Lo que debe saber sobre los motores turboalimentados

¿Ha estado escuchando sobre el dispositivo de entrada de alta potencia en un motor de combustión interna? Bueno, el secreto es el turbocompresor. . También se le conoce como turbo que fue inventado a principios del siglo XX por un ingeniero en tierras suizas, Alfred Buchi. Presentó un prototipo para aumentar la potencia de los motores diésel.

Hoy en día, la turboalimentación se ha convertido en un dispositivo estándar para la mayoría de los motores de gasolina y diésel. La investigación aún está en curso sobre formas de mejorar los diseños de turbocompresores para un mejor rendimiento a un menor costo de fabricación. Aunque las tensiones inducidas por vibraciones y el rendimiento de los rodamientos son los principales factores de falla. Por esta razón, un análisis rotodinámico debería ser una parte importante del proceso de diseño del turbocompresor, ¡bueno, tal vez!

En un motor de automóvil, la potencia se produce en la cámara de combustión con la mezcla de aire/combustible de admisión, ¡correcto! Después de la compresión, libera la mezcla como gas de escape que se convierte en productos de desecho e incluso contamina la atmósfera. Pero en lugar de tener los gases de escape inútiles, el turbocompresor los utiliza para hacer que el motor funcione más rápido. Déjame explicarte.

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Hoy veremos la definición, funciones, aplicaciones, partes, historia, diagrama, tipos, principio de funcionamiento, así como las ventajas y desventajas de un turbocompresor. Este artículo es amplio, por lo que le insto a que lo lea para obtener el conocimiento.

Definición de turbocompresor

Un turbocompresor es un dispositivo de inducción de fuerza accionado por turbina que aumenta la eficiencia y la potencia de salida de los motores de combustión interna al forzar la entrada de aire comprimido adicional en la cámara de combustión. Esta inducción de aire caliente parece funcionar porque el compresor puede forzar más aire y proporcionalmente más combustible en la cámara de combustión que la presión atmosférica normal.

Un turbocompresor es un dispositivo instalado en el motor de un vehículo para mejorar la eficiencia general y aumentar el rendimiento del motor. Los turbocompresores se conocen originalmente como turbosuperchargers. porque todos los dispositivos de inducción forzada se clasifican como supercargadores. Un supercargador es un término que se le da a un dispositivo de inducción forzada accionado mecánicamente.

La diferencia entre un turbocompresor y un sobrealimentador convencional es que un turbocompresor funciona con una turbina impulsada por los gases de escape de un motor. Mientras que un sobrealimentador es impulsado mecánicamente por el cigüeñal del motor, a menudo conectado con una correa. Sin embargo, los turbocompresores son más eficientes pero menos sensibles. El término Twin-charger se refiere a un motor con un turbocompresor y un sobrealimentador.

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Historia

Una breve historia de los turbocompresores, el mérito es del fundador Alfred J Buchi (1879 - 1932), que trabajaba en un taller de ingeniería automotriz de Gebruder Sulzer Engine Company de Winterthur, Suiza. El proyecto se desarrolló un año antes de la Primera Guerra Mundial, que fue patentado en Alemania en 1905. Continuó mejorando el proyecto hasta su muerte después de cuatro décadas.

Algunos otros ingenieros también merecen ser acreditados en el proyecto del turbocargador. Unos años antes, Sir Dugald Clark (1854 - 1932) fue un inventor escocés de un motor de dos tiempos. experimentó separando las etapas de compresión y expansión de la combustión interna usando dos cilindros separados.

Su experimento funcionó como una sobrealimentación, aumentando tanto los flujos de aire en los cilindros como la cantidad de combustible que se podía quemar. Otros ingenieros como Louis Renault, Gottlieb Daimler y Lee Chadwick también participan en los sistemas de sobrealimentación.

Funciones del turbocompresor

La función principal de un turbocompresor es aumentar la eficiencia de trabajo de un motor de automóvil. a continuación se muestran razones por las que turbo siempre existirá a pesar de algunas de sus limitaciones.

• Se proporciona empuje adicional, sin aumentar la capacidad del motor.
• Haga que el motor funcione más rápido sin aumentar la tasa de consumo de combustible.
• Aproveche el óxido de carbono II (gas de escape) en lugar de causar contaminación.

Aplicaciones del turbocompresor

Un turbocompresor se usa comúnmente en motores de automóviles como camiones, automóviles, trenes, aviones y equipos de construcción. La versión moderna de los motores de combustión interna de ciclo Otto y ciclo diesel cuenta con turbocompresores.

