¿Qué es un Turbocargador de Geometría Variable, y cómo funciona?

Los turbocompresores de geometría variable (VGT o turbocompresores de geometría variable) es un término que se le asigna alagunos turbos en su mayoría a diesel. Los VGT tienen turbinas con álabes que se mueven según las necesidades del motor al que están conectados.

La forma en que se mueven los alabes depende del diseño de VGT; algunos fabricantes los diseñan para pivotar y otros para deslizarlos. Los primeros VGT regulaban las posiciones de las piezas utilizando actuadores de presión o vacío, pero la mayoría de los diseños actuales utilizan unidades de control electrónico para determinar las posiciones de las piezas.

Cuando se alteran las posiciones de los alabes, cambia la geometría de la carcasa de la turbina. Estos cambios afectan la velocidad de la turbina giratoria, lo que permite optimizarla para el rendimiento del motor.

Cuando la velocidad del motor es baja, el espacio en el turbo se expande, disminuyendo la velocidad del aire que fluye a través de la turbina. Cuando la velocidad del motor es alta, el espacio en el turbo se restringe, aumentando la velocidad del aire que fluye a través de la turbina.

Es importante recordar que los VGT cambian la velocidad de la turbina, no la cantidad de aire de escape. La cantidad de aire de escape nunca cambia.

Los VGT se crearon para trabajar con sistemas EGR para controlar las emisiones y son esenciales para la regeneración del filtro de partículas diésel (DPF). Durante la regeneración del DPF, la velocidad del aire debe controlarse por completo para que la temperatura del aire de escape sea lo suficientemente alta como para quemar la materia acumulada en el filtro.

Un turbo de geometría variable (VGT) es una solución de potencia compleja y costosa que prevalece especialmente en los motores diésel. Un VGT tiene un anillo de álabes de forma aerodinámica en la carcasa de la turbina que puede alterar su relación de área a radio para igualar las revoluciones del motor. A bajas revoluciones, la relación área-radio crea más presión y velocidad para acelerar el turbo de manera más efectiva. A revoluciones más altas, la relación aumenta para dejar entrar más aire. El resultado es un rango de impulso más amplio y menos retraso.

Ventajas

• Curva de par amplia y plana. Turbocompresor eficaz en un rango de RPM muy amplio.
• Requiere un solo turbo, lo que simplifica una configuración turbo secuencial en algo más compacto.

Desventajas

• Por lo general, solo se usa en aplicaciones diésel donde los gases de escape son más bajos para que las paletas no se dañen con el calor.
• Para las aplicaciones de gasolina, el costo generalmente las mantiene fuera, ya que se deben usar metales exóticos para mantener la confiabilidad. La tecnología se ha utilizado en el Porsche 997, aunque existen muy pocos motores de gasolina VGT como resultado del costo asociado.

¿Qué es el Turbocompresor Eléctrico de Audi y cómo funciona?

El turbocompresor eléctrico es un dispositivo mecánico eléctrico que ayuda a optimizar la eficiencia y reducir el turbolag a bajas revoluciones en el automóvil, incorpora un motor eléctrico que hace la funciona de la turbina y un compresor está instalado en el sistema de admisión de aire que entra al motor, antes del turbo principal y del intercooler y normalmente es accionado a un régimen de giro determinado por el fabricante en este caso Audi

Sin embargo, a muy bajas revoluciones, cuando salimos de un semáforo, por ejemplo, el aire que es enviado al turbo principal no sería suficiente como para activarlo, entonces el turbo eléctrico entra en funcionamiento y empuja el aire con mucha más fuerza en el motor, eliminando el Turbolag.

Las ventajas de la instalación de un sobrealimentador eléctrico residen en su total independencia de los gases de escape, modificándose el sistema eléctrico debido a la necesidad de tensiones de trabajo de 48 voltios como mínimo.

La sobrealimentación eléctrica promete importantes mejoras en consumos, rendimientos más eficaces del motor y un optimo desempeño de las normas ambientales y de gases, Estos principios básicos de la evolución de los motores actuales permiten tener un mejor mercado automotriz.

