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Según las directivas anticontaminación son más estrictas, la respuesta del motor al acelerar disminuye por las aportaciones de evoluciones técnicas.
Es en aceleraciones transitorias cuando se genera más consumo y contaminación, por esta razón se incorporó el acelerador electrónico que amortigua la respuesta del motor a las actuaciones del conductor sobre el pedal del acelerador.
Este efecto del acelerador electrónico afecta tanto al motor de gasolina como al diésel, algo más a este último, pues la aceleración se logra aportando más gasóleo.
Una solución para mejorar la respuesta es ayudar al llenado del motor haciéndolo a presión; cuando abren las válvulas de admisión se aporta aire a presión aumentando sensiblemente el caudal que entra a los cilindros.
El resultado es que las explosiones o combustiones son más enérgicas mejorando apreciablemente la respuesta del motor.
El llenado a presión es la sobrealimentación, que se utilizó inicialmente para aumentar las prestaciones en coches deportivos.
Al valorarse sus aportaciones para mejorar la respuesta del motor se ha ido incorporando en prácticamente todos los motores, diésel y gasolina.
La implantación de la sobrealimentación para automóviles de turismo ha necesitado de evoluciones técnicas para ofrecer respuesta lo más uniforme posible desde bajas RPM, pues en las implantaciones en coches deportivos no era así.
Cómo mejorar el llenado del motor
Las prestaciones y rendimiento del motor son resultado del par y potencia, que dependen de la cilindrada, motor base en la imagen 15.1.
El par es el más utilizado al estar en la zona media de RPM y se basa en el llenado de los cilindros.
Al aumentar el par lo hace la potencia.
La evolución del motor térmico (gasolina, diésel, GLP, GNC, etanol, biodiésel y otros combustibles) se basa en incrementar la masa de admisión que entra en los cilindros.
Hay genéricamente tres formas con sus respectivas tecnologías derivadas para lograr más volumen de entrada de masa de admisión en el motor, son estas.
Más cilindrada, imagen 15.2
- Con un motor de más carrera y diámetro aumenta la cilindrada y por tanto la masa de admisión.
- También se consigue, sin variar las cotas de los cilindros, aumentando su número.
- En ambos casos el motor es más grande y cabe más en sus cilindros, pero la proporción del llenado no aumenta con relación a la cilindrada por lo que el rendimiento, equilibrio prestaciones – consumo, no mejora.
- Una solución consiste en poder anular algunos cilindros en las fases de menor demanda de prestaciones, se comentó en el capítulo 6.
Distribución de fase variable DFV y/o colector de admisión de geometría variable, imagen 15.3
- Con estas dos tecnologías se logra mantener buen llenado en un margen más amplio de RPM y sí se obtienen beneficios en rendimiento.
- A ser la curva de par más plana la respuesta del motor desde bajas y medias RPM es mejor y aumenta la potencia.
Llenado a presión, sobrealimentación, imagen 15.4
- El llenado de los cilindros del motor se produce en admisión, cuando los pistones succionan el aire al descender con las válvulas de admisión abiertas.
- Si entonces se insufla aire a presión en el colector de admisión se llenan más los cilindros, como si de un motor de más cilindrada se tratara, con excelentes resultados en prestaciones, consumo y contaminación.
- Es una solución aplicada cada vez más en los motores, hasta llegar a ser prácticamente un elemento más en su diseño.
- Su implantación masiva en busca de mejor rendimiento, y no solamente prestaciones, empezó por los motores diésel y a continuación en los de gasolina.
Llenado a presión, sobrealimentación
El llenado a presión del motor consiste en introducir en admisión más aire del que succionarían los pistones.
La forma de llevarlo a cabo es hacer que entre aire a presión.
Como el resultado es que los cilindros se van a llenar más del valor de su cilindrada se denomina a esta solución sobrealimentación, imágenes 15.5.
Hay dos sistemas básicos para sobrealimentar un motor que se presentan en esta imagen para explicarlos a continuación.
Compresor volumétrico CV
Una bomba de aire movida por el motor mediante un sistema de arrastre aspira aire del filtro y lo envía a presión al motor.
En la imagen se representa un compresor volumétrico CV de lóbulos y se ve la polea de arrastre.
El CV resta parte de la energía adicional que aporta al motor para su movimiento.
Turbocompresor TCP
Son dos turbinas, una situada en la salida de los gases de escape y que gira por su empuje TE.
Esta turbina está unida por un eje a otra situada en la admisión, compresor TC que aspira aire del filtro y lo envía a presión a los cilindros.
Se aprovecha la energía de los gases de escape para sobrealimentar el motor.
Compresor volumétrico y Turbocompresor
Son los dos sistemas genéricos de sobrealimentación del motor.
El compresor es arrastrado en giro por el motor y el turbocompresor gira por la energía de salida de los gases de escape del motor.
