¿Qué es un turbocompresor?
Cuando se trata de combinar rendimiento con un consumo reducido de combustible, los ingenieros casi se ven obligados a optar por un motor turbo.
Fuera del aire enrarecido del mundo de los superdeportivos, donde Lamborghini aún insiste en que los motores de aspiración natural siguen siendo la forma más limpia e italiana de producir potencia y ruido, los días de los autos sin turbocompresor están llegando a su fin.
Es imposible, por ejemplo, conseguir un Volkswagen Golf de aspiración natural. Después de Dieselgate, por supuesto, es poco probable que esto importe, porque ya nadie quiere jugar al golf.
Sin embargo, el hecho es que los autos urbanos, los autos familiares, los grandes turismos e incluso algunos superdeportivos están abandonando el barco a favor de un futuro de buceo. Desde el Ford Fiesta hasta el Ferrari 488, el futuro pertenece a la inducción forzada, en parte por las leyes de emisiones, pero también porque la tecnología ha evolucionado a pasos agigantados.
Este es un caso de economía de combustible de motor pequeño para una conducción suave y gran potencia de motor cuando lo desee.
Cuando se trata de combinar un mayor rendimiento con un menor consumo de combustible, los ingenieros casi se ven obligados a diseñar sus últimos motores con tecnología turboalimentada.
¿Cómo puede un turbo hacer más con menos?
Todo se reduce a cómo funcionan los motores, así que hablemos un poco sobre la técnica. Para los motores de gasolina, la relación aire-combustible de 14.7:1 garantiza la combustión completa de todo lo que hay en el cilindro. Más jugo que esto es una pérdida de combustible.
En un motor de aspiración natural, el vacío parcial creado por el pistón descendente atrae aire al cilindro, utilizando la presión negativa del interior para aspirar aire a través de las válvulas de admisión. Es una manera fácil de hacer las cosas, pero es muy limitada en términos de suministro de aire, como una persona con apnea del sueño.
En el motor turboalimentado, el libro de reglas se ha reescrito. En lugar de confiar en el efecto de vacío de un pistón, un motor turboalimentado utiliza una bomba de aire para empujar el aire hacia un cilindro, al igual que una máscara para la apnea del sueño empuja el aire por la nariz.
Aunque los turbocompresores pueden comprimir aire hasta 5 bar (72.5 psi) por encima de la presión atmosférica estándar, en los automóviles de carretera normalmente funcionan a una presión más relajada de 0.5 a 1 bar (7 a 14 psi) .
El resultado práctico es que a 1 bar de presión de sobrealimentación, el motor recibe el doble de aire que si fuera de aspiración natural.
Esto significa que la unidad de control del motor puede inyectar el doble de combustible mientras mantiene una relación aire-combustible ideal, creando una explosión mucho mayor.
Pero eso es solo la mitad de los trucos del turbocargador. Comparemos un motor atmosférico de 4.0 litros y un motor turboalimentado de 2.0 litros con una presión de sobrealimentación de 1 bar, suponiendo que, por lo demás, son idénticos en términos de tecnología.
El motor de 4.0 litros consume más combustible incluso al ralentí y con poca carga del motor, mientras que el motor de 2.0 litros consume mucho menos. La diferencia es que con el acelerador completamente abierto, un motor turboalimentado utilizará la máxima cantidad de aire y combustible posible: el doble que un motor de aspiración natural de la misma cilindrada, o exactamente lo mismo que un motor de 4.0 litros de aspiración natural.
Esto significa que el motor turboalimentado puede funcionar desde unos escasos 2.0 litros hasta unos potentes cuatro litros gracias a la inducción forzada.
Por lo tanto, se trata de economía de combustible de motor pequeño para una conducción suave y gran potencia de motor cuando lo desee.
¿Qué tan inteligente es eso?
Como corresponde a una bala de plata de ingeniería, el turbocompresor en sí mismo es ingenioso. Cuando el motor está en marcha, los gases de escape pasan a través de la turbina, lo que hace que gire a velocidades increíbles, normalmente entre 75,000 150,000 y XNUMX XNUMX veces por minuto.
