u00e9n gira alrededor del punto de instalaci\u00f3n. Hay dos tipos de tal construcci\u00f3n. Uno de ellos consiste en la instalaci\u00f3n de la cuchilla en la parte central del cuerpo. En el segundo caso, est\u00e1 en el medio del canal y lo divide en dos compartimentos, como una hoja VFT.<\/p>\n

\"Turbina<\/a><\/p>\n

Para controlar la turbina con geometr\u00eda variable, se utilizan accionamientos: el\u00e9ctricos, hidr\u00e1ulicos, neum\u00e1ticos<\/a>. El turbocompresor est\u00e1 controlado por la unidad de control del motor (ECU, ECU).<\/p>\n

Cabe se\u00f1alar que tales turbinas no requieren una v\u00e1lvula de derivaci\u00f3n, ya que debido a un control preciso es posible ralentizar el flujo de gases de escape de forma no descompresiva y pasar el exceso a trav\u00e9s de la turbina.<\/p>\n

Principio de operaci\u00f3n<\/h2>\n

Las turbinas de geometr\u00eda variable funcionan manteniendo el A\/R \u00f3ptimo y el \u00e1ngulo de remolino variando el \u00e1rea de la secci\u00f3n transversal de la entrada. Se basa en el hecho de que la velocidad del flujo de gases de escape est\u00e1 inversamente relacionada con el ancho del canal. Por lo tanto, en los \u00abfondos\u00bb para una promoci\u00f3n r\u00e1pida, la secci\u00f3n transversal de la parte de entrada disminuye. Con un aumento en la velocidad para aumentar el flujo, se expande gradualmente.<\/p>\n

Mecanismo de modificaci\u00f3n de geometr\u00eda<\/h2>\n

El mecanismo para implementar este proceso est\u00e1 determinado por el dise\u00f1o. En los modelos con palas giratorias, esto se consigue cambiando su posici\u00f3n: para garantizar una secci\u00f3n estrecha, las palas est\u00e1n perpendiculares a las l\u00edneas radiales, y para ensanchar el canal, se mueven en una posici\u00f3n escalonada.<\/p>\n

\"Turbina<\/a><\/p>\n

En turbinas con anillo deslizante y pared m\u00f3vil, se produce el movimiento axial del anillo, que tambi\u00e9n cambia la secci\u00f3n transversal del canal.<\/p>\n

\"Turbina<\/a><\/p>\n

El principio de funcionamiento de VFT se basa en la separaci\u00f3n del flujo. Su aceleraci\u00f3n a bajas velocidades se realiza cerrando el compartimento exterior del canal con un amortiguador, por lo que los gases se dirigen al rotor por el camino m\u00e1s corto posible. A medida que aumenta la carga, el amortiguador se eleva para permitir el flujo a trav\u00e9s de ambos compartimentos para ampliar la capacidad.<\/p>\n

\"Turbina<\/a><\/p>\n

Para los modelos VAT y Switchblade, el cambio de geometr\u00eda se realiza girando la pala: a bajas velocidades se eleva, estrechando el paso para acelerar el flujo, y a altas velocidades se encuentra junto a la rueda de la turbina, ampliando el rendimiento. Las turbinas Switchblade del segundo tipo se caracterizan por el orden inverso del \u00e1labe.<\/p>\n

Entonces, en los \u00abfondos\u00bb est\u00e1 adyacente al rotor, como resultado de lo cual el flujo pasa solo a lo largo de la pared exterior de la carcasa. A medida que aumenta la velocidad, la hoja se eleva, abriendo un pasaje alrededor del impulsor para aumentar el rendimiento.<\/p>\n

\"Turbina<\/a><\/p>\n

Unidad de manejo<\/h2>\n

Entre los accionamientos, los m\u00e1s comunes son las opciones neum\u00e1ticas, donde el mecanismo es controlado por un pist\u00f3n que mueve aire dentro del cilindro.<\/p>\n

\"Turbina<\/a><\/p>\n

La posici\u00f3n de las paletas est\u00e1 controlada por un actuador de diafragma conectado por una varilla al anillo de control de paletas, por lo que la garganta puede cambiar constantemente. El actuador impulsa el v\u00e1stago dependiendo del nivel de vac\u00edo, contrarrestando el resorte. La modulaci\u00f3n de vac\u00edo controla una v\u00e1lvula el\u00e9ctrica que suministra una corriente lineal en funci\u00f3n de los par\u00e1metros de vac\u00edo. La bomba de vac\u00edo del servofreno puede generar vac\u00edo. La corriente se suministra desde la bater\u00eda y modula la ECU.<\/p>\n

La principal desventaja de tales accionamientos se debe al estado dif\u00edcilmente predecible del gas despu\u00e9s de la compresi\u00f3n, especialmente cuando se calienta. Por lo tanto, los accionamientos hidr\u00e1ulicos y el\u00e9ctricos son m\u00e1s perfectos.<\/p>\n

Los actuadores hidr\u00e1ulicos funcionan seg\u00fan el mismo principio que los actuadores neum\u00e1ticos, pero en lugar de aire en el cilindro, se utiliza un l\u00edquido, que puede representarse como aceite de motor. Adem\u00e1s, no se comprime, por lo que dicho sistema proporciona un mejor control.<\/p>\n

\"Turbina<\/a><\/p>\n

La v\u00e1lvula solenoide usa presi\u00f3n de aceite y una se\u00f1al de la ECU para mover el anillo. El pist\u00f3n hidr\u00e1ulico mueve la cremallera y el pi\u00f1\u00f3n, que gira el engranaje dentado, como resultado de lo cual las cuchillas est\u00e1n conectadas de manera pivotante. Para transferir la posici\u00f3n de la hoja de la ECU, un sensor de posici\u00f3n anal\u00f3gico se mueve a lo largo de la leva de su accionamiento. Cuando la presi\u00f3n del aceite es baja, las paletas se abren y cierran a medida que aumenta la presi\u00f3n del aceite.<\/p>\n