Sumérjase para explicar algunas aplicaciones de los turbocompresores:

Automóviles de gasolina y diesel: Como se mencionó anteriormente, los automóviles turboalimentados son comunes en los automóviles de gasolina y diésel para aumentar su potencia de salida para una capacidad determinada. También aumenta la eficiencia del combustible, lo que permite un motor de menor cilindrada. Estos motores perdieron alrededor de un 10 % de peso y ahorraron hasta un 30 % en el consumo de combustible y aún así ofrecen la misma potencia máxima.

El primer automóvil de pasajeros turboalimentado fue la opción Oldsmobile Jetfire. Utiliza el componente de un 215 cu en todos los V8 de aluminio y en el producto Chevrolet llamado corvairs. Inicialmente se llama Monza Spyder motor plano refrigerado de seis cilindros.

Los automóviles diésel dependen en gran medida del turbocompresor desde el uso de una mayor eficiencia, capacidad de conducción y rendimiento de los motores diésel. Se produce en un automóvil de pasajeros que se presentó en 1978 con turbocompresor Garrett.

Camiones: Por el mismo beneficio, los motores de camiones diésel cuentan con turboalimentación desde 1938.

Aviones: A lo largo del año, el efecto del turbocompresor también aumenta la eficiencia de los aviones.

Motocicletas: La mayoría de las empresas japonesas produjeron motocicletas de alto rendimiento con turbocompresor desde principios de la década de 1980. Aunque hay pocas motocicletas turboalimentadas, esto se debe a la gran cantidad de cilindradas más grandes. El motor de aspiración natural está disponible y ofrece las ventajas de par y potencia de un motor de menor cilindrada con turbocompresor, pero ofrece características de potencia más lineales.

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Piezas de turbocompresores

A continuación se muestran las partes principales de un turbocompresor y sus funciones:

• Cartuchos (núcleos de turbocompresor completamente ensamblados y balanceados)
• Actuadores de vacío y actuadores neumáticos
• Actuadores electrónicos (servoaccionamientos eléctricos)
• Carcasas del compresor (las carcasas de la sección/pieza fría del turbocompresor)
• Juegos de reparación de turbocompresores (juegos/juegos de piezas de repuesto para una reparación menor rápida)
• Ruedas del compresor (ruedas del compresor del turbocargador)
• Eje y ruedas (ejes de turbocompresor con rueda de turbina, rotores de turbina)
• Carcasas de anillo de boquilla (Carcasas para elementos de control de geometría VNT)
• Carcasas de cojinetes (carcasas de cartucho, carcasas de núcleo Turbo)
• Placas traseras (placa de núcleos del turbocompresor del lado del compresor)
• Anillos de boquilla VNT (anillos con boquillas para turbocompresores VNT, nodos de control de geometría VNT)
• Escudos térmicos (escudos térmicos del núcleo del turbocargador)
• Kits de juntas (kits/juegos de juntas de turbocompresor)
• Sensores del actuador (sensores de presión, sensores de posición
• Juntas VNT (juntas internas para turbocompresores VNT)
• Carcasas de turbinas (las carcasas de la sección/parte caliente del turbocompresor)
• Piezas de actuadores electrónicos (motores eléctricos, ejes, engranajes de servoaccionamientos de turbocompresores).

Tipos de turbocompresores

A continuación se muestran los distintos tipos de turbocompresores que existen:

Solo turbo:

El turbo único es el tipo de turbocompresor más simple, común y económico que existe. Tiene una variabilidad ilimitada y, al ser un turbo más pequeño, proporciona un mejor gruñido de gama baja a medida que se enrollan más rápido. El turbo único tiene un cojinete de bolas y un cojinete liso que proporcionan menos fricción para que el compresor y la turbina giren.

Los beneficios de los turbocompresores simples son que los motores más pequeños también pueden tener un turbo, también se considera la rentabilidad, la simplicidad y la facilidad de instalación. También aumenta la eficiencia del motor.

Algunas limitaciones todavía ocurren a pesar de sus ventajas que incluyen; tener un rango de rpm efectivo justo y estrecho. Los turbos simples hacen que el tamaño sea un problema, ya que uno tiene que elegir entre una mejor potencia de gama alta o un buen par de torsión de gama baja. Finalmente, la respuesta puede ser lenta en comparación con otros tipos de turbo.

Doble Turbo:

El doble turbo es otra opción que permite un solo turbocompresor para cada banco de cilindros (v8, v12, etc.). Alternativamente, se podría usar un solo turbocompresor para bajas revoluciones y derivar a un turbocompresor más grande para altas revoluciones. Dos turbos de tamaño similar donde uno se usa a bajas revoluciones y ambos se usan a altas revoluciones (14, 16). BMW x5 M y x6 M utilizan turbos de doble entrada, uno a cada lado del v8.