Turbolag

Uno de los principales problemas a los que se enfrentan los fabricantes de vehículos, independientemente del tipo de sobrealimentación que incorporan, son las prestaciones a bajo régimen debido al famoso TURBOLAG (tiempo de reacción) tiempo que transcurre desde que pisamos el acelerador hasta que notamos el empuje total del motor, siendo esta idea tan antigua como el propio turbo.

Características

Las cifras que ofrece el sobrealimentador eléctrico de Audi son demoledores, alcanzando una velocidad de giro de 70.000 rpm en apenas centésimas de segundo.

Ésta es su principal ventaja como elemento complementario al diseño de doble turbocompresor en serie, pues el retraso del turbo – efecto lag – es totalmente contrarrestado por la velocidad que alcanza la turbina eléctrica en muy poco tiempo.

Pero las ventajas de este sobrealimentador eléctrico van más allá, y es que esta pequeña turbina es capaz de alcanzar valores de presión relativa de 2,4 bares, consiguiendo unos registros más que interesantes para llenar cada uno de los cilindros.

¿Qué es el Turbo Lag en el auto y cómo se produce?

Para ir entendiendo el concepto rápidamente determinamos que el Lag (retraso) es un lapso de tiempo (retraso de respuesta), que transcurre desde que se pisa el acelerador hasta que la fuerza se transmite a las ruedas y se genera un movimiento

El lag se genera cuando los gases de escape entran en contacto con la inercia de las propias turbinas que conforman el sistema del turbo, ya que su peso hace que no puedan funcionar de manera inmediata. Pero también por el tiempo que transcurre hasta que las turbinas giran lo suficiente como para que su presión sea capaz de empujar el vehículo.

Es decir, cuando la turbina gira con lentitud, el motor se comporta como si no llevara turbo, hasta que éste alcanza la velocidad de giro necesaria para comprimir el aire de admisión.

En algunos motores, con el turbocompresor muy grande, cuesta mucho mover la turbina cuando no está girando o cuando lo hace despacio, por lo que los gases de escape necesitan vencer una fuerte inercia.

Para solucionarlo, se utilizan turbocompresores cada vez más pequeños; turbos con materiales muy ligeros pero que resistan muy bien el calor, como la cerámica o el titanio, o turbocompresores de geometría variable. o en su defecto turbo compresores electricos como el que incorporó AUDI, o el actualmente desarrollado por Garrett

¿Qué es una válvula de alivio (Wastegate) y cómo funciona en el turbocargador?

Una valvula de alivio o Wastegate es un dispositivo integrado en un turbocompresor que controla la presión de sobrealimentación máxima permitida.  La válvula de descarga es un componente en un turbocompresor que desvía los gases de la turbina. La función principal de la válvula de descarga es regular la presión de sobrealimentación óptima en los sistemas de turbocompresor para proteger el turbocompresor y el motor. El desvío de los gases de escape ajusta la velocidad de la turbina, que en sintonía ajusta la velocidad de rotación del compresor.

Es en esta etapa que la rueda de la turbina traduce la energía térmica (energía potencial) del escape del motor en energía mecánica. Si el flujo de escape se desvía de manera que no fluya a través de la rueda de la turbina de un turbocompresor, entonces su energía potencial no es convertida por la turbina. En pocas palabras, la reducción del flujo de escape a través de la turbina reduce y / o controla la presión de refuerzo. En una palabra,

Tipos de Válvulas de alivio

Hay dos tipos de alivios; interno y externo. Una compuerta de desechos interna está integrada en el conjunto de la carcasa de la turbina. Se instala una válvula de descarga externa en el tubo ascendente de escape entre el colector de escape y la entrada de la carcasa de la turbina. En cualquier caso, se requiere un actuador para operar la válvula de válvula de descarga. Cuando se abre la válvula, el flujo de escape se desvía de su trayectoria normal a través de la rueda de la turbina y, en su lugar, sale directamente al tubo de escape.

