Mecanica Automotriz - Motores Sobre Aliment a Dos

8/8/2019 Mecanica Automotriz - Motores Sobre Aliment a Dos

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Motores sobrealimentados Pgina 1 de 16

Motores Sobrealimentados

IntroduccinEl uso del turbo en los motores viene dada por la necesidad de aumentar la potencia sin tener que aumentarla cilindrada. Aumentar la potencia depende de la cantidad de combustible quemado en cada ciclo de trabajoy del numero de revoluciones.Pero tanto en motores Diesel como en los de gasolina, por mucho que aumentemos el combustible quehacemos llegar al interior de la c amara de combusti n, no conseguimos aumentar su potencia si estecombustible no encuentra aire suficiente para quemarse.

As pues, solo conseguiremos aumentar la potencia, sin variar la cilindrada ni el r gimen del motor, siconseguimos colocar en el interior del cilindro un volumen de aire (motores Diesel) o de mezcla (aire ygasolina para los motores de gasolina) mayor que la que hacemos entrar en una "aspirad nnormal" (motores atmosfricos).

En algunos casos, y en pa ses situados a grandes altitudes o con climas muy calurosos, existe la necesidadde compensar la diminuci n de la densidad de aire producida por una disminuci n de la presin ocasionadapor la altitud y una diminuci n de las molculas de oxigeno por el aumento de temperatura. Para todos ello lasobrealimentacin es la solucin que podemos aportar.Hay dos fabricantes principales a la hora de construir turcocompresores que son Garret y kkk,tambin estn IHI, MHI (Mitsubishi) y Holset.

Turbo de la marca Gattet

La Sobrealimentacinenmotoresde gasolina En el caso de los motores de gasolina, la sobrealimentaci n, presenta un problema inicial que ha de tenerseen cuenta. Como se ha visto, en la combusti n de los motores de gasolina, el problema que acarreasobrepasar una cierta presi n de compresin puede ocasionar problemas de picado, bien por autoencendidoo por detonacin.Este problema es debido al aumento de temperatura que sufre la mezcla de aire -combustible dentro delcilindro en la carrera de compresi n del motor que ser tanto mayor cuanto mayor sea el volumen de mezcla

(precisamente es lo que provoca la sobrealimentaci n).La solucin para este problema consiste en reducir la relaci n de compresin por debajo de 10:1 con el fin deque no aumente demasiado la presi n y con ello la temperatura de la mezcla que puede provocar elautoencendido o la detonaci n.Otro problema que hay que sumar a estos motores lo representa el aumento de las cargas t rmicas ymecnicas. Debido a que las presiones durante el ciclo de trabajo en un motor sobrealimentado sonmayores, esto se traduce en unos esfuerzos mee aicos y trmicos por parte del motor que hay que tener encuenta a la hora de su dise o y construccin, reforzando las partes mecnicas mas proclives al desgaste ymejorando la refrigeraci n del motor.Otra cosa a tener en cuenta es la variad n en el diagrama de distribuci n. As para un motorsobrealimentado, cuanto mayor sea el AEE (avance a la apertura de la v lvula de escape) tanto mejor ser elfuncionamiento de la turbina.Tambin la regulacin al avance del encendido debe de ser mucho mas preciso en un motorsobrealimentado, por eso se hace necesario un motor un encendido sin ruptor, por lo que es mejor el uso de


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encendidos transistorizados o electrnicos.

Adems de todo ello, la sobrealimentad n de gasolina ha de tener en cuenta los siguientes factores:- Bomba de gasolina de mayor caudal y presi n (por lo que se opta generalmente por bombas el ctricas).- Que en el circuito de admisi n de aire se instale un buen filtrado y que este perfectamente estanco.

- A fin de optimizar el llenado del cilindro, se precisa de un dispositivo (intercooler) que enfr e el aire que seha calentado al comprimirlo por el sistema de sobrealimentad n antes de entrar en los cilindros del motor.- La riqueza de la mezcla, que influye directamente en la temperatura de los gases de escape; si el motor esturboalimentado, se reducir la riqueza a regmenes bajos y elevar as la temperatura en el escape parafavorecer el funcionamiento de la turbina:; por el contrario, se elevara con reg menes altos, disminuyendo latemperatura de escape, a fin de proteger la turbina.- En el escape, la seccin de las canalizaciones una vez superada la turbina se agranda para reducir en lamedida de lo posible las contrapresiones que se originan en este punto. Asimismo, al producir la turbina unadescompresin de los gases de escape, los motores turbo son muy silenciosos.- La contaminacin que provocan los motores turboalimentados de gasolina es comparable a la de un motoratmosfrico aunque los xidos de nitrgeno son mas importantes debido a las mayores temperaturas.