El beneficio de doble turbo cuando es secuencial o en el turbo a bajas revoluciones y ambos a altas revoluciones. Permite una curva de torsión más amplia y plana, mejor torsión a bajo régimen, pero la potencia no disminuirá a altas revoluciones como un solo turbo. Las limitaciones con estos turbocompresores incluyen el costo y la complejidad, ya que el componente casi se duplica. Y existen otras alternativas para conseguir un resultado similar pero más ligero.

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Turbo de desplazamiento doble:

En casi todos los sentidos, los turbocompresores de doble entrada son mejores que los turbos de entrada simple porque, al usar dos entradas, los pulsos de escape se dividen. Por ejemplo, en motores de cuatro cilindros que tienen un orden de encendido de 1 3 4 2, los cilindros 1 y 4 pueden alimentar una espiral de un turbo. Mientras que los cilindros 2 y 3 se alimentan para separar la espiral. El propósito de este tipo de turbocompresor es que haya una superposición en el cilindro. Digamos que el cilindro está terminando su carrera de potencia cuando el pistón alcanza el punto muerto inferior y la válvula de escape se abrirá. Durante este tiempo, el cilindro dos termina su carrera de escape cerrando la válvula y abriendo la válvula de admisión.

Un colector turbo de desplazamiento único tradicional es bastante diferente, la presión de escape del cilindro uno interferirá con el cilindro dos que aspira el aire fresco debido a que ambas válvulas de escape están abiertas temporalmente. Esto reduce la cantidad de presión que llega al turbo e interfiere con la cantidad de aire que ingresa el segundo cilindro.

Las ventajas del turbocompresor son que se envía más energía a la turbina de escape y se logra un mayor rango de rpm de impulso efectivo. Esto se debe a los diferentes diseños de pergamino. Básicamente, hay más superposición de válvulas sin obstaculizar la evacuación del escape, lo que genera una mayor flexibilidad de ajuste.

Las limitaciones son que el costo y la complejidad son altos en comparación con los turbos simples y requiere un diseño de motor y un diseño de escape específicos.

Turbocompresor de geometría variable (VGT):

Los tipos de geometría variable de un turbocompresor son comunes en los motores diesel y tienen una producción limitada. Esto se debe a su costo y requisitos de materiales exóticos. Las paletas internas dentro del turbocompresor alteran la relación A/R de área a radio para que se corresponda con las rpm. Es decir, a bajas revoluciones, se utiliza una relación A/R baja para aumentar la velocidad de los gases de escape y acelerar rápidamente el turbocargador. Si las revoluciones aumentan, la relación A/R aumenta para aumentar el flujo de aire, lo que da como resultado un retraso bajo del turbo. También conduce a un umbral de impulso bajo y una banda de torque amplia y suave.

Los beneficios de este tipo de turbo es que se produce una curva de torque amplia y plana. Lo cual es efectivo en un rango de rpm muy amplio. Requiere un solo turbo, lo que simplifica una configuración de turbo secuencial en algo más compacto. Sus limitaciones son que solo se usa en aplicaciones diésel donde los gases de escape son más bajos para que las paletas no sean destruidas por la cabeza. Al usar el turbo en un motor de gasolina, se usarán metales exóticos de alto costo para mantener la confiabilidad.

Turbocompresor Twin-Scroll variable:

El turbo variable de doble entrada es significativamente más económico que los VGT, lo que lo convierte en una opción preferible para la turboalimentación de gasolina. Combina un VGT con una configuración de doble entrada, por lo que, a bajas revoluciones, una de las vueltas se cierra por completo forzando todo el aire hacia la otra. A medida que aumenta la velocidad del motor, se abre una válvula para permitir que entre aire en la otra espiral y se obtiene un buen rendimiento de gama alta.

Las ventajas del turbocargador son que permite una curva de torque amplia y plana y tiene un diseño más robusto que el VGT. El costo y la complejidad también son sus limitaciones y la tecnología no ha sido deseada antes.

Turbocompresores eléctricos:

Con la aplicación de un motor eléctrico en un turbocompresor, mejora sus características y brinda un impulso instantáneo al motor. El torque de gama baja se produce fácilmente, se elimina el retraso. Este turbocompresor es simplemente el mejor de todos, tal vez una nueva versión podría derribarlo.

sus beneficios son que se produce un rango efectivo de rpm más amplio con par uniforme en todas partes. La energía desperdiciada se recupera ya que un motor eléctrico está conectado directamente a la turbina de escape. Y como se mencionó anteriormente, el turbo lag y la insuficiencia de gases de escape pueden eliminarse virtualmente girando el compresor con energía eléctrica cuando sea necesario.