La turbina está atornillada al compresor de aire, lo que significa que cuanto más rápido gira la turbina, más rápido gira el compresor, aspirando aire fresco y forzándolo hacia el motor.
El turbo funciona en una escala móvil, dependiendo de qué tan fuerte presiones el pedal del acelerador. En ralentí, no hay suficiente gas de escape para que la turbina alcance una velocidad significativa, pero a medida que acelera, la turbina gira y proporciona impulso.
Si empuja con el pie derecho, se producen más gases de escape, que comprimen la máxima cantidad de aire fresco en los cilindros.
Entonces, ¿cuál es el truco?
Hay, por supuesto, varias razones por las que no todos conducimos automóviles turboalimentados durante años, comenzando con la complejidad.
Como puede imaginar, construir algo que pueda girar a 150,000 XNUMX RPM día tras día durante años sin explotar no es fácil y requiere piezas costosas.
Las turbinas también requieren un suministro dedicado de aceite y agua, lo que ejerce más presión sobre los sistemas de refrigeración y lubricación del motor.
A medida que el aire en el turbocompresor se calienta, los fabricantes también tuvieron que instalar intercoolers para reducir la temperatura del aire que ingresa al cilindro. El aire caliente es menos denso que el aire frío, anulando los beneficios de un turbocargador y también puede causar daño y detonación prematura de la mezcla de aire y combustible.
La deficiencia más infame de la turboalimentación se conoce, por supuesto, como retraso. Como se indicó, debe acelerar y crear un escape para que el turbo comience a producir una presión de impulso significativa, lo que significaba que los primeros autos turbo eran como un interruptor retrasado: nada, nada, nada, TODO.
Varios avances en la tecnología turbo han domesticado lo peor de las características de movimiento lento de los primeros Saab y Porsche con turbocompresor, incluidas paletas ajustables en la turbina que se mueven en función de la presión de escape y componentes livianos y de baja fricción para reducir la inercia.
El paso adelante más emocionante en la turboalimentación solo se puede encontrar, al menos por ahora, en los corredores de F1, donde un pequeño motor eléctrico mantiene el turbo girando, lo que reduce el tiempo que tarda en girar.
De manera similar, en el Campeonato Mundial de Rally, un sistema conocido como anti-lag descarga la mezcla de aire/combustible directamente en el escape por delante del turbocompresor. El calor del colector de escape hace que explote incluso sin una bujía, creando gases de escape y manteniendo el turbocargador hirviendo.
Pero, ¿qué pasa con los turbodiésel?
Cuando se trata de turboalimentación, los diésel son una raza especial. Este es realmente un caso mano a mano, porque sin la inducción forzada, los motores diesel nunca serían tan comunes como lo son.
Los motores diésel de aspiración natural pueden proporcionar un par de torsión de gama baja decente, pero ahí es donde terminan sus talentos. Sin embargo, con la inducción forzada, los diésel pueden capitalizar su torque y disfrutar de los mismos beneficios que sus contrapartes de gasolina.
Los motores diésel están fabricados por Tonka Tough para manejar las enormes cargas y temperaturas contenidas en su interior, lo que significa que pueden manejar fácilmente la presión adicional de un turbo.
Todos los motores diésel, de aspiración natural y sobrealimentados, funcionan quemando combustible en exceso de aire en el llamado sistema de combustión pobre.
La única vez que los motores diesel de aspiración natural se acercan a la mezcla de aire/combustible "ideal" es a toda velocidad cuando los inyectores de combustible están completamente abiertos.
Debido a que el combustible diesel es menos volátil que la gasolina, cuando se quema sin mucho aire, se produce una gran cantidad de hollín, también conocido como partículas de diesel. Al llenar el cilindro con aire, los turbodiésel pueden evitar este problema.
Por lo tanto, si bien la turboalimentación es una mejora sorprendente para los motores de gasolina, su verdadero giro evita que el motor diésel se convierta en una reliquia humeante. Aunque "Dieselgate" en cualquier caso puede provocar que esto suceda.
¿Qué le parece el hecho de que los turbocompresores se encuentren en casi todos los vehículos de cuatro ruedas? Cuéntanos en los comentarios a continuación.