En función del modo de apertura, se distinguen dos variantes de válvulas de descarga:

  • Válvula de descarga de tipo «push . En estas válvulas de descarga, la apertura es accionada mediante un muelle. Este muelle, tarado a una determinada fuerza, aprieta el pistón de la válvula manteniéndola cerrada. Cuando la presión en la admisión vence la fuerza del muelle, se abre la válvula para permitir la salida del aire comprimido.
  • Válvula de descarga de tipo «pull».En las válvulas de descarga de tipo jalar, la apertura es accionada por medio de una membrana en vez de por muelles. A diferencia de la versión tipo “push”, estas válvulas tienen la ventaja de que no necesitan regulación ya que se adaptan automáticamente a cualquier valor de presión. Se trata de un modelo más sofisticado y más caro que la opción tipo “push”, que permite un funcionamiento más optimizado y suave. Las válvulas de descarga tipo “pull” aseguran la estanqueidad máxima al ralentí y no sufren fugas bajo ningún rango de presión de soplado del turbo. 

Válvula de descarga blow off

Como es la que expulsa el aire sobrante al exterior, . También suele llamarse válvula de descarga atmosférica, precisamente por lanzar al aire a presión a la atmósfera. Este tipo de válvulas es característica de los sonidos realizados al revolucionar el vehículo

Válvula de descarga de bypass

Una válvula de compresión bypass, también llamada válvula de recirculación, no saca el aire sobrante fuera. En su caso lo envía a la admisión, pero antes del turbo. Es decir, en la parte de donde el turbo saca el aire para luego presurizarlo y meterlo en el motor. Es importante que lo envíe a un lugar donde el caudalímetro pueda medir bien el aire que entra realmente. De lo contrario la mezcla de aire y combustible será incorrecta.

Control de la Válvula de Alivio Wastegate

Uno de los métodos más simples para controlar una válvula de descarga es mediante la presión del múltiple de admisión (presión absoluta del múltiple o MAP). Una línea o manguera conecta el colector de admisión a un actuador de válvula de descarga, que es esencialmente un diafragma mecánico y un dispositivo de resorte. El resorte dentro del actuador de la válvula de descarga mantiene la válvula en la posición cerrada. Al igual que la presión del colector de admisión (presión de refuerzo), también lo hace la presión en el actuador de la válvula de descarga, aplicando una fuerza al diafragma. Cuando la fuerza ejercida sobre el diafragma excede la fuerza del resorte, la válvula de descarga comienza a abrirse. A medida que cae la presión de refuerzo, el resorte cierra la compuerta de desechos.

Una implementación más moderna del control de la válvula de descarga es mediante un actuador eléctrico; Esto se está volviendo cada vez más popular en motores turboalimentados. En lugar de depender de una presión múltiple o una fuente de vacío, estas compuertas de desagüe cuentan con un solenoide eléctrico que es controlado directamente por el PCM y ajusta la posición de la válvula de compuerta de desagüe.

WASTEGATES Y TURBOCOMPRESORES DE GEOMETRÍA VARIABLE (VGT)

Tradicionalmente (con excepciones), un turbocompresor de geometría variable (VGT) no requiere el uso de una valvula de alivio, ya que el impulso se controla perpetuamente por la posición de los álabes en la carcasa de la turbina. El un VGT ajusta físicamente el tamaño efectivo de la carcasa de la turbina al aumentar o disminuir las presiones de los gases de escape que actúan sobre la rueda de la turbina. En lugar de desviar los gases de escape alrededor de la rueda de la turbina, un VGT simplemente abre las paletas, simulando un efecto similar al de una válvula de descarga. 

A medida que se cierran las paletas, aumenta la energía de escape que actúa sobre la rueda de la turbina. Este rango de movimiento se utiliza para proporcionar una respuesta deseable del turbocompresor mientras se controlan las características de rendimiento y la presión de refuerzo máxima en todas las condiciones.

¿Qué es un supercargador y como funciona en el motor del AUTOMÓVIL?

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Los sobrealimentadores son básicamente compresores/sopladores que toman aire a presión ambiental normal, lo comprimen y lo empujan con fuerza hacia el motor. La potencia al compresor/soplador se transmite desde el motor a través de la transmisión por correa.

La adición de una cantidad adicional de mezcla de aire y combustible al cilindro aumenta la presión media efectiva del motor. Un incremento en MEP hace que el motor produzca más potencia. De esta forma, añadir un compresor al motor lo hace más eficiente.