La complejidad y el costo son una de las desventajas del turbocompresor, ya que ahora se incluye la cuenta para el motor eléctrico. El embalaje y el peso también son un problema, especialmente con la adición de una batería a bordo, que suministra suficiente energía al turbo cuando es necesario. Se pueden obtener beneficios similares de otros tipos como los VGT o los rollos dobles.

Principio de funcionamiento

Teniendo un conocimiento básico de cómo funciona un motor a reacción, entender los coches con turbocompresor será mucho más fácil. Déjame explicarte, un motor a reacción succiona aire fresco en la parte delantera y lo usa en la cámara para mezclarlo y quemarlo con el combustible. Luego lanza aire caliente a través de su espalda. El calor ruge más allá de una turbina hecha de un molino de viento de metal compacto, que impulsa el compresor (bomba de aire) en la parte delantera del motor. el motor lo usa para empujar aire hacia el motor para que el combustible se queme correctamente.

Un proceso similar se aplica al turbocompresor en un motor de pistón de automóvil. los gases de escape se utilizan para impulsar la turbina, que hace girar un compresor de aire que empuja el aire extra a los cilindros. Hace que se queme más combustible en un segundo, por lo que un automóvil turboalimentado puede producir más energía. Eso es más energía por segundo.

Los turbocompresores están hechos de dos mitades unidas por un eje. Uno de ellos contiene una turbina que gira con los gases de escape calientes, el otro también contiene una turbina que aspira aire y lo comprime en el motor. Esta compresión ofrece más potencia y eficiencia al motor. A medida que ingresa más aire a la cámara de combustión, se agrega más combustible, lo que produce energía adicional.

Tenga en cuenta que el aire comprimido es caliente, que es menos denso y se eleva sobre los radiadores. Este aire caliente es menos efectivo para ayudar a quemar el combustible. Debido a esto, el aire proveniente del compresor debe enfriarse antes de ingresar a los cilindros. Por eso, el aire caliente del compresor pasa por un intercambiador de calor que elimina el calor extra antes de que entre en la cámara de combustión.

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De dónde proviene la energía adicional y cuánto puede obtener

La mayoría de la gente piensa que el motor de turbina ofrece potencia adicional de los gases de escape recibidos, pero eso no es cierto. Los gases de escape se utilizan para impulsar el compresor que transfiere aire a la cámara de combustión, lo que permite que el motor queme más combustible cada segundo. La energía adicional se obtiene del combustible adicional que se quema a un ritmo más rápido.

La cantidad de potencia adicional que brinda el turbocompresor está determinada por el tamaño de los componentes. Los turbocompresores se pueden mejorar para hacer que el motor sea más potente, dependiendo de la potencia deseada. Pero hay un límite de mejora. Los cilindros son tan grandes que pueden recibir mucho aire y combustible para mezclar.

Ventajas y desventajas de los turbocompresores

Ventajas:

A continuación se muestran los beneficios de los turbocompresores:

• Se ofrece potencia extra al motor.
• Se proporciona energía gratuita al motor utilizando gases de escape de desecho. no requiere la potencia de ningún motor para impulsarlo.
• Se utiliza tanto en motores diésel como de gasolina.
• Mejorar la eficiencia de combustible de los motores.

Desventajas:

A pesar de las ventajas de los turbocompresores, aún existen dos limitaciones principales. A continuación se muestran las desventajas del turbocompresor:

Uno de los grandes problemas con un turbocompresor se conoce como turbo lag. Esto sucedió cuando se presiona el acelerador hacia abajo, el motor tarda en acelerar. Es decir, los turbocompresores tardan en reflejar la velocidad del motor.

Cuando la velocidad del motor es baja, no hay suficientes gases de escape para hacer girar el compresor y ofrecer la potencia necesaria. El escape requerido se creará después de presionar el acelerador. Este efecto se reduce al cambiar a una marcha más baja, pero los conductores expertos a veces notan la demora dividida en la respuesta.

La segunda limitación de los turbocompresores no ocurre en las condiciones de conducción cotidianas. Ocurre solo cuando el motor se lleva al límite. El calor producido por los gases de escape se calienta mucho y hace que el turbocargador comience a brillar en rojo.

Esta es la razón por la cual la mayoría de los autos deportivos turboalimentados están diseñados con respiraderos en la parte inferior del motor. Esta ventilación mantiene constante la circulación de aire y enfría las piezas.

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En conclusión, le hemos expuesto las diversas funciones de los turbocompresores. Uno de ellos es aumentar la eficiencia de trabajo y de combustible de los motores. También vemos los distintos tipos de turbos y su principio de funcionamiento. También se revelan ventajas y desventajas.

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