La turboalimentación es uno de los métodos de presurización de agregados , basada en el uso de la energía de los gases de escape . El elemento principal del sistema es la turbina .
El principio de la turboalimentación fue patentado por Alfred Buchi en 1911 en la Oficina de Patentes de EE . UU. [1] .
La historia del desarrollo de turbocompresores comenzó aproximadamente al mismo tiempo que la construcción de las primeras muestras de motores de combustión interna. En 1885-1896, Gottlieb Daimler y Rudolf Diesel realizaron investigaciones en el campo del aumento de la potencia generada y la reducción del consumo de combustible mediante la compresión del aire inyectado en la cámara de combustión. En 1905, el ingeniero suizo Alfred Büchi fue el primero en realizar con éxito la inyección mediante gases de escape, obteniendo al mismo tiempo un aumento de potencia de hasta un 120%. Este evento marcó el comienzo del desarrollo gradual y la implementación de tecnologías turbo.
El alcance de los primeros turbocompresores se limitaba a motores extremadamente grandes, en particular, barcos. En la aviación, los turbocompresores se utilizaron con cierto éxito en los cazas con motor Renault desde la Primera Guerra Mundial. En la segunda mitad de la década de 1930, el desarrollo de la tecnología hizo posible crear turbocompresores de aviones realmente exitosos que, con motores significativamente potenciados, se utilizaron principalmente para aumentar la altitud. Los estadounidenses lograron el mayor éxito en esto, instalando turbocompresores en cazas P-38 y bombarderos B-17 en 1938. En 1941, los EE. UU. crearon el caza P-47 con turbocompresor, lo que le proporcionó excelentes características de vuelo a gran altura.
En el sector de la automoción, los fabricantes de camiones fueron los primeros en utilizar turbocompresores. En 1938, se construyó el primer motor turbo para un camión en Swiss Machine Works Sauer. Los primeros turismos fabricados en serie equipados con turbinas fueron el Chevrolet Corvair Monza y el Oldsmobile Jetfire, que entraron en el mercado estadounidense entre 1962 y 1963. A pesar de las evidentes ventajas técnicas, el bajo nivel de fiabilidad provocó la rápida desaparición de estos modelos.
La introducción de motores turbo en los autos deportivos, particularmente en la Fórmula 1 , en la década de 1970 condujo a un aumento significativo en la popularidad de los turbocompresores. El prefijo "turbo" comenzó a ponerse de moda. En ese momento, casi todos los fabricantes de automóviles ofrecían al menos un modelo con motor turbo de gasolina. Sin embargo, después de unos años, la moda de los motores turbo comenzó a desvanecerse, pues resultó que el turbocompresor, si bien le permite aumentar la potencia de un motor de gasolina, aumenta mucho el consumo de combustible. Al principio, el retraso en la reacción del turbocompresor fue lo suficientemente grande, lo que también fue un argumento serio en contra de instalar una turbina en un motor de gasolina.
Un punto de inflexión fundamental en el desarrollo de los turbocompresores se produjo con la instalación en 1973 de un turbocompresor en un automóvil de producción BMW 2002 turbo, y ya en 1974 un Porsche 911 turbo y luego en 1978 con el lanzamiento del Mercedes-Benz 300 SD, el primer turismo equipado con un motor diesel turbo. En 1981, el Mercedes-Benz 300 SD fue seguido por el VW Turbodiesel, manteniendo un consumo de combustible significativamente menor. En general, los motores diesel tienen una relación de compresión más alta y, debido a la expansión adiabática durante la carrera de potencia, sus gases de escape tienen una temperatura más baja. Esto reduce los requisitos de resistencia al calor de la turbina y permite diseños más económicos o más sofisticados. Es por eso que las turbinas en los motores diesel son mucho más comunes que en los motores de gasolina, y la mayoría de los nuevos productos (por ejemplo, turbinas con geometría variable) aparecen por primera vez en los motores diesel.
El principio de funcionamiento se basa en el aprovechamiento de la energía de los gases de escape. El flujo de gases de escape ingresa al impulsor de la turbina (fijo en el eje), haciéndolo girar y las paletas del compresor ubicadas en el mismo eje con él, que bombea aire a los cilindros del motor. Dado que cuando se usa sobrealimentación, el aire es forzado a entrar en los cilindros (bajo presión), y no solo debido al vacío creado por el pistón (este vacío puede tomar solo una cierta cantidad de mezcla de aire y combustible), más mezcla de aire y combustible entra en el motor. Como resultado, durante la combustión, el volumen de combustible combustible con aire aumenta, el gas resultante está a alta presión y, en consecuencia, hay una gran fuerza que presiona el pistón.[ estilo ]
Como regla general, los motores turbo tienen un consumo efectivo de combustible menos específico (gramos por kilovatio-hora , g / (kW h)) y una mayor potencia en litros (potencia extraída de una unidad de volumen del motor - kW / l), lo que permite aumentar la potencia de un motor pequeño sin aumentar la velocidad del motor.