Particularidades seg n el sistema de alimentacinsegn sea el sistema utilizado para sobrealimentar el motor de gasolina, el compresor puede aspirar aire a

travs del filtro de aire y enviarlo comprimido hacia el carburador, o bien aspirar mezcla de aire -gasolinaprocedente del carburador y enviarlo directamente a los cilindros. En el primer caso, el carburador se sit aentre el turbocompresor y el colector de admisi n y el sistema recibe el nombre de "carburador soplado";mientras que el segundo, el carburador se monta antes del turbo, denominndose "carburador aspirado".

La sobrealimentacinen losmotores DieselEn el caso de los motores Diesel; la sobrealimentaci n no es una causa de problemas sino todo lo contrario, esbeneficioso para un rendimiento ptimo del motor. El hecho de utilizar solamente aire en el proceso decompresin y no introducir el combustible hasta el momento final de la carrera compresi n, no puede crearproblemas de "picado" en el motor. Al introducir un exceso de aire en el cilindro aumenta la compresi n, loque facilita el encendido y el quemado completo del combustible inyectado, lo que se traduce en un aumento depotencia del motor. Por otro lado la mayor presi n de entrada de aire favorece la expulsi n de los gases deescape y el llenado del cilindro con aire fresco, con lo que se consigue un aumento del rendimientovolumtrico o lo que es lo mismo el motor "respira mejor".No hay que olvidar que todo el aire que entra en el cilindro del motor Diesel hay que comprimirlo, cuanto massea el volumen de aire de admisi n, mayor ser la presin en el interior de los cilindros. Esto trae comoconsecuencia unos esfuerzos mecnicos en el motor que tienen un limite, para no poner en peligro laintegridad de los elementos que forman el motor.

Los compresoresla forma de conseguir un aumento de la presi n del aire necesario para la sobrealimentaci n es mediante lautilizacin de compresores; estos a su vez pueden ser turbocompresores (accionados por los gases deescape), y compresores de mando mecnico (accionados por el cig eal mediante piones o correa).

^ A i r e ^ Gasee de

escape

Aire

Motorscbreaimentado parhrbocompresor Motorsobrealimentado porcompresorde accionamientomecnico

Gaseedeescape

JJ


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El turbocompresorTiene la particularidad de aprovechar la fuerza con la que salen los gases de escape para impulsar una

turbina colocada en la salida del colector de escape, dicha turbina se une mediante un eje a un compresor. Elcompresor esta colocado en la entrada del colector de admisi n, con el movimiento giratorio que le transmite laturbina a travs del eje comn, el compresor eleva la presi n del aire que entra a travs del filtro y consigueque mejore la alimentad n del motor. El turbo impulsado por los gases de escape alcanza velocidades porencima de las 100.000 rpm, por tanto, hay que tener muy en cuenta el sistema de engrase de los cojinetesdonde apoya el eje com n de los rodetes de la turbina y el compresor. Tambi n hay que saber que lastemperaturas a las que se va ha estar sometido el turbo en su contacto con los gases de escape van a sermuy elevadas (alrededor de 750 C).

^ Aire Cases d=

escape

Ciclos de funcionamiento

del Turbo

Funcionamiento a ralenty carga parcial inferior: En estascondiciones el rodete de la turbina de los gases de escape es

impulsada por medio de la baja energ a de los gases de escape, y el aire fresco aspirado por los cilindros noser precomprimido por la turbina del compresor, simple aspirad n del motor.

Funcionamiento a carga parcial media: Cuando la presin en el colector de aspirad n (entre el turbo y los

cilindros) se acerca la atmosfrica, se impulsa la rueda de la turbina a un r gimen de revoluciones maselevado y el aire fresco aspirado por el rodete del compresor es precomprimido y conducido hacia los cilindrosbajo presin atmosfrica o ligeramente superior, actuando ya el turbo en su funci n de sobrealimentacin delmotor.

Funcionamiento a carga parcial superior y plena carga: En esta fase continua aumentando la energ a de losgases de escape sobre la turbina del turbo y se alcanzara el valor m ximo de presin en el colector deadmisin que debe ser limitada por un sistema de control (v lvula de descarga). En esta fase el aire frescoaspirado por el rodete del compresor es comprimido a la m xima presin que no debe sobrepasar los 0,9 baren los turbos normales y 1,2 en los turbos de geometr a variable.

