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Historia y evolución del turbo

Cuando el Suizo Alfred Buchi descubre que 2/3 partes de la energía de un motor de combustión interna se pierde a través del calor por el escape, se puso manos a la obra allá por el año 1903. Y veintidós años más tarde, en 1925, acopló con éxito un turbocompresor a un motor diésel logrando una mejora energética de más del 40%. La revolución del diésel estaba asegurada.

Una curiosidad, al igual que la misión de un transistor en un circuito electrónico es proporcionar una señal de mayor potencia que la usada para su propio funcionamiento, la misión del turbocompresor es conseguir una cantidad de aire a presión de mayor potencia que la usada en su propio funcionamiento. Con esta comparativa simplemente se quiere resaltar el paralelismo en su objetivo de dos grandes inventos.

 

El primer vehículo con turbocompresor fabricado en serie data de 1962 en Estados Unidos, Oldsmobile Jetfire Turbo Rocket.

En sus principios el turbo fue concebido para aumentar la potencia del motor. Lo que no se sabía es que indirectamente se consiguió reducir los niveles de contaminación y el consumo de combustible.

 

 

 

Hasta ahora son todo ventajas, pero si ahondamos en el funcionamiento del turbo de geometría fija descubrimos que en aceleración existe un periodo de tiempo desde que aceleramos hasta que notamos un incremento de RPM. Este tiempo se denomina LAG y es debido a que la afluencia de gases de escape a bajas RPM no es suficiente para que la turbina alcance el nº de revoluciones suficientes para comprimir.

Este tiempo llamado LAG, se ajusta en función de la envergadura del turbo. Si el turbo es muy grande, el LAG en bajas RPM es mayor, pero si reducimos la envergadura del turbo podemos reducir el LAG en bajas, pero a la vez también perdemos rendimiento en altas RPM.

Con el tiempo esta controversia se soluciona con la aparición del turbo de geometría variable (VGT). Se trata de estrechar el conducto por donde circulan los gases de escape, para así darles a estos más velocidad en bajas RPM del motor y conseguir aumentar el nº de revoluciones del turbo obteniendo un buen rendimiento a bajas RPM. Según aumentan las RPM, el conducto por donde circulan los gases de escape se va ensanchando, para así evitar el LAG en altas RPM. Con este sistema es como si tuviéramos dos turbos, uno pequeño que actúa a bajas RPM del motor y otro grande que actúa a altas RPM del motor.

Por otro lado, nos enfrentamos a otro problema. En un colector de escape en el que están comunicados todos los cilindros hay pérdidas de presión provocadas por el hecho de que una parte de los gases de escape son reaspirados por el motor, debido al retraso al cierre del escape.

En motores en los cuales pueda haber una reaspiración de gases de escape, como ocurre generalmente en motores de gasolina de cuatro cilindros, es necesario montar un turbocompresor de doble entrada de gases de escape, “Twin Scroll”, de forma que se canaliza el flujo de gases correspondiente al cilindro 1-4 y 2-3, de forma individual.

 

 

 

 

El intercooler, rizando el rizo

Con esta evolución conseguimos ganar en rendimiento hasta un 25% más que una motorización que no use intercooler. Pero, ¿que es el intercooler?

El intercooler simplemente es un intercambiador térmico de aire/aire. Se trata de un radiador que refrigera el aire comprimido por el turbocompresor y deja el paso del aire ya refrigerado a los cilindros, obteniendo dos importantes ventajas:

  • Prevención de picados de biela producidos por la entrada de aire a muy alta temperatura en los cilindros.
  • Al ser enfriado el aire que entra en los cilindros aumenta su densidad, por lo que conseguimos llenar el cilindro con un mayor volumen de aire y por lo tanto mayor contenido de oxígeno. Con ellos se mejoran las prestaciones, el consumo y la reducción de emisiones contaminantes.

 

Control de la presión

Otra de las evoluciones importantes que ha sufrido el turbocompresor hace referencia al sistema encargado de controlar la presión de soplado. Una presión de soplado sin control provocaría graves daños al motor. El objetivo con este sistema es llegar al máximo rendimiento, teniendo siempre como premisa la protección del motor.

En un principio los turbos, tanto de geometría fija como de geometría variable, utilizaban un sistema de autocontrol de soplado por presión, sistema totalmente mecánico sin intervención de la electrónica de gestión de motor. En este sistema el componente válvula Waste-gate, encargada de limitar la presión de soplado, está tarada en su muelle antagonista a una presión máxima fija, normalmente entre 0.7 y 0.8 bares de presión relativa. Cuando la presión llega al nivel de tarado, la válvula Waste-gate puentea la mayor parte de gases de escape directamente al escape, incidiendo sobre la turbina solo una pequeña parte de gases, suficiente para para mantener el motor protegido.

Seguimos evolucionando, con la integración de la electrónica en el control de la válvula Waste-gate. Las sensaciones en la conducción en las fases de aceleración aumentan muy positivamente, como si de una inyección de adrenalina se tratase.

El llamado sistema Overboost, consta de una electroválvula intercalada en serie en el manguito de llegada a la vávula Waste-gate. Esta electroválvula está comandada por la electrónica de gestión motor, regulando así el máximo soplado del turbo. Antes la presión de soplado máxima era fija para proteger la mecánica del motor, ahora con la ventaja de la electrónica podemos regular esa presión según mapa de curvas característico integrado en el software de la unidad de gestión motor. Pudiendo llegar a valores pico de 1.2 y 1.3 bares de presión relativa en tiempos aceleración controlados, normalmente no más de 15/20 segundos.

 

Hoy día la mayoría de los sistemas Overboost ya no integran una electroválvula, sino que se ha sustituido por un motorcillo eléctrico. Como punto importante hay que recordar que la sustitución de este tipo de actuador, conlleva a tener que realizar una adaptación del actuador con una máquina de diagnosis adecuada.

 

 

En definitiva, podemos decir, que estamos ante un elemento que se abrió paso en la historia de la automoción, convirtiéndose en un sistema que otorga grandes ventajas en cuanto a potencia, consumo y anticontaminación. Rescatando una energía que antes tirábamos al cubo de la basura. Es decir, transforma una energía calorífica residual en energía efectiva aprovechada.

Cars Marobe
Rafael Gisbert, Responsable de Asistencia Técnica en Carsmarobe


Imágenes
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https://autoemotioncs.files.wordpress.com/2015/08/modp-0906-03-o-twin-scroll-diagram.jpg
http://www.turbokits.com.mx/images/esquema-de-turbo.jpg
Varias imágenes del Manual Sobrealimentación