TIPOS DE SOBRECARGADOR

Existen principalmente dos tipos de sobrealimentadores. El primero se conoce como sobrealimentador de desplazamiento positivo y el otro se conoce como sobrealimentador dinámico. La diferencia básica entre ambos es que el sobrealimentador de desplazamiento positivo mantiene un nivel constante de presión en todas las velocidades del motor, mientras que el sobrealimentador dinámico proporciona una presión cada vez mayor a medida que aumenta la velocidad. Esta es la diferencia fundamental básica entre ellos. Estos supercargadores se subdividen como se indica a continuación.

  1. SOBRECARGADOR DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO:
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Como comentamos en la sección anterior, estos supercargadores entregan el mismo volumen de carga a cualquier velocidad del motor o estos supercargadores no dependen de la velocidad del motor. Los principales tipos de sobrealimentadores de desplazamiento positivo son los de raíz y los de doble tornillo.

  1. Estilo raíz
    Este diseño tiene dos rotores especialmente diseñados que giran en direcciones opuestas (uno en el sentido de las agujas del reloj y el otro en el sentido contrario a las agujas del reloj) para comprimir el aire. Según el diseño del rotor, este sobrealimentador se subdivide en dos tipos: rotor de dos lóbulos, rotor de tres lóbulos, rotor de cuatro lóbulos, etc. A medida que el rotor gira, atrapan el aire mediante estos lóbulos que vienen del lado de succión o del puerto de entrada y lo fuerzan hacia la descarga. puerto lateral o de salida. La cantidad de aire comprimido es independiente de la velocidad del motor y cada vez este sobrealimentador comprime la misma cantidad de aire.
  • Ventajas:
  • Diseño sencillo
  • Más adecuado con motor de alta velocidad

Desventajas:

  • Flujo de aire pulsante a baja velocidad.
  • Menos eficiencia.
  • Pesado.
  • Crean mucho calor debido a la fricción.
  • Fuga trasera a baja velocidad.
  • Proporcione la misma cantidad de aire a RPM bajas y altas.

Sobrealimentador de doble tornillo

Como su nombre lo indica, este tipo de sobrealimentador tiene dos tornillos que giran en diferentes direcciones. Uno de los tornillos gira en el sentido de las agujas del reloj y el otro en el sentido contrario a las agujas del reloj. El funcionamiento de este sobrealimentador es el mismo que el del tipo raíz. También aspira aire de un lado y lo entrega al puerto de salida. Este dispositivo proporciona un flujo de aire más suave en comparación con el estilo raíz.

Ventajas:

  • No hay problema de fuga trasera.
  • Proporcionar un flujo de aire más suave.

Desventajas:

  • Alta generación de calor debido a la fricción.
  • Ruidoso en funcionamiento.

Sobrealimentador tipo paleta

Varias paletas están montadas en el tambor del sobrealimentador. Estas paletas se empujan hacia afuera mediante resortes precomprimidos. Esta disposición ayuda a que la paleta permanezca en contacto con la superficie interior del cuerpo.
Ahora, debido a la rotación excéntrica, el espacio entre dos paletas es mayor en la entrada y menor en la salida. De esta forma, la cantidad de aire que entra por la entrada disminuye su volumen en su camino hacia la salida. Una disminución del volumen da como resultado un aumento de la presión del aire. Así, la mezcla obtenida a la salida está a mayor presión que a la entrada.

SOBRECARGADOR DINÁMICO:

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Como comentamos anteriormente, este tipo de sobrealimentador aumenta la presión del aire a medida que aumenta la velocidad del motor. El efecto de sobrealimentación en este tipo depende en gran medida de la velocidad del motor. También se subdividió en los siguientes tipos.

Tipo centrífugo

    Como su nombre lo indica, este tipo utiliza fuerza centrífuga para comprimir el aire. El diseño de este sobrealimentador es el mismo que el del compresor centrífugo. Tiene un impulsor que está conectado con el cigüeñal mediante una transmisión por correa. Cuando el motor gira, hace girar el impulsor que aspira el aire de un lado. Sobre este aire actúa la acción centrífuga que aumenta su energía cinética y la entrega a un difusor. El aire que entra en la difusión tiene alta velocidad a baja presión. El difusor convierte este aire de baja presión y alta velocidad en aire a alta presión y baja velocidad. Este aire a alta presión luego se envía al motor.

    Ventajas:
    Es de tamaño pequeño.
    Alta eficiencia.