Compresor volumétrico CV
Imagen 15.6
El arrastre representado es desde el cigüeñal mediante una polea y su correa.
En el interior de compresor hay dos lóbulos que giran en sentidos opuestos, uno de los cuales está centrado con la polea de arrastre.
Al girar los lóbulos del compresor aspiran aire del filtro reducen su volumen aumentando su presión y lo dirigen a los cilindros.
El compresor volumétrico es una aplicación utilizada en los motores de gasolina desde casi los inicios de su desarrollo, se representa la mariposa de gases después del compresor.
Sus efectos de sobrealimentación se notan prácticamente desde bajas RPM.
Si la presión de sobrealimentación es elevada se suele utilizar un radiador para enfriar el aire comprimido antes de llegar a los cilindros, el intercooler, luego se explica.
Turbocompresor
Imagen 15.7
Los gases de escape inciden en la turbina situada a su salida TE y por su energía gira a velocidad proporcional a la cantidad y presión de los gases de escape, transmitiendo el movimiento por un eje al compresor, que es otra turbina situada en la admisión TC.
La turbina del compresor TC aspira aire del filtro y lo envía a presión hacia admisión.
La velocidad de giro del turbocompresor es sumamente elevada, en el entorno de 200.000 RPM, por lo que hay que lubricar y enfriar a los componentes sometidos a los mayores esfuerzos mecánicos y térmicos.
Se representa el circuito de aceite que lubrica, refrigera y hace de colchón flotante del eje del turbo.
Se ve la entrada de aceite sobre el eje del turbocompresor.
En el interior de la carcasa del eje unos casquillos flotantes CF hacen la función de rodamientos de aceite, y en los extremos del eje unos segmentos de estanqueidad evitan el paso de aceite hacia escape o admisión SE.
Se ve el retorno del aceite al cárter para enfriarse.
El turbocompresor es ideal para el motor diésel, pues al no precisar mariposa de gases hay más entrada de admisión y en consecuencia más gases de escape, que es la fuente de movimiento para el turbocompresor.
Se suele incorporar un radiador para enfriar el aire comprimido, el intercooler que se ve después.
También se utiliza en gasolina el turbocompresor, por eso se representa la mariposa en admisión después la turbina del compresor TC.
En las imágenes 15.8 y 15.9 se ve el compresor volumétrico y turbocompresor en dibujo y los elementos reales.
El turbocompresor utiliza energía de los gases de escape y el compresor volumétrico es arrastrado por el motor, lo que resta parte de su aportación prestacional.
La idea del turbocompresor estaba en la mente de los diseñadores de motores desde casi los inicios del automóvil.
Por la tecnología de entonces no era viable para su implantación al exigir resistencias mecánicas, de presión y sobre todo térmicas sumamente altas.
La solución fue utilizar el compresor volumétrico que era más fácil de acoplar al motor y con menos exigencias mecánicas y térmicas.
De hecho, los automóviles deportivos de alta gama de aquellos años incorporaban este sistema de sobrealimentación, con el objetivo de mejorar las prestaciones.
Se resaltan en las imágenes 15.8 y 15.9 las partes que se han explicado.
Del compresor volumétrico; polea de arrastre, piñones contra rotantes y lóbulos.
Del turbocompresor; turbina de escape, compresor de admisión (es otra turbina), eje que conecta la turbina de escape con el compresor de admisión (otra turbina) y los casquillos flotantes CF para proteger los desgastes por fricción de eje.
Implantación del turbocompresor TC y sus complementos
En la imagen 15.10 se ve un automóvil con motor delantero transversal y turbocompresor, estos son los elementos y esquema de funcionamiento:
En el escape
- Entrada de gases de escape al turbocompresor EET que mueven la turbina T.
- Turbocompresor TC, la turbina T transmite el giro al compresor C.
- Salida de gases de escape SET del turbocompresor T a menos presión hacia la línea de escape donde están los sistemas anticontaminación SAC y silenciadores SC.
En la admisión
- Entrada al filtro de aire EFA.
- Filtro de aire FA.
- Salida del filtro de aire SFA hacia la entrada del turbocompresor C.
- Entrada de aire EAT al turbocompresor incidiendo en el compresor C.
- Salida SPT del turbocompresor C del aire a presión y caliente.
- Entrada al intercooler EIC.
- Intercooler IC enfría el aire comprimido.
- Salida del intercooler SIC sale el aire a menor temperatura y se dirige a la admisión del motor.
- Entrada del aire a presión y enfriado al motor EPM.
El aire se calienta al ser comprimido disminuyendo de densidad, lo que reduce el volumen de entrada al motor.
Se evita con el intercooler IC situado entre el turbocompresor y la entrada de admisión al motor.
El intercooler es un radiador por cuyo interior circula el aire comprimido y se puede enfriar por el aire de la marcha, radiador aire – aire, o mediante un intercambiador con el líquido de refrigeración del motor.