Constitucindeunturbocompresor

Eje comn

\

Turbina

ATE deadmE4n


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Los elementos principales que forman un turbo son el eje comn (3)que tiene en sus extremos los rodetes de la turbina (2) y elcompresor (1) este conjunto gira sobre los cojinetes de apoyo, loscuales han de trabajar en condiciones extremas y que dependennecesariamente de un circuito de engrase que los lubrica Por otraparte el turbo sufre una constante aceleraci n a medida que elmotor sube de revoluciones y como no hay limite alguno en el girode la turbina empujada por los gases de escape, la presi n quealcanza el aire en el colector de admisi n sometido a la accin delcompresor puede ser tal que sea mas un inconveniente que unaventaja a la hora de sobrealimentar el motor. Por lo tanto se hacenecesario el uso de un elemento que nos limite la presi n en el

colector de admisin. Este elemento se llama vlvula de descarga ovlvula waste gate (4).

Situacin de loselementos queregulan la presinenel lurborompresor1- Til da salida de los gases de escape

-Orificia Bypass pata desv arparte de lea gaaes de escapei- VvUa ac&jadorade la waste gate 4-W39te gate o vlvula de descarga! V ' j J J . :. J : : J - Mecanismos de transmisin del moviinenlo de apemrat'ierre de la vlvula


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Regulacinde la presinturboPara evitar el aumento excesivo de vueltas de laturbina y compresor como consecuencia de unamayor presin de los gases a medida que seaumenten las revoluciones del motor, se hacenecesaria una vlvula de seguridad (tambi nllamada: vlvula de descarga o vlvula waste gate).

Esta vlvula est situada en derivacin, y mandaparte de los gases de escape directamente a lasalida del escape sin pasar por la turbina.

La vlvula de descarga o wastegate esta formadapor una cpsula sensible a la presin compuestapor un muelle (3), una cmara de presin y undiafragma o membrana (2). El lado opuesto deldiafragma esta permanentemente condicionado porla presin del colector de admisin al estarconectado al mismo por un tubo (1). Cuando lapresin del colector de admisin supera el valormximo de seguridad, desva la membrana ycomprime el muelle de la vlvula despegndola desu asiento. Los gases de escape dejan de pasarentonces por la turbina del sobrealimentador(pasan por el bypass (9)) hasta que la presi n dealimentacin desciende y la vlvula se cierra.

Situacinde la vlvula wastegate

1- Tu que transmite la presin del Hjrbo en el colectar de adrrton2- Diafragma o membrana

1- Muellei- Vlvula5- Rodete del compresor6- Rodete de la t-rtma7-Colador de admaon3-Colector de escapeS-Bypase

Vlvula waslegale cerrada Vlvula waslegale abierta

Gasas deescape

Gasea de v


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wastegate (4). Cuanto ms corto sea el vastago , mspresin se necesita para abrir la wastegate, y porconsiguiente hay ms presin de turbo.

Para realizar esta operacin primero se quitaba el clip (1) que

mantiene el vastago (2) en el brazo de la vlvula (5). Afloja latuerca (3) manteniendo bien sujeta la zona roscada (6) paraque no gire y dae la membrana del interior de la wastegate,ahora ya se puede girar el vastago (usualmente tiene dadoun punto para evitar que la gente cambie el ajuste, as quehay que taladrarlo antes de girarlo). Tres vueltas en el sentidode las agujas del reloj deber an aumentar la presin en 0.2bar (3 psi), pero es un asunto de ensayo y error. Cuandofinalmente tengas la presi n de soplado deseada aprieta latuerca y pon el clip.

Elementos queintervienen en el ajuste da lapresin de soplado del turbo Garret T2

Temperatura de funcionamientoComo se ve en la figura las temperaturas defuncionamiento en un turbo son muy diferentes,teniendo en cuenta que la parte de loscomponentes que estn en contacto con los gasesde escape pueden alcanzar temperaturas muyaltas (650 C), mientras que los que esta encontacto con el aire de aspiraci n solo alcanzan 80C.Estas diferencias de temperatura concentrada enuna misma pieza (eje com n) determinan valores

de dilatacin diferentes, lo que comporta lasdificultades a la hora del dise o de un turbo y laeleccin de los materiales que soporten estascondiciones de trabajo adversas. El turbo serefrigera en parte ademas de por el aceite deengrase, por el aire de aspiraci n cediendo unadeterminada parte de su calor al aire que fuerza apasar por el rodete del compresor. Estecalentamiento del aire no resulta nada favorablepara el motor, ya que no solo dilata el aire deadmisin de forma que le resta densidad y con elloriqueza en oxigeno, sino que, adem s, un airedemasiado caliente en el interior del cilindrodificulta la refrigeracin de la cmara decombustin durante el barrido al entrar el aire a

una temperatura superior a la del propiorefrigerante liquido.

