Il sistema di cuscinetti turbo può sembrare semplice nel design, con uno o due cuscinetti in bronzo – e talvolta un cuscinetto di spinta separato, ma svolge un ruolo chiave – assicurando che le ruote continuino a girare senza alcun contatto con l’alloggiamento.
Dietro questo design apparentemente semplice c’è la realtà è che il design, i materiali e i processi di produzione utilizzati per creare il sistema di cuscinetti sono stati perfezionati costantemente per stare al passo con i nuovi livelli di prestazioni del turbocompressore richieste dal design avanzato del motore.
Basta pensare a quello che stiamo chiedendo i cuscinetti a fare:
- Offrire supporto e smorzamento per controllare il movimento radiale e assiale dell’albero e delle ruote.
- Isolare le vibrazioni dalle parti rotanti.
- Consentire alle ruote turbo di girare a velocità 60 volte più veloci rispetto alla velocità massima del motore che si trova in un tipico motore diesel moderno.
- Assicurarsi che la massima energia dal gas di scarico del motore sia disponibile per guidare il turbo e non venga sprecata nel sistema di cuscinetti
- Lavorare in modo efficace con gli oli più recenti, al fine di ridurre l’attrito e le perdite di potenza nei motori moderni
- Lavorare in modo efficace con le temperature dell’olio
I sistemi di cuscinetti nei turbo devono bilanciare le basse perdite di potenza con la capacità di controllare le enormi forze applicate dai carichi meccanici costantemente variabili.
I moderni sistemi di cuscinetti turbo si dividono in due tipi:
- Sistemi di cuscinetti idrodinamici – utilizzati nella stragrande maggioranza dei turbo passati e presenti
- Sistemi di cuscinetti a sfere – precedentemente utilizzati solo per applicazioni stradali veloci e da corsa, ma recentemente lanciati da Honeywell su turbo VNT™ di produzione per veicoli passeggeri.
In un sistema di cuscinetti idrodinamici turbocompressore, il fluido (olio motore) non solo lubrifica le parti, impedendo il contatto, ma controlla anche il movimento dell’albero e delle ruote in tutte le condizioni di marcia.
Il sistema di cuscinetti idrodinamici può utilizzare due cuscinetti” completamente flottanti”, che ruotano a circa la metà della velocità dell’albero. Ci sono due film di olio idrodinamico; uno esterno, tra l’alloggiamento centrale e il cuscinetto, e un film interno tra il cuscinetto e l’albero.
La maggior parte dei piccoli turbo per veicoli passeggeri ad alta velocità utilizza un cuscinetto “semi-flottante” monopezzo che non ruota. Questo design utilizza anche due film d’olio, ma in questo caso il film d’olio esterno agisce principalmente come un “film di compressione” per smorzare il movimento dell’albero. Su questo cuscinetto, c’è solo un film d’olio idrodinamico (tra albero e cuscinetto), e questo porta a un migliore controllo del gruppo rotore.
Un cuscinetto reggispinta controlla il movimento assiale del gruppo rotore, che può essere una parte separata o integrata nel cuscinetto a sfere, come nel caso del “cuscinetto Z”monopezzo. In tutte le progettazioni, l’alta pressione è generata nell’area del cuscinetto di spinta per controllare il movimento assiale. Il cuscinetto Z contiene anche caratteristiche progettate per ottimizzare le prestazioni con i moderni oli a bassa viscosità.
I cuscinetti a sfere combinano le funzioni dei cuscinetti a sfere e dei cuscinetti assiali in un unico pacchetto. Le distanze ridotte consentono di migliorare le prestazioni della turbina e del compressore, mentre le minori perdite di potenza all’interno del cuscinetto migliorano le prestazioni complessive. L’ultimo VNT™ ball bearing turbo utilizza una nuova cartuccia per cuscinetti a sfera in ceramica-uno sviluppo che porta il miglioramento delle prestazioni a un livello completamente nuovo.