Una válvula de descarga es una válvula que controla el flujo de gases de escape a la rueda de la turbina en un sistema de motor turboalimentado . [1]
El desvío de los gases de escape regula la velocidad de la turbina , que a su vez regula la velocidad de rotación del compresor . La función principal de la válvula de descarga es regular la presión de sobrealimentación máxima en los sistemas de turbocompresor, para proteger el motor y el turbocompresor. Una ventaja de instalar una válvula de descarga de montaje remoto en un turbo de flotación libre (o no WG) incluye un margen para una carcasa de turbina A / R más pequeña, lo que resulta en menos tiempo de retraso antes de que el turbo comience a girar y crear impulso. [2]
Tipos de Wastegate
Externo
Una válvula de descarga externa es un mecanismo autónomo separado que se usa típicamente con turbocompresores que no tienen compuerta de descarga interna. Una válvula de descarga externa requiere un colector turbo especialmente construido con un corredor dedicado que va a la válvula de descarga. La válvula de descarga externa puede ser parte del propio alojamiento de escape. Las compuertas de descarga externas se utilizan comúnmente para regular los niveles de impulso de manera más precisa que las compuertas de descarga internas en aplicaciones de alta potencia, donde se pueden lograr altos niveles de impulso. Las compuertas de descarga externas pueden ser mucho más grandes, ya que no hay restricciones para integrar la válvula o el resorte en el turbocompresor y la carcasa de la turbina. Es posible utilizar una válvula de descarga externa con un turbocompresor con compuerta interna. Esto se puede lograr a través de un soporte especialmente diseñado que se atornilla fácilmente y restringe el movimiento del brazo del actuador, evitando que se abra. Otra ruta implica soldar la compuerta de descarga interna cerrada, lo que evita permanentemente que se abra, pero la falla de la soldadura puede permitir que se abra nuevamente.
Las compuertas de descarga externas generalmente usan una válvula similar a la válvula de asiento que se encuentra en la culata . Sin embargo, están controlados por neumáticos en lugar de un árbol de levas y se abren en la dirección opuesta. Las compuertas de descarga externas también pueden usar una válvula de mariposa , aunque eso es mucho menos común.
Interno
Una válvula de descarga interna es una válvula de derivación incorporada y un paso dentro de la carcasa del turbocompresor que permite que el exceso de presión de escape desvíe la turbina hacia el escape aguas abajo. El control de la válvula de descarga interna mediante una señal de presión del colector de admisión es idéntico al de una válvula de descarga externa. Las ventajas incluyen una instalación más simple y compacta, sin tubería de descarga externa. Además, todos los gases de escape de desecho se dirigen automáticamente de regreso al convertidor catalítico y al sistema de escape. Muchos turbocompresores OEM son de este tipo. Las desventajas en comparación con una válvula de descarga externa incluyen una capacidad limitada para purgar la presión de escape debido al diámetro relativamente pequeño de la válvula de derivación interna y un rendimiento menos eficiente en condiciones de refuerzo.
Esclusas de desechos atmosféricas / divorciadas
Una válvula de descarga "divorciada" vierte los gases directamente a la atmósfera, en lugar de devolverlos con el resto del escape de un motor. Esto se hace para evitar turbulencias en el flujo de escape y reducir la contrapresión total en el sistema de escape. Una tubería de descarga de desechos divorciada se conoce comúnmente como tubería gritona debido a los gases de escape de desechos no silenciados y los ruidos fuertes asociados que producen. [ cita requerida ]
Control
Manual
El control más simple para una válvula de descarga es una conexión mecánica que permite al operador controlar directamente la posición de la válvula de la válvula de descarga. Este control manual se utiliza en algunos aviones ligeros turboalimentados. [3]
Neumático
El control de circuito cerrado más simple para una válvula de descarga es suministrar presión de refuerzo directamente desde el lado del aire de carga al actuador de la válvula de descarga. Se puede conectar una pequeña manguera desde la salida del compresor del turbocompresor, las tuberías de carga o el colector de admisión hasta la boquilla del actuador de la válvula de descarga. La compuerta de descarga se abrirá más a medida que la presión de sobrealimentación empuje contra la fuerza del resorte en el actuador de la compuerta de descarga hasta que se obtenga el equilibrio . Se puede agregar un control más inteligente integrando un controlador de impulso electrónico .
Las compuertas de descarga estándar tienen un puerto para conectar la línea de control de impulso desde la línea de suministro de aire de carga o el solenoide de control de impulso. Los avances recientes en los actuadores de compuerta de descarga internos brindan un control de puerto dual.
Una válvula de descarga de doble puerto agrega un segundo puerto en el lado opuesto del actuador. La presión de aire que se permite ingresar a este segundo puerto ayuda al resorte a empujar más fuerte en la dirección de cierre de la válvula de descarga. Esto es exactamente lo contrario del primer puerto. Se puede aumentar la capacidad de ayudar a que la compuerta de descarga permanezca cerrada a medida que aumenta la presión de sobrealimentación. Esto también agrega más complejidad al control de refuerzo, requiriendo más puertos de control en el solenoide o posiblemente un segundo sistema de control de refuerzo completo con su propio solenoide separado. No es necesario el uso del segundo puerto. Los puertos secundarios, a diferencia de los puertos primarios, no se pueden conectar simplemente a una línea de control de impulso y requieren un control electrónico o manual para ser útiles. El CO2 también se puede usar para aplicar presión al segundo puerto, para controlar el impulso en un nivel mucho más fino.