Los motores de gasolina, en los cuales lastemperaturas de los gases de escape son entre200 y 300C ms altas que en los motores diesel,suelen ir equipados con carcasas centralesrefrigeradas por agua. Cuando el motor est enfuncionamiento, la carcasa central se integra en elcircuito de refrigeracin del motor. Tras pararse elmotor, el calor que queda se expulsa utilizando unpequeo circuito de refrigeracin que funcionamediante una bomba elctrica de agua controladapor un termostato.

Temperaturas de funcionamiento del turbocompresor


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IntercoolerPara evitar el problema del aire calentado alpasar por el rodete compresor del turbo, se hantenido que incorporar sistemas de enfriamientodel aire a partir de intercambiadores de calor(intercooler). El intercooler es un radiador que es

enfriado por el aire que incide sobre el coche ensu marcha normal. Por lo tanto se trata de unintercambiador de calor aire/aire a diferencia delsistema de refrigeracin del motor que setratara de un intercambiador agua/aire. Con elintercooler (se consigue refrigerar el aireaproximadamente un 40% desde 100 -105hasta 60- 65). El resultado es una notablemejora de la potencia y del par motor gracias alaumento de la masa de aire (aproximadamentedel 25% al 30%). Adems se reduce el consumoy la contaminacin.

Ent rada e art a aenfuSs H IT a lempereiura a ntente

Aire campfimdj perel compresordel lurtea temperatura clavada

A** ajmpnnuda en friado anel " intereMlef

jee


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motor se apaga inmediatemante despus de unuso intensivo del motor. Teniendo en cuentaque el aceite del motor arde a 221 C puedecarbonizarse el turbo.

El engrase en los turbos de geometr a variable es mas comprometido aun, por que ademas de losrodamientos tiene que lubricar el conjunto de varillas y palancas que son movidas por el depresor neumtico,al coger suciedades (barnices por deficiente calidad del aceite), hace que se agarroten las guas y

compuertas y el turbo deja de trabajar correctamente, con perdida de potencia por parte del motor.

Recomendacionesdemantenimientoycuidado para los turbocompresoresEl turbocompresor est diseado para durar lo mismo que el motor. No precisa de mantenimiento especial;limitndose sus inspecciones a unas comprobaciones peri dicas. Para garantizar que la vida til delturbocompresor se corresponda con la del motor, deben cumplirse de forma estricta las siguientesinstrucciones de mantenimiento del motor que proporciona el fabricante:- Intervalos de cambio de aceite- Mantenimiento del sistema de filtro de aceite- Control de la presin de aceite- Mantenimiento del sistema de filtro de aire

El 90% de todos los fallos que se producen en turbocompresores se debe a las siguientes causas:- Penetracin de cuerpos extraos en la turbina o en el compresor- Suciedad en el aceite- Suministro de aceite poco adecuado (presi n de aceite/sistema de filtro)- Altas temperaturas de gases de escape (deficiencias en el sistema de encendido/sistema de alimentaci n).Estos fallos se pueden evitar con un mantenimiento frecuente. Cuando, por ejemplo, se efect e elmantenimiento del sistema de filtro de aire se debe tener cuidado de que no se introduzcan fragmentos dematerial en el turbocompresor.

Turbosde geometra variable (VTG)

Los turbos convencionales tienen elinconveniente que a bajas revoluciones delmotor el rodete de la turbina apenas esimpulsada por los gases de escape, por loque el motor se comporta como si fueraatmosfrico. Una solucin para esto esutilizar un turbo pequeo de bajo soplado queempiece a comprimir el aire aspirado por elmotor desde muy bajas revoluciones, peroesto tiene un inconveniente, y es que a altasrevoluciones del motor el turbo de bajosoplado no tiene capacidad suficiente paracomprimir todo el aire que necesita el motor,por lo tanto, la potencia que ganamos a bajasrevoluciones la perdemos a altasrevoluciones. Para corregir este inconvenientese ha buscado la soluci n de dotar a unamisma maquina soplante la capacidad de

comprimir el aire con eficacia tanto a bajasrevoluciones como a altas, para ello se handesarrollado los turbocompresores degeometr a variable.

FuncionamientoEl turbo VTG (Geometra Variable) sediferencia del turbo convencional en lautilizacin de un plato o corona en el que vanmontados unos alabes mviles que puedenser orientados (todos a la vez) un ngulodeterminado mediante un mecanismo devarilla y palancas empujados por una c psulaneumtica parecida a la que usa la vlvula

Seccin de un hjrbocorripresor de geometra variable1- Rodete de la lubina

J - A i s ,A- ato o cotonai- Leva5- Rodete del compresorS- Vastago o varilla roscada7- Tuerca de agiste de kxtglud del vara 3- Cpsula neumtica


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wastegate.