    Desventajas:
    La cantidad de aire no es fija.

    1. Onda de presión
    2. flujo axial

    MÉTODOS DE SOBRECARGACIÓN

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    Hay otras formas de forzar el aire que no necesitan potencia adicional a diferencia de los compresores. Los 2 más utilizados son:

    • Sobrealimentación por efecto Ram
      En este caso, el colector de admisión está diseñado de tal manera que el aire ingresa automáticamente al cilindro. ¡El aire intenta entrar continuamente en el cilindro pero las válvulas de admisión se abren y cierran varias veces por segundo! Cada vez que la válvula se cierra, el aire simplemente choca contra ella. Esto genera una onda de presión que viaja en la dirección opuesta hasta que golpea el pleno y se refleja.

    Ahora bien, si la frecuencia de resonancia del pleno y del motor coincide, esta onda de presión transporta más aire al cilindro haciendo el trabajo de un sobrealimentador.

    • Sobrealimentación bajo pistón –
      Este tipo de método se adopta generalmente en grandes motores marinos. Utiliza la parte inferior del pistón para comprimir el aire. Con la sincronización adecuada de las válvulas, este sistema proporciona un suministro adecuado de aire comprimido, ya que hay 2 carreras de suministro por cada carrera de succión de cada carrera.

    VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL SUPERCARGADOR

    Ventajas de la sobrealimentación

    1. Mayor potencia de salida
    2. Mayor inducción de masa de carga.
    3. Mejor atomización del combustible
    4. Mejor mezcla de combustible y aire.
    5. Mejores productos de eliminación
    6. Mejores características de par en todo el rango
    7. Aceleración rápida del vehículo.
    8. Combustión completa y suave
    9. Incluso se puede utilizar combustible con mala calidad de ignición.
    10. Arranque en frío mejorado
    11. Reducción del humo de escape
    12. Reducción del consumo específico de combustible.
    13. Mayor eficiencia mecánica.
    14. Funcionamiento suave y reducción de la tendencia a la detonación del diésel.

    Desventajas de la sobrealimentación

    1. Mayor tendencia a la detonación en motores SI.
    2. Aumento del estrés térmico
    3. Mayor pérdida de calor debido al aumento de la turbulencia.
    4. Mayor carga de gas
    5. Mayores requisitos de refrigeración del motor.

    ¿Qué es el Turbocompresor, y cómo trabaja?

    Un turbocompresor es un dispositivo que se utiliza para aumentar la potencia del motor o se puede decir la eficiencia de un motor al aumentar la cantidad de aire que ingresa a la cámara de combustión. Más aire en la cámara de combustión significa que se admitirá más cantidad de combustible en el cilindro y, como resultado, se obtendrá más potencia del mismo motor si el turbocompresor está instalado en él.

    En pocas palabras, un turbocompresor es una especie de bomba de aire que toma aire a presión ambiental (presión atmosférica), lo comprime a una presión más alta y pasa el aire comprimido al motor a través de las válvulas de admisión.

    Actualmente, los turbos se utilizan principalmente en motores diésel, pero actualmente se está avanzando hacia la turbocompresión en los motores de gasolina de serie.

    La cantidad de motor que realmente entra en el cilindro del motor, en comparación con la cantidad teórica si el motor pudiera mantener la presión atmosférica, se llama eficiencia volumétrica y el objetivo del turbocompresor es mejorar la eficiencia volumétrica de un motor aumentando la densidad del gas de admisión. .

    El turbocompresor extrae el aire de la atmósfera y lo comprime con la ayuda de un compresor centrífugo antes de que entre en el colector de admisión a mayor presión. Esto da como resultado una mayor cantidad de aire que ingresa a los cilindros en cada carrera de admisión. El compresor centrífugo obtiene energía de la energía cinética de los gases de escape del motor.

    COMPONENTES DEL TURBOCARGADOR

    El turbocompresor tiene tres componentes principales.

    • 1. La turbina, que es casi una turbina de entrada radial.
    • 2. El compresor es casi un compresor centrífugo.
    • 3. El conjunto giratorio del cubo central.

    Un turbocompresor se compone de dos secciones principales: la turbina y el compresor. La turbina consta de una rueda de turbina y una carcasa de turbina. La función de la carcasa de la turbina es guiar los gases de escape hacia la rueda de la turbina.