Eléctrico
Algunos motores de aviones de la década de 1940 presentaban compuertas de descarga operadas eléctricamente, como el Wright R-1820 en el B-17 Flying Fortress . General Electric fue el mayor fabricante de estos sistemas. Siendo antes de la era de las computadoras, eran completamente analógicas. Los pilotos tenían un control de cabina para seleccionar diferentes niveles de impulso. Las compuertas eléctricas pronto cayeron en desgracia debido a las filosofías de diseño que exigían la separación de los controles del motor del sistema eléctrico.
A partir del año modelo 2011, el motor Theta II turboalimentado de inyección directa (GDI) de gasolina de 2.0 litros introducido en el Hyundai Sonata incluye un actuador de compuerta de descarga servo electrónico operado por PCM. Esto permite una estrategia de control de impulso que reduce la contrapresión de escape causada por el turbocompresor al abrir la compuerta de descarga cuando no se necesita el turbo impulso, lo que resulta en una mejor economía de combustible. La compuerta de descarga también se mantiene abierta durante el arranque en frío para reducir las emisiones al acelerar el encendido inicial del catalizador. [4]
A partir de noviembre de 2015, [5] los motores turbocargados de inyección directa Honda Earth Dreams con un desplazamiento de 1,5 litros emplean una válvula de descarga eléctrica accionada por ECU. Este fue introducido por primera vez en el modelo Honda Civic 2016 y seguido por el CR-V en 2017. En 2018, los motores de inyección directa turboalimentados de 1.5L y 2.0L reemplazaron a los motores de aspiración normal de 2.4L y 3.6L de 6 cilindros en el Honda Accord. [6]
Hidráulico
La mayoría de los aviones turboalimentados modernos utilizan un control de válvula de descarga hidráulica con aceite de motor como fluido. Los sistemas de Lycoming y Continental operan con los mismos principios y utilizan partes similares que solo difieren en el nombre. Dentro del actuador de la válvula de descarga , un resorte actúa para abrir la válvula de descarga y la presión del aceite actúa para cerrar la válvula de descarga. En el lado de salida de aceite del actuador de la compuerta de descarga se encuentra el controlador de densidad , una válvula de aceite controlada por aire que detecta la presión de la plataforma superior y controla la rapidez con la que el aceite puede sangrar desde el actuador de la compuerta de descarga de regreso al motor. A medida que la aeronave asciende y la densidad del aire desciende, el controlador de densidad cierra lentamente la válvula y atrapa más aceite en el actuador de la compuerta de descarga, cerrando la compuerta de descarga para aumentar la velocidad del turbocompresor y mantener la potencia nominal. Algunos sistemas también usan un controlador de presión diferencial que detecta las presiones de aire a ambos lados de la placa del acelerador y ajusta la válvula de descarga para mantener un diferencial establecido. Esto mantiene un equilibrio óptimo entre una carga de trabajo baja del turbocompresor y un tiempo de puesta en marcha rápido, y también evita las sobrecargas causadas por un efecto de arranque.
Dimensionamiento de Wastegate
El tamaño de la válvula de descarga es inversamente proporcional al nivel deseado de impulso y es algo independiente del tamaño o la potencia del motor. La guía de un proveedor para el tamaño de las compuertas de descarga es la siguiente: [7]
- turbo grande / impulso bajo = válvula de descarga más grande
- turbo grande / impulso alto = válvula de descarga más pequeña
- turbo pequeño / impulso bajo = válvula de descarga más grande
- pequeño turbo / alto impulso = válvula de descarga más pequeña
Sin embargo, el flujo de escape es un efecto de la potencia. Entonces, otra tabla de decisiones debería verse así.
- turbo grande / motor pequeño / potencia pequeña = válvula de descarga pequeña
- gran turbo / pequeño motor / gran potencia = gran válvula de descarga
- pequeño turbo / pequeño motor / pequeña potencia = pequeña válvula de descarga
- turbo grande / motor grande / potencia pequeña = válvula de descarga mediana
- turbo pequeño / motor grande / cualquier nivel de potencia = válvula de descarga grande -> La razón de esto es que la turbina pequeña tratará de girar fácilmente por exceso de volumen de gases de escape.
Ver también
Referencias
- ^ Robson, D. (2018). Conocimientos generales de aeronaves. Aviation Theory Center Pty Ltd. ISBN 978-1-875537-11-2 .
- ^ dwperformance.com
- ^ "El turbocompresor aeroespacial de Kelly" (PDF) . Kelly Aerospace . Consultado el 14 de enero de 2011 .
- ^ "El totalmente nuevo Sonata 2011 agrega un segundo motor aún más potente que ofrece la mejor potencia y economía de combustible de su clase" . MOTORES HYUNDAI .
- ^ https://hondanews.com/channels/civic/releases/honda-debuts-dynamic-new-10th-generation-civic-sedan-for-north-america-the-most-ambicioso-remake-of-civic-ever
- ^ "Honda Canadá" . www.honda.ca .
- ^ "TURBOSMART - Productos - Válvulas de descarga - Compuertas de desagüe" .