Debido al aumento de la masa de aire comprimido en los cilindros, la temperatura al final de la carrera de compresión aumenta notablemente y existe la posibilidad de detonación . Por lo tanto, el diseño de los motores turbo proporciona una relación de compresión reducida, se utilizan grados de combustible de alto octanaje y se proporciona un posenfriador ( intercooler ), que es un radiador para enfriar el aire. También se requiere una disminución en la temperatura del aire para que su densidad no disminuya debido al calentamiento por compresión después de la turbina, de lo contrario, la eficiencia de todo el sistema disminuirá significativamente.[ estilo ] La turboalimentación es especialmente eficaz en motores diésel de camiones pesados. Aumenta la potencia y el par con un ligero aumento del consumo de combustible. Encuentra el uso de turboalimentación con geometría variable de las palas de la turbina , dependiendo del modo de operación del motor.
Los turbocompresores más potentes (en relación con la potencia del motor) se utilizan en motores diésel. Por ejemplo, en un motor diesel D49 con una potencia de 4000 hp. Se instaló un turbocompresor con una capacidad de 1100 hp.
Los turbocompresores de los motores marinos tienen la potencia más alta (en valor absoluto), que alcanza varias decenas de miles de kilovatios ( motores MAN B&W ).
Además del turbocompresor y el intercooler, el sistema incluye: una válvula de control (descarga) (para mantener la presión establecida en el sistema y aliviar la presión en el tubo de escape), una válvula de derivación (para desviar el aire de carga de vuelta a los tubos de admisión). a la turbina en caso de que el acelerador esté cerrado) y / o una válvula de "purga" (válvula de soplado - para descargar el aire de carga a la atmósfera con un sonido característico, en caso de un cierre del acelerador, siempre que no haya masa de aire sensor de flujo), un colector de escape compatible con un turbocompresor, o una bajante personalizada, y también tuberías selladas: aire para suministrar aire a la admisión, aceite para enfriar y lubricar el turbocompresor.
El retraso del turbocompresor ("turbo lag") es el tiempo requerido para que la potencia de salida cambie después de un cambio en el estado del acelerador, manifestándose como una respuesta más lenta a la apertura del acelerador en comparación con la de un motor de aspiración natural. Esto se debe a que el sistema de escape y el turbocompresor tardan en girar para proporcionar el flujo de aire de carga requerido. La inercia, la fricción y la tensión en el compresor son las principales causas del retraso del turbocompresor.
Hoy en día, los motores turbo pueden tener 2 o incluso 4 turbos. Por esta razón, sus configuraciones pueden estar en un orden diferente y los turbos mismos pueden diferir.
| Configuración | cantidad | Descripción |
|---|---|---|
| Impulso único | una | El tipo de turbocompresor más numeroso en la actualidad tiene un diseño simple pero efectivo. |
| biturbo | 2 | Dos impulsores, no siempre iguales en presión y otros parámetros, instalados en serie en un conducto de aire, soplan a través de todos los cilindros, mientras que uno de los impulsores puede ser el principal y el segundo puede ser auxiliar. La ventaja es que, en caso de avería de un impulso, el segundo puede seguir funcionando y todos los cilindros, aunque en menor medida, se quemarán. La desventaja es la complejidad de la reparación y la construcción. |
| biturbo | 2 | 2, los bloques de cilindros se distribuyen con mayor frecuencia entre dos supercargadores gemelos, por ejemplo, en motores en forma de V , cada supercarga sopla su bloque de cilindros a la derecha y a la izquierda, respectivamente, a través de sus conductos de aire, que no siempre están interconectados. La ventaja de esta configuración es una turbocompresión muy fuerte y cierta simplicidad en comparación con biturbo.La desventaja es el hecho de que la falla de uno de los impulsores en el caso de conductos de aire no relacionados provocará un funcionamiento desigual de los cilindros del bloque izquierdo y derecho con todas las consecuencias |
| Quadturbo | cuatro | Tal turboalimentación es relevante solo para motores de gasolina de automóviles deportivos muy potentes, con el número de cilindros, un múltiplo de 4 (8, 12 o 16 cilindros). Es extremadamente raro, este tipo de turbo lo usan solo autos muy caros, como Bugatti Chiron (1500 HP) y modelos más nuevos de esta marca, Hennessy Performance Venom F5 (1700 HP), SSC Tuatara (2500 HP) y Devel Sixteen (5007 CV) . |
| Twinbiturbo | cuatro | De hecho, representa dos esquemas biturbo idénticos con distribución a sus bloques de cilindros. Hasta la fecha, no hay un solo automóvil de fábrica con esta configuración, pero este diseño a veces se usa en el proceso de ajuste . |
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| Ver también: Diseño automotriz | |||||