Tabla de contenidos
Comparación de curvas de par y potencia
Se toman como referencia para la sobrealimentación, las curvas de par y potencia de un motor atmosférico; ParAT y PotAT.
Compresor volumétrico, imagen 15.16
- Sus curvas de par y potencia, ParCV y PotCV son más o menos similares a las del motor atmosférico, pero con valores más altos prácticamente desde ralentí.
- Parte de la energía que aporta la consume al ser accionado por el giro del motor.
- Es una solución utilizada en motores de gasolina.
Turbocompresor, imagen 15.17
- Se representan las curvas de la primera generación de implantación del turbocompresor en el automóvil de serie.
- La curva de par ParTC denota el tiempo de respuesta del motor al acelerar desde bajas RPM, con falta de empuje que pasa a un incremento brusco a veces difícil de controlar.
- La curva de potencia PotTC reproduce la forma de la curva de par.
- Al subir de RPM, con mucha velocidad de turbo se logran muy buenos valores de potencia, pero con la carencia comentada de par a bajas RPM.
- Con menor tamaño del turbocompresor y más velocidad de giro se reduce sensiblemente el tiempo de respuesta.
Turbocompresor de geometría variable o de doble entrada/doble caracola (“twin schroll”), imagen 15.18
- El par motor sube de forma uniforme desde bajas RPM ParTV como si fuese un motor atmosférico más grande.
- La curva de potencia PotTV también es más uniforme.
- En conjunto se dispone de un excelente equilibrio de respuesta a bajas, medias y altas RPM, lo que permite, entre otras cosas, desarrollos de transmisión más largos que bajan las RPM y en consecuencia el consumo, contaminación, desgastes y ruido, capítulo 17.
Aplicaciones de la sobrealimentación
La sobrealimentación se puede implantar en el automóvil con diferentes aplicaciones y mezcla de sistemas de sobrealimentación, estas son algunas y después se verán más.
Imagen 15.19. Compresor volumétrico CV
- En este motor con cilindros en V se aprecia el CV y el intercooler IC.
Imagen 15.20. Turbocompresor TC
- Además de la turbina y el compresor del TC se observa la válvula de descarga VD y el intercooler IC.
Imagen 15,21. Compresor y turbocompresor CV + TC
- Las ventajas del compresor volumétrico CV a bajas RPM se pueden complementar en un mismo motor con un turbocompresor TC de gran tamaño para llenar más los cilindros desde medias RPM.
- Se combinan así excelentes valores de par y potencia con curvas que permiten amplios márgenes de utilización del motor.
- Pero hay que gestionar muy bien la transición entre ambos elementos en todo tipo de uso; aceleración, retención y las fases transitorias intermedias.
Tipos de turbocompresor
En todas las imágenes las siguientes identificaciones son comunes con alguna variación según el tipo de turbocompresor; EE entrada escape, E2E doble entrada escape, SE salida escape, EA entrada admisión y SA salida admisión.
Imagen 15.22. Turbocompresor de geometría variable TGV
- Resaltan los álabes de paso de gases de escape variable AV y el control o accionamiento mecánico – neumático de su giro AMN.
Imagen 15.23. Turbocompresor de geometría variable TGV
- Se ven los álabes variables AV y el sistema de accionamiento que es en este caso electrónico AE.
Imagen 15.24. Turbocompresor de doble entrada E2E
- La entrada del colector de escape al turbo está separada para cada dos cilindros y desemboca en una doble caracola en la turbina DCC.
- Además de la zona de lubricación hay una cámara adicional alrededor para el líquido de refrigeración del motor RA.
Imagen 15.25. Turbocompresor refrigerado por agua RA
- El circuito de lubricación es visible desde su entrada al eje del turbo CL.
- Alrededor de la turbina T se observa la cámara del líquido de refrigeración del motor RA.
Válvula de deceleración en el motor de gasolina con turbocompresor
El motor de gasolina funciona con la mariposa de gases Mg para adaptar el paso de aire a las condiciones de marcha y con el control de inyección de gasolina mantener el dosado de 15, o si es inyección directa con mezcla pobre el que vaya determinando el calculador electrónico de inyección y encendido.
Al decelerar se cierra la mariposa de gases Mg y se produce un efecto en el colector de admisión que “frena” el turbocompresor, se evita con la válvula de deceleración aplicada al motor de gasolina con turbocompresor.
Lo vemos con estas dos imágenes de un motor de gasolina de cuatro cilindros en línea en el que se aprecian los inyectores en el colector de admisión, inyección indirecta, y las bujías.
Imagen 15.26
Está la mariposa Mg muy abierta y los gases de escape empujan con fuerza a la turbina T que por el eje mueve la turbina del compresor C, esta aspira aire del filtro y lo envía a presión al intercooler IC donde se enfría y sigue hacia el colector de admisión en gran cantidad y presión al estar muy abierta la mariposa Mg.
A continuación, se inyecta gasolina en la masa de aire y la mezcla entra en cada cilindro en su tiempo de admisión.
Los gases de escape salen con mucha fuerza y velocidad, pero al ser muy alta la presión de sobrealimentación en el colector de admisión, se abre la válvula de descarga Vda permitiendo que parte de los gases de escape no pasen por la turbina T, limitando la presión de sobrealimentación.
Como en la parte superior de la válvula de deceleración hay presión de sobrealimentación esta se suma al muelle manteniéndola cerrada VCc.