    La energía de los gases de escape hace girar la rueda de la turbina y luego el gas sale de la carcasa de la turbina a través de un área de salida de escape. El compresor también consta de dos partes: la rueda del compresor y la carcasa del compresor.

    El modo de acción del compresor es opuesto al de la turbina. La rueda del compresor está unida a la turbina mediante un eje de acero forjado y, a medida que la turbina hace girar la rueda del compresor, el giro a alta velocidad aspira aire y lo comprime.

    Luego, la carcasa del compresor convierte la corriente de aire de alta velocidad y baja presión en una corriente de aire de alta presión y baja velocidad mediante un proceso llamado difusión. El aire comprimido ingresa al motor, lo que le permite quemar más combustible para producir más potencia.

    PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

    Un turbocompresor consta principalmente de dos secciones principales: la turbina y el compresor. La turbina consta de una rueda de turbina y una carcasa de turbina, cuya función es conducir los gases de escape hacia la rueda de turbina. La energía cinética de los gases de escape se convierte en mecánica después de golpear los álabes de la turbina. La salida de escape ayuda a que los gases de escape salgan de la turbina. La rueda del compresor en el turbocompresor está unida a una turbina con la ayuda de un eje de acero y, a medida que la turbina hace girar la rueda del compresor, aspira la corriente de aire de alta velocidad y baja presión y la convierte en aire de alta presión y baja velocidad. arroyo. Este aire comprimido ingresa al motor con mayor cantidad de combustible y, por lo tanto, produce más potencia.

    Los gases de escape residuales del motor se utilizan para accionar una rueda de turbina, que está conectada a una rueda de compresor mediante un eje. El compresor o rueda de aire aspira aire a través de los filtros de aire y lo pasa al motor.
    A medida que los gases residuales son expulsados ​​del motor, se dirigen a la turbina o rueda caliente del turbo y así completa el ciclo.

    1. Captura

    En lugar de escapar por el tubo de escape, los gases calientes producidos durante la combustión fluyen hacia el turbocompresor. Los cilindros dentro de un motor de combustión interna se disparan en secuencia (no todos a la vez), por lo que los gases de escape salen de la cámara de combustión en pulsos irregulares.
    Los turbocompresores convencionales de entrada única dirigen esos pulsos irregulares de escape hacia la turbina de una manera que los hace chocar e interferir entre sí, reduciendo la fuerza del flujo. Por el contrario, un turbocompresor de doble entrada recoge los gases de escape de pares de cilindros en una secuencia alterna.

    1. Girar

    El escape golpea las palas de la turbina, haciéndolas girar hasta 150.000 rpm. Los pulsos alternos del escape ayudan a eliminar el retraso del turbo.

    1. Ventilación

    Una vez cumplido su propósito, los gases de escape fluyen a través de una salida hacia el convertidor catalítico, donde se eliminan el monóxido de carbono, los óxidos nitrosos y otros contaminantes antes de salir por el tubo de escape.

    1. Comprimir

    Mientras tanto, la turbina alimenta un compresor de aire, que recoge aire frío y limpio de un respiradero y lo comprime hasta un 30 por ciento por encima de la presión atmosférica, o casi 19 libras por pulgada cuadrada. El aire denso y rico en oxígeno fluye hacia la cámara de combustión.

    El oxígeno adicional hace posible que el motor queme gasolina de manera más completa, generando más rendimiento con un motor más pequeño. Como resultado, el motor Twin Power genera un 30 por ciento más de potencia que uno sin turbo del mismo tamaño.

    Sigue el siguiente proceso

    1. La entrada de aire del motor aspira aire frío y lo envía al compresor.
    2. El compresor comprime el aire entrante y lo calienta. Luego expulsa el aire caliente.
    3. El aire caliente se enfría al pasar por el intercambiador de calor y entra en la entrada de aire del cilindro.
    4. El aire frío arde dentro de la cámara de combustión a un ritmo más rápido debido a que transporta más oxígeno.
    5. Debido a que se quema más combustible, la producción de energía será mayor y más rápida y el motor podrá enviar más potencia a las ruedas.
    6. Los gases residuales calientes saldrán de la cámara y pasarán por la turbina en la salida de escape.
    7. La turbina gira a alta velocidad y también hace girar el compresor, ya que ambos están montados en el mismo eje.
    8. Los gases de escape salen del coche por el tubo de escape. Gastan menos energía que un motor sin turbocompresor.