Para conseguir la mxima compresin del airea bajas r.p.m. deben cerrarse los alabes yaque disminuyendo la seccin entre ellos,aumenta la velocidad de los gases de escapeque inciden con mayor fuerza sobre laspaletas del rodete de la turbina (menorSeccin = mayor velocidad). Cuando el motoraumenta de r.p.m y aumenta la presi n desoplado en el colector de admisi n, la cpsulaneumtica lo detecta a travs de un tuboconectado directamente al colector deadmisin y lo transforma en un movimiento

que empuja el sistema de mando de losalabes para que estos se muevan a unaposicin de apertura que hace disminuir lavelocidad de los gases de escape que incidensobre la turbina (mayor secci n=menorvelocidad).Los alabes van insertados sobre una corona(segn se ve en el dibujo), pudiendo regularseel vastago roscado de unin a la cpsulaneumtica para que los alabes abran antes despus. Si los alabes estn en aperturamxima, indica que hay una avera ya que lamxima inclinacin la adoptan para la funci nde emergencia

Sistema de mando de la geometra variable

Estriado de mando

Plato o i - i-'

Las posiciones fundamentales que pueden adoptarlos alabessedescribenenel siguiente grfico: En la figura de la izquierda: vemos como los alabes adoptan una posici n cerrada que apenas deja espaciopara el paso de los gases de escape. Esta posici n la adopta el turbo cuando el motor gira a bajasrevoluciones y la velocidad de los gases de escape es baja. Con ello se consigue acelerar la velocidad de losgases de escape, al pasar por el estrecho espacio que queda entre los alabes, que hace incidir con mayorfuerza los gases sobre la turbina. Tambi n adoptan los alabes esta posici n cuando se exige al motor lasmximas prestaciones partiendo de una velocidad baja o relativamente baja, lo que provoca que el motorpueda acelerar de una forma tan r pida como el conductor le exige, por ejemplo en un adelantamiento o unaaceleracin brusca del automvil.En la figura del centro: los alabes toman una posici n mas abierta que se corresponde a un funcionamientodel motor con un rgimen de revoluciones medio y marcha normal, en este caso el turbo VTG se comportar acomo un turbo convencional. Las paletas adoptan una posici n intermedia que no interfieren en el paso de losgases de escape que inciden sin variar su velocidad sobre la turbina.En la figura de la derecha: los alabes adoptan una posici n muy abierta debido a que el motor gira a muchas

revoluciones, los gases de escape entran a mucha velocidad en el turbo haciendo girar la turbina muy deprisa.La posicin muy abierta de los alabes hacen de freno a los gases de escape por lo que se limita la velocidadde la turbina. En este caso, la posici n de los alabes hacen la funci n que realizaba la vlvula wastegate enlos turbos convencionales, es decir, la de limitar la velocidad de la turbina cuando el motor gira a altasrevoluciones y hay una presi n muy alta en el colector de admisi n, esto explica por que los turbos VTG notienen vlvula wastegate.

V.I-..M.roscada

Alabes

Leva

Rodete turbina

Bieleta de mando


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Distintas posiciones que adoptarlosalabessegnel nder.p.mdel motor

Posicinda IDO alabesotandoelmotorcpra al ralentiobajasr.p.m.

Posicinde los alat>escuandoel motorgira enmarcha normal omediasr.p.m.

Posicinde los alabeecuandoel motargira a altasrp .m

S los alabes estn en apertura mxima, indica que hay una avera ya que la mxima inclinacin laadoptan para la funcin de emergencia.

El funcionamiento que hemos visto para el Turbo VTG es te rico ya que el control de la cpsula manometricalo mismo que en los turbos convencionales mas modernos, se hace mediante una gesti n electrnica que seencarga de regular la presi n que llega a la cpsula manometrica en los turbos VTG y a la v lvula wastegateen los turbos convencionales, en todos los m argenes de funcionamiento del motor y teniendo en cuenta otrosfactores como son la temperatura del aire de admisi n, la presin atmosfrica (altitud sobre el nivel del mar) ylas exigencias del conductor.

Las ventajas del turbocompresor VTG vienen dadas por que se consigue un funcionamiento mas progresivodel motor sobrealimentado. A diferencia de los primeros motores dotados con turbocompresor convencionaldonde habia un gran salto de potencia de bajas revoluciones a altas, el comportamiento ha dejado de serbrusco para conseguir una curva de potencia muy progresiva con gran cantidad de par desde muy pocasvueltas y mantenido durante una amplia zona del n de revoluciones del motor.