El actuador el\u00e9ctrico es el m\u00e1s preciso, ya que el voltaje puede proporcionar un control muy preciso. Sin embargo, requiere refrigeraci\u00f3n adicional, que se proporciona mediante tubos refrigerante<\/a>s (en las versiones neum\u00e1tica e hidr\u00e1ulica, se utiliza l\u00edquido para eliminar el calor).<\/p>\n

\"Turbina<\/a><\/p>\n

Se utiliza un mecanismo selector para accionar el dispositivo de cambio de geometr\u00eda.<\/p>\n

Algunos modelos de turbinas utilizan un accionamiento el\u00e9ctrico rotativo con un motor paso a paso directo. En este caso, la posici\u00f3n de las palas es controlada por una v\u00e1lvula de retroalimentaci\u00f3n electr\u00f3nica a trav\u00e9s del mecanismo de cremallera y pi\u00f1\u00f3n. Para la retroalimentaci\u00f3n de la ECU, se usa una leva con un sensor magnetorresistivo conectado al engranaje.<\/p>\n

Si es necesario girar las palas, la ECU proporciona un suministro de corriente en un cierto rango para moverlas a una posici\u00f3n predeterminada, luego de lo cual, al recibir una se\u00f1al del sensor, desactiva la v\u00e1lvula de retroalimentaci\u00f3n.<\/p>\n

La unidad de control del motor<\/h2>\n

De lo anterior se deduce que el principio de funcionamiento de las turbinas de geometr\u00eda variable se basa en la coordinaci\u00f3n \u00f3ptima de un mecanismo adicional de acuerdo con el modo de funcionamiento del motor. Por lo tanto, se requiere su posicionamiento preciso y monitoreo constante. Por lo tanto, las turbinas de geometr\u00eda variable est\u00e1n controladas por unidades de control del motor.<\/p>\n

Usan estrategias para maximizar la productividad o mejorar el desempe\u00f1o ambiental. Hay varios principios para el funcionamiento del BUD.<\/p>\n

El m\u00e1s com\u00fan de estos implica el uso de informaci\u00f3n de referencia basada en datos emp\u00edricos y modelos de motores. En este caso, el controlador feedforward selecciona valores de una tabla y utiliza la retroalimentaci\u00f3n para reducir los errores. Esta es una tecnolog\u00eda vers\u00e1til que le permite aplicar varias estrategias de control.<\/p>\n

Su principal desventaja son las limitaciones durante los transitorios (aceleraci\u00f3n brusca, cambios de marcha). Para eliminarlo, se utilizaron controladores multiparam\u00e9tricos, PD y PID. Estos \u00faltimos se consideran los m\u00e1s prometedores, pero no son lo suficientemente precisos en todo el rango de cargas. Esto se resolvi\u00f3 aplicando algoritmos de decisi\u00f3n de l\u00f3gica difusa usando MAS.<\/p>\n

Hay dos tecnolog\u00edas para proporcionar informaci\u00f3n de fondo: el modelo de motor medio y las redes neuronales artificiales. Este \u00faltimo incluye dos estrategias. Uno de ellos implica mantener el impulso en un nivel dado, el otro es mantener una diferencia de presi\u00f3n negativa. En el segundo caso, se consigue el mejor comportamiento medioambiental, pero se supera la velocidad de la turbina.<\/p>\n

No muchos fabricantes est\u00e1n desarrollando ECU para turbocompresores de geometr\u00eda variable. La gran mayor\u00eda de ellos est\u00e1n representados por productos de fabricantes de autom\u00f3viles<\/a>. Sin embargo, hay algunas ECU de gama alta de terceros en el mercado que est\u00e1n dise\u00f1adas para este tipo de turbinas.<\/p>\n

Provisiones generales<\/h2>\n

Las principales caracter\u00edsticas de las turbinas est\u00e1n representadas por el caudal m\u00e1sico de aire y el caudal. El \u00e1rea de entrada es uno de los factores limitantes del rendimiento. Las variantes con geometr\u00eda variable le permiten cambiar esta \u00e1rea. Entonces, el \u00e1rea efectiva est\u00e1 determinada por la altura del paso y el \u00e1ngulo de las palas. El primer indicador se cambia en versiones con un anillo deslizante, el segundo, en turbinas con palas giratorias.<\/p>\n

Por lo tanto, los turbocompresores de geometr\u00eda variable brindan constantemente el impulso requerido. Como resultado, los motores equipados con ellos no tienen retraso debido al tiempo de giro de la turbina, como ocurre con los grandes turbocompresores convencionales, y no se ahogan a altas velocidades, como ocurre con los peque\u00f1os.<\/p>\n

Por \u00faltimo, cabe se\u00f1alar que, aunque los turbocompresores de geometr\u00eda variable est\u00e1n dise\u00f1ados para funcionar sin una v\u00e1lvula de derivaci\u00f3n, se ha comprobado que proporcionan mejoras de rendimiento principalmente en el \u00abextremo inferior\u00bb y a altas velocidades con \u00e1labes totalmente abiertos, sin la capacidad de manejar grandes flujos m\u00e1sicos. Por lo tanto, para evitar una contrapresi\u00f3n excesiva, a\u00fan se recomienda utilizar una v\u00e1lvula de descarga.<\/p>\n

Ventajas y desventajas<\/a><\/h2>\n

Ajustar la turbina al modo de funcionamiento del motor proporciona una mejora en todos los indicadores en comparaci\u00f3n con las opciones de geometr\u00eda fija:<\/p>\n