    TIPOS DE TURBOCOMPRESOR

    1. Turbo único

    Los turbocompresores individuales por sí solos tienen una variabilidad ilimitada. Diferenciar el tamaño de la rueda del compresor y la turbina dará lugar a características de par completamente diferentes. Los turbos grandes generarán una alta potencia en la gama alta, pero los turbos más pequeños proporcionarán un mejor gruñido en las bajas ya que giran más rápido. También hay turbos simples con cojinetes de bolas y cojinetes lisos. Los rodamientos de bolas proporcionan menos fricción para que giren el compresor y la turbina, por lo que son más rápidos de enrollar (al tiempo que aumentan los costos).

    Ventajas

    • Una forma rentable de aumentar la potencia y la eficiencia de un motor.
    • Simple, generalmente la más fácil de instalar de las opciones de turbocompresor.
    • Permite utilizar motores más pequeños para producir la misma potencia que los motores de aspiración natural más grandes, lo que a menudo puede eliminar peso.

    Desventajas

    • Los turbos simples tienden a tener un rango de RPM efectivas bastante estrecho. Esto hace que el tamaño sea un problema, ya que tendrás que elegir entre un buen par a bajas revoluciones o una mejor potencia a altas revoluciones.
    • La respuesta del turbo puede no ser tan rápida como las configuraciones turbo alternativas.
    1. Twin Turbo

    Al igual que con los turbocompresores simples, existen muchas opciones cuando se utilizan dos turbocompresores. Podría tener un solo turbocompresor para cada bancada de cilindros (V6, V8, etc.). Alternativamente, se podría usar un solo turbocompresor para bajas RPM y pasar a un turbocompresor más grande para altas RPM (I4, I6, etc.). Incluso podría tener dos turbos de tamaño similar, donde uno se usa a bajas RPM y ambos a altas RPM. En los BMW X5 M y X6 M se utilizan turbos Twin-Scroll, uno a cada lado del V8.

    Ventajas

    • Para los turbos gemelos paralelos en motores en forma de “V”, los beneficios (y los inconvenientes) son muy similares a las configuraciones de un solo turbo.
    • Para turbos secuenciales o usando un turbo a bajas RPM y ambos a altas RPM, esto permite una curva de torsión mucho más amplia y plana. Mejor par a bajas revoluciones, pero la potencia no disminuirá a altas RPM como con un pequeño turbo único.

    Desventajas

    • Costo y complejidad, ya que casi se han duplicado los componentes del turbo.
    • Existen formas más ligeras y eficientes de lograr resultados similares (como se analiza más adelante).
    1. Turbo de doble desplazamiento

    Un turbo funciona con gases de escape que se redirigen para hacer girar las palas de la turbina y forzar el ingreso de aire al motor. Ahora, los cilindros de un motor se disparan en secuencia, lo que significa que los gases de escape ingresan al turbo en pulsos. Como probablemente puedas imaginar, estos pulsos pueden superponerse e interferir fácilmente entre sí al alimentar el turbo, y un turbocompresor de doble entrada resuelve este problema mediante el uso de una carcasa de turbina de entrada dividida y un colector de escape específico que empareja los cilindros correctos con cada uno. Desplazarse. En un vehículo de cuatro cilindros, puede tener el primer y cuarto cilindros alimentando un scroll, y dos y tres alimentando otro. Esto significa que hay menos superposición de pulsos y menos retraso.

    Ventajas

    • Se envía más energía a la turbina de escape, lo que significa más potencia.
    • Es posible obtener un rango más amplio de RPM de impulso efectivo en función de los diferentes diseños de desplazamiento.
    • Es posible lograr una mayor superposición de válvulas sin obstaculizar la evacuación del escape, lo que significa más flexibilidad de ajuste.