El inconveniente que presenta este sistema es su mayor complejidad, y por tanto, precio con respecto a unturbocompresor convencional. As como el sistema de engrase que necesita usar aceites de mayor calidad ycambios mas frecuentes.Hasta ahora, el turbocompresor VTG s lo se puede utilizar en motores Diesel, ya que en los de gasolina latemperatura de los gases de escape es demasiado alta (200 - 300 C mas alta) para admitir sistemas comostos.

Gestin electrnica de la presin del turbo Con la utilizacin de la gestin electrnica tanto en los motores de gasolina como en los Diesel, la regulad ndel control de la presin del turbo ya no se deja en manos de una v lvula de accionamiento mecnico comoes la vlvula wastegate, que esta sometida a altas temperaturas y sus componentes como son: el muelle y lamembrana; sufren deformaciones y desgastes que influyen en un mal control de la presi n del turbo, ademasque no tienen en cuenta factores tan importantes para el buen funcionamiento del motor como son la altitud yla temperatura ambiente.

Para describir como funciona un sistemade regulacin de la presin turbo, tenemosun esquema que pertenece a un motorDiesel (1.9 TDi de Volkswagen.) en el quese ven todos los elementos queintervienen en el control de la presin delturbo. La Gestin Electrnica Diesel (EDCElectronic Diesel Control) interpone unaelectrovlvula de control de la presi n (3)entre el colector de admisi n y la vlvulawastegate (4) que controla en

Capsuanucnebca

A


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todo momento la presin que llega a lavlvula wastegate. Como se ve elcircuito de control de la presi n delturbo es similar a un circuito de controlconvencional con la nica diferencia dela incorporacin de la electrovlvula decontrol (3).

Las caractersticas principales de estesistema son:- Permite sobrepasar el valor m ximode la presin del turbo.- Tiene corte de inyeccin a altasrevoluciones.- Proporciona una buena respuesta alacelerador en todo el margen derevoluciones.- La velocidad del turbocompresorpuede subir hasta las 110.000 r.p.m..

Esquema del circuito de conlrol de la presin del lurbocompresor

Aire

1-Caudalimeo 2- Turto

cariveroaal

A- ElectravMv

ia

de controlA- Vabula wastegatei- Intercedere- Salsee de temperatura del are de admiran 7-Conexin que tararme la preerin en el colector deadmaon al sensor de prean situado en la insma ECU

La electrovlvula de control: se comporta como una llave depaso que deja pasar mas o menos presi n hacia la vlvulawastegate. Esta comandada por la ECU (unidad de control) quemediante impulsos elctricos provoca su apertura o cierre.Cuando el motor gira a bajas y medias revoluciones, laelectrovlvula de control deja pasar la presi n que hay en elcolector de admisi n por su entrada (1) a la salida (2)directamente hacia la vlvula wastegate, cuya membrana esempujada para provocar su apertura, pero esto no se producir

hasta que la presin de soplado del turbo sea suficiente paravencer la fuerza del muelle. Cuando las revoluciones del motorson altas la presin que le llega a la vlvula wastegate es muyalta, suficiente para vencer la fuerza de su muelle y abrir lavlvula para derivar los gases de escape por el bypass (baja lapresin de soplado del turbo). Cuando la ECU considera que lapresin en el colector de admisi n puede sobrepasar losmargenes de funcionamiento normales, bien por circular enaltitud, alta temperatura ambiente o por una solicitud delconductor de altas prestaciones (aceleraciones fuertes), sin queesto ponga en riesgo el buen funcionamiento del motor, la ECUpuede modificar el valor de la presi n turbo que llega a la vlvulawastegate, cortando el paso de la presi n mediante laelectrovlvula de control, cerrando el paso (1) y abriendo el paso(2) al (3), poniendo as en contacto la vlvula wastagate con la

presin atmosfrica que la mantendr cerrada y as se aumentala presin de soplado del turbo.

Para que quede claro, lo que hace la electrov lvula de control ensu funcionamiento, es enga ar a la vlvula wastegate desviandoparte de la presi n del turbo para que esta no actu . Laelectrovlvula de control es gobernada por la ECU (unidad decontrol), conectando a masa uno de sus terminales el ctricoscon una frecuencia fija, donde la amplitud de la se nal determinacuando debe abrir la vlvula para aumentar la presi n desoplado del turbo en el colector de admisi n. La ECU paracalcular cuando debe abrir o cerrar la electrov lvula de controltiene en cuenta la presin en el coiectorde admisin por medio

Electrovlvula de conlrol de la presin turba

i del fcirbo

Presin atmosfrica

Gases deescape


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del sensor de presin turbo que viene incorporado en la mismaECU y que recibe la presin a travs de un tubo (7) conectadoal colector de admisin. Tambin tiene en cuenta la temperaturadel aire en el colector de admisi n por medio de un sensor detemperatura (6), el n de r.p.m del motor y la altitud por mediode un sensor que a veces esta incorporado en la misma ECU yotras fuera