Imagen 15.27
Está el motor en deceleración con la mariposa Mg cerrada.
La masa de admisión a presión sale del turbo con menos energía pues se han reducido los gases de escape, al llegar a la mariposa de gases Mg que está cerrada se frenan haciendo que el turbocompresor reduzca su velocidad de giro.
Si se acelerase a continuación habría un tiempo de respuesta hasta que el turbocompresor suba de velocidad de nuevo.
Se evita o reduce este efecto de freno con la válvula de deceleración; con la mariposa Mg cerrada la depresión generada por el motor bajo esta es elevada, esta depresión es conducida a la parte superior de la válvula de deceleración que abre pues supera la fuerza del muelle VCa.
Con la válvula de deceleración abierta Vca una parte de la masa de admisión a presión pasa hacia la entrada del turbocompresor desde el filtro de aire, retroalimentándole, lo que reduce el efecto freno.
Aplicaciones de sobrealimentación con más de un turbocompresor
En las aplicaciones de las imágenes con más de un turbocompresor se representan los detalles de turbos refrigerados por líquido del motor al ser propulsores de altas prestaciones.
Hay aplicaciones con tres y hasta cuatro turbocompresores en el mismo motor.
Imagen 15.28. Dos turbocompresores iguales en paralelo
- Este motor con cilindros en V tiene dos turbocompresores, uno para cada una de las bancadas de cilindros.
- Trabajan los dos turbocompresores simultáneamente compartiendo el intercooler IC y la admisión a todos los cilindros TC1 y TC2.
- Cada turbocompresor dispone de un filtro de aire FA1 y FA2.
Imagen 15.29. Dos turbocompresores de diferente tamaño en serie o cascada
- El motor, con cilindros en línea, tiene dos turbocompresores de diferente tamaño.
- El menor TCp actúa a bajas RPM con rápida respuesta y al subir el motor de RPM entra el turbocompresor más grande TCg que va tomando el relevo.
- Las secuencias de actuación están coordinadas por recorridos distintos en los colectores de escape y de admisión, con control extremadamente preciso.
- Se ven el filtro de aire FA y el intercooler IC.
En motores sobrealimentados de elevadas prestaciones se puede contar con más de un intercooler, para reducir lo suficiente la temperatura del aire de admisión por la alta presión de sobrealimentación.
Imagen 30
Dos turbocompresores de diferente tamaño en serie y otro compresor eléctrico complementario, en un motor con cilindros en V con estos elementos:
- A1 admisión del turbocompresor pequeño 1 desde el filtro de aire.
- E1 salida de escape del turbocompresor pequeño 1 a la entrada E2 del turbocompresor grande 2.
- A2 admisión del turbocompresor grande 2 desde el filtro de aire.
- VED control selectivo de actuación de las válvulas de escape, una de cada cilindro llega a los dos turbocompresores y la otra solamente al grande 2, esta última válvula es desconectable por el sistema de distribución de fase variable.
- Escape hacia el turbocompresor 1 en naranja, escape hacia el turbocompresor 2 en rojo y admisión y los dos intercooler IC en amarillo.
- CE48V compresor eléctrico complementario y batería de ión – litio para su funcionamiento a 48 voltios B48V.
- Al acelerar desde ralentí el compresor eléctrico entra en acción inmediatamente girando hasta unas 85.000 RPM, lo que permite que la sobrealimentación sea efectiva desde que se comienza a acelerar, par máximo poco después de ralentí.
- Seguidamente entra en acción el turbocompresor pequeño 1 y después el grande 2.
- Si es necesario, en determinados momentos de funcionamiento colabora el compresor eléctrico como apoyo.
- Hay un convertidor para adaptar los dos valores de tensión, 12 voltios para la batería de servicio y 48 para el compresor eléctrico.
El automóvil con motor sobrealimentado
Imagen 15.31
La sobrealimentación del motor requiere modificaciones en prácticamente todos los componentes mecánicos relacionados con la dinámica del automóvil, estos son los más implicados.
Motor
- Los elementos relacionados con la combustión y su entorno han de diseñarse para soportar mayores esfuerzos mecánicos y térmicos.
- También se ha de adecuar la lubricación y refrigeración.
Embrague
- Ha de pasar a la caja de cambios valores de par bastante más elevados por lo que ha de adaptarse a este esfuerzo adicional para mantener su fiabilidad, capítulo 16.
Caja de cambios y transmisión
- Por la caja de cambios pasa el par motor y se trasforma antes de llegar a las ruedas.
- Sus componentes internos han de estar preparados para este esfuerzo.
- Además, para aprovechar el mayor par motor las relaciones tienen que ser más largas, más km/h para las mismas RPM, así se logra ajustar el consumo, contaminación y ruido.
- Así mismo los demás componentes de la transmisión; árbol, diferencial y palieres han de diseñarse para soportar valores mayores de par, capítulo 17.
Frenos
- Las mayores prestaciones necesitan más capacidad para detener el automóvil, por lo que los frenos serán de mayor tamaño y capaces de soportar mayores esfuerzos sin que aparezca la fatiga, “fading”, capítulo 24.
Suspensión
- La mayor capacidad prestacional del automóvil sobrealimentado permite mayores velocidades de circulación, que generan más oscilaciones, que han de ser controladas con los elementos elásticos de suspensión, amortiguadores y barras estabilizadoras, apoyados en ruedas, llantas y neumáticos, adecuados para estas prestaciones, capítulos 20 y 21.