    Desventajas

    • Requiere una disposición del motor y un diseño de escape específicos (por ejemplo: I4 y V8, donde se pueden alimentar 2 cilindros a cada espiral del turbo, a intervalos iguales).
    • Costo y complejidad frente a los turbos simples tradicionales.
    1. Turbocompresor de geometría variable (VGT)

    Un turbo de geometría variable (VGT) es una solución de energía costosa y compleja que prevalece especialmente en los motores diésel. Un VGT tiene un anillo de paletas de forma aerodinámica en la carcasa de la turbina que puede alterar su relación área-radio para que coincida con las revoluciones del motor. A bajas revoluciones, la relación área-radio crea más presión y velocidad para acelerar el turbo de manera más efectiva. A mayores revoluciones, la relación aumenta para dejar entrar más aire. El resultado es un rango de impulso más amplio y menos retraso.

    Ventajas

    • Curva de torsión amplia y plana. Turbocompresor eficaz en un rango de revoluciones muy amplio.
    • Requiere solo un turbo, lo que simplifica una configuración de turbo secuencial en algo más compacto.

    Desventajas

    • Normalmente sólo se utiliza en aplicaciones diésel donde los gases de escape son más bajos para que las paletas no se dañen con el calor.
    • Para las aplicaciones de gasolina, el costo normalmente las mantiene fuera, ya que se deben utilizar metales exóticos para mantener la confiabilidad. La tecnología se ha utilizado en el Porsche 997, aunque existen muy pocos motores de gasolina VGT debido al costo asociado.
    1. Turbocompresor variable de doble entrada

    Un turbo variable de doble desplazamiento combina un VGT con una configuración de doble desplazamiento, por lo que a bajas revoluciones, uno de los desplazamientos se cierra por completo, forzando todo el aire hacia el otro. Esto da como resultado una buena respuesta del turbo y potencia a bajas revoluciones. A medida que acelera, se abre una válvula para permitir que entre aire en la otra espiral (este es un proceso completamente variable, lo que significa que la válvula se abre en pequeños incrementos), se obtiene un buen rendimiento de alta gama. Obtienes el tipo de rendimiento con un solo turbo que normalmente solo podrías obtener con una configuración de doble turbo.

    Ventajas

    • Significativamente más baratos (en teoría) que los VGT, lo que constituye un argumento aceptable para el turbocompresor de gasolina.
    • Permite una curva de torsión amplia y plana.
    • Diseño más robusto que un VGT, dependiendo de la selección del material.

    Desventajas

    • Costo y complejidad frente al uso de un solo turbo o el tradicional doble desplazamiento.
    • Se ha jugado con esta tecnología antes (por ejemplo: válvula de carrete rápido) pero no parece tener éxito en el mundo de la producción. Es probable que existan desafíos adicionales con la tecnología.
    • Turbocompresores eléctricos

    Un avance muy reciente es la introducción de turbos con compresores eléctricos. Un ejemplo es el propulsor de BorgWarner, que es un compresor accionado eléctricamente. El compresor proporciona un impulso instantáneo al motor hasta que el turbocompresor se ha acelerado lo suficiente. Se puede encontrar una versión similar de esto en el SQ7 de Audi. Con el impulso instantáneo, el retraso se convierte en cosa del pasado, pero nuevamente, el sistema es costoso y complejo. Un compresor necesita un motor, que a su vez necesita ser alimentado, por lo que este no es un sistema sencillo de implementar.

    Ventajas

    • Al conectar directamente un motor eléctrico a la rueda del compresor, el retraso del turbo y la cantidad insuficiente de gases de escape se pueden eliminar virtualmente haciendo girar el compresor con energía eléctrica cuando sea necesario.
    • Conectando un motor eléctrico a la turbina de escape se puede recuperar la energía desperdiciada (como se hace en la Fórmula 1).
    • Un rango de RPM efectivo muy amplio con par uniforme en todo momento.

    Desventajas

    • Costo y complejidad, ya que ahora debe tener en cuenta el motor eléctrico y asegurarse de que permanezca frío para evitar problemas de confiabilidad. Esto también se aplica a los controladores agregados.
    • El embalaje y el peso se convierten en un problema, especialmente con la adición de una batería a bordo, que será necesaria para suministrar suficiente energía al turbo cuando sea necesario.
    • Los VGT o twin-scrolls pueden ofrecer beneficios muy similares (aunque no al mismo nivel) por un costo significativamente menor.
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