Esquema interno de una electrovhulade conlrd de pntaldn

PtEBifi del irbo

ftssin atmosfrica

En el esquema de la derechatenemos el circuito de admisi n yescape de un motor Diesel deinyeccin directa (TDi) que utiliza

un turbocompresor de geometr avariable (VTG). Como se ve en elesquema ya no aparece lavlvula de descarga o wastegate,sin embargo la electrovalvula decontrol de la presin turbo (3) siesta y de ella sale un tubo que vadirectamente al turbocompresor.Aunque no se ve donde va enconcreto el tubo, esta conectadoa la cpsula neumtica oactuador (n 8 en el primerdibujo). El funcionamiento delcontrol de la presin del turbo esmuy similar al estudiadoanteriormente, la diferencia esque la vlvula wastegate sesustituye por la cpsulaneumtica, ambas tienen unfuncionamiento parecido mientrasuna abre o cierra una vlvula, laotra mueve un mecanismo deaccionamiento de alabes. En estecaso el sensor de altitud estafuera de la ECU (unidad decontrol).

Esquema del circuito de conlrol de la presin turbopara un turbocompresorda geometra variable

1-&ensM de pream Hturhn incoparada en la mema ECUsupe j_&enaa feaju^j3- Electnivalv Ja reguladora de la presin turba


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no se ve ningn tubo que lleve la presin reinante en el colector deadmisin hacia la vlvula wastegate a travs de la electrovlvula decontrol. Si aparece como novedad la bomba de vac o que se conectaa travs de un tubo con la electrovlvula de control (actuador depresin) y otros elementos actuadores que son accionados por vaci como la vlvula EGR (recirculacin de gases de escape). Estesistema de control de la presi n del turbo tiene la ventaja frente a los

anteriormente estudiados, de no depender de la presi n que hay enel colector de admisin que en caso de rotura del tubo que transmitedicha presin ademas de funcionar mal el sistema de control delturbo, se perdera parte del aire comprimido por el turbo que tieneque entrar en los cilindros y disminuye la potencia del motorsensiblemente.

Aduador de presin de sobrealimentacin

1 - Aotuadorde pteaionde aobredirnen lacionf- Bomba de vacia odepresin3- Valvda "WastHgate"A-Tuibocompresor5-Bypa3s

Disposicin de tos sensores en un

sistema

Conminan Ral) A

t- Sori a de arta presin;5- Vahos


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inventado en 1854.Los compresores volumtricos son bombas de aire.Este mecanismo puede producir fcilmente un 50%mas de potencia que los motores atmosf ricos delmismo tamao. Los antiguos compresores produc anun ruido considerable pero los actuales son muchomas silenciosos.

Como ocurre con los alternadores, los compresoresvolumtricos son accionados por el cig eal,generalmente por una correa, pero en ocasiones, poruna cadena o conjunto de engranajes. Giran a unavelocidad de 10.000 a 15.000 rpm, por lo tanto sonmucho mas lentos que los turbocompresores. Lapresin de sobrealimentacin esta limitada por lavelocidad del motor (no hace falta v lvula dedescarga como en los turbocompresores). Motor sobrealimentado por compresor de

accionamiento mecnico

Debido a su forma de accionamiento ofrece un mayor par motor a bajas rpm que un turbocompresor. Otraventaja del compresor frente al turbocompresor es que tiene una respuesta mas r pida (no tiene el retardo delturbo). La desventaja principal del compresor es que roba potencia al motor debido a su accionamiento

mecnico y esta perdida aumenta a medida que sube el r gimen de giro del motor, por lo que no facilita unrendimiento eficaz del motor.

Existen dos tipos de compresores: el de "desplazamiento positivo" y el "din mico". El compresor dedesplazamiento positivo moviliza la misma cantidad de aire en cada revoluci n independientemente de lavelocidad. Cuanto mas r pido gira, mas aire bombea. El compresor de desplazamiento mas popular es el detipo Roots, denominado compresor de I bulos. En este caso un par de rotores en forma de "ochos" conectadosa ruedas dentadas que giran a la misma velocidad pero en sentidos contrarios bombean y comprimen el aireconjuntamente. Este compresor mas que comprimir el aire lo que hace es impulsarlo.

Funcionamiento de un compresor del tipo Roots o lbulos.

Los rotores se apoyan en unoscojinetes. En vista de que nuncase tocan entre si, no sedesgastan. En ocasiones, loslbulos son helicoidales y, enotras, de corte recto. Esta versinsencilla con rotores de dosalabes origina una presinrelativamente baja, y adems lacrea muy despacio al aumentarel rgimen de giro. La potenciaabsorbida se sit a para unasobrepresin de 0,6 bares y pasomximo de aire, en 12.2 CV.El rendimiento del compresorRoots no es muy alto y adem sempeora con el aumento del

Aire

Corea decaanamentc

Lbulos

Airecomprimido


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rgimen de giro.La capacidad de suministro slosupera el 50% en una gama muylimitada. El aire comprimido secalienta extraordinariamente.

DespiecedeuncompresorRoota ode lbulos

Los compresores de lbulos tienden a "pulsar" a bajasvelocidades, no obstante, los de rotores helicoidalestienden a contrarrestar al mximo dichas pulsaciones.Los rotores pueden tener dos o tres I bulo. Un rotor detres lbulos tiende a pulsar menos que uno de dos. Elrotor de tres lbulos da mejores resultados gracias auna mayor complejidad en su construccin, paramoverse slo necesitaba robar al motor 8 caballos depotencia para conseguir 0,6 bares de presi n. Cuandoel motor no esta sometido a una gran carga, el vaci delcolector de admisi n, gira los rotores como un molinode viento, robando por tanto menos potencia del motor.

Los compresores utilizados porVolkswagen, llamadoscompresor centrifugo o cargador"G", presentan una forma de suscmaras similar a esta letra. Laspiezas alojadas en su interior sedesplazan en un movimientoexcntrico como el de un hula-hop. Se caracteriza por unelemento desplazable dispuestoexcntricamente con estructuraespiral en ambos lados (espirasmviles), que da lugar, junto conlas carcasas (crter fijo), tambinen espiral a cmaras de volumenvariable. Dej de utlizarse en ladcada de los 90 por susproblemas de lubricacin yestanqueidad.

1-Canoras u- Espiras, mviles3-Crter fljo

Elementos pfncipaeB de un compfewr~G"

Aire

1- Adrnjan del aire 2- Compresin del ame 3- Expulsin del aire apresin

Funcionamiento del compresor G

fiuedas ttantadpa

Aire


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Otro compresor de desplazamiento positivo es el de aspas, el cual comprime el aire que aloja en su carcasaantes de obligarlo a salir. Esta bomba se utiliza con mayor frecuencia en motores peque os con una presinde sobrealimentacin elevada.

Debido a que los compresores no funcionan por laaccin de los gases de escape, no se calientan, por loque la lubricacin no constituye un problema tanimportante como ocurre en los turbocompresores. Dehecho, las unidades de compresores del tipo Roots selubrican con su propio suministro de aceite SAE 90 deengranajes (el mismo que el de la caja de cambios), elcual no tiene un intervalo de cambio de aceiteespecifico. Los compresores son maquinas muyfiables, si bien la suciedad es su gran enemigo. Lasfugas de vaci (del lado de la admisin) atraen elpolvo, el cual puede arruinar el compresor. Las fugasde aire del lado de salida del compresor disminuyen el

rendimiento del motor. Por otra parte, las fugas devaci pueden confundir a la computadora (ECU),haciendo que la mezcla resulte demasiado pobre.Adems una fuga en el lado de la presi n aumenta enexceso la riqueza de la mezcla. El sensor de oxigeno(sonda Lambda) de estos sistemas capaces de regularla riqueza de la mezcla de aire y combustibleanalizando las caractersticas del gas quemado solopuede introducir correcciones menores en la mezcla yno puede contrarrestar el efecto de una fugaimportante. Las fugas suelen estar acompa nadas deun sonido (silbido) que cabe localizar fcilmenteescuchando su procedencia.

Instalacin de un compresor volumtrico en un molerCorrea deaccionamiento

Un compresor "dinmico" es similar a un turbocompresor. Su salida aumenta proporcionalmente al cuadradode su velocidad. De esta manera, si el motor gira dos veces mas r pido, la salida de presi n del compresorse cuadriplica. Por esta razn, este compresor funciona de forma ptima a reg menes elevados, pero tiene unmenor rendimiento a ralent . Las tres tipos de compresores din micos son: el centrifugo, el de flujo axial, y elde onda de presin. El compresor centrifugo es igual que un turbocompresor pero se activa medianteelcigeal y no por la accin de los gases de escape. El compresor de flujo axial no resulta muy usual debido asu coste de fabricacin. El compresor de onda de presi n se usa fundamentalmente en motores de dostiempos.

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Mezcla de --i - i-:.- -i .1

Compresor /

Mecanica Automotriz - Motores Sobre Aliment a Dos

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