Los motores diésel alguna vez tuvieron fama de ser eficientes pero lentos. Claro, bebieron combustible, pero les faltó urgencia. Esta percepción ha cambiado dramáticamente. ¿Cuál es la razón principal? La popularidad de los turbocompresores.
Los motores diésel modernos se caracterizan por un par explosivo y una respuesta rápida. No se trata sólo de una parte. La inyección directa a alta presión juega un papel importante. Sin embargo, el turbocompresor es el motor que impulsa el motor. Curiosamente, la turbocompresión no es exclusiva de los motores diésel. Los equipos de F1 han aprovechado estos años para exprimir más caballos de fuerza a sus unidades. La tecnología es universal. Sin embargo, su aplicación se ha desarrollado mucho en la industria del automóvil.
Mecanismo de inducción forzada.
Para comprender la importancia de un turbocompresor, es necesario comprender cómo produce potencia un motor. Proviene de la quema. Más precisamente, se quema una mezcla de combustible y aire. Más mezcla equivale a más potencia.
Históricamente, los ingenieros lo han logrado de dos maneras. Hicieron el cilindro más grande. Agregaron cilindros. Está equipado con un motor V8 en lugar de un motor de 4 cilindros en línea. Motor de gran cilindrada. Estos métodos funcionan. Pero añaden peso y complejidad.
Hay una tercera vía. Puede forzar más aire a los cilindros existentes. Ese es el trabajo del turbocompresor.
Los motores de aspiración natural dependen de la presión atmosférica para aspirar aire, mientras que los motores turbo utilizan gases de escape para aspirar aire. Se trata de un circuito cerrado de eficiencia. Se captura la energía de escape que de otro modo se disiparía en la atmósfera. Hace girar la turbina. La turbina impulsa el compresor. El compresor fuerza aire denso hacia la cámara de combustión.
Un proceso paso a paso
Cuando visualiza el proceso, es fácil ver cómo funciona. Esto no sucede por arte de magia. Ocurre a través de una cierta serie de eventos físicos.
- Flujo de gases de escape: Los gases de escape calientes salen del motor y golpean las palas de la turbina. La presión hace que la turbina gire a velocidades increíblemente altas.
- Compresión: La turbina está conectada a la rueda del compresor mediante un eje. A medida que la turbina gira, el compresor aspira el aire circundante y lo comprime.
- Enfriamiento: La compresión del aire lo calienta. El aire caliente es menos denso. Resuelva este problema dirigiendo el aire a través del intercooler (o intercooler). Esto baja la temperatura. El aire más frío es más denso. Una mayor densidad del aire significa que hay más moléculas de oxígeno por centímetro cúbico.
- Incendio: Aire frío y denso ingresa al cilindro. Un inyector de combustible inyecta combustible diesel en este ambiente presurizado. El resultado es una explosión más poderosa.
“La principal ventaja es la densidad. Enfriar el aire comprimido maximiza el oxígeno disponible para la combustión sin aumentar el tamaño del motor.”
Superación de la histéresis con geometría variable
Los primeros turbocompresores tenían defectos. Retraso. Esto no es un error de software. Esto es física. A bajas revoluciones el flujo de gases de escape es débil. No basta con hacer girar la turbina rápidamente. El conductor presiona el pedal del acelerador. El motor titubea. Entonces, de repente, el turbo se activa. El poder llega tarde.
Los ingenieros resolvieron este problema utilizando turbinas de geometría variable (VGT). Las palas dentro de la carcasa de la turbina pueden cambiar su ángulo. A bajas velocidades, las palas estrechan el tubo de escape. Esto aumenta la velocidad del gas. La turbina gira más rápido a pesar del bajo volumen. A alta velocidad, las palas se abren. Esto evita que el motor se obstruya debido a la contrapresión.
Esta tecnología elimina la “zona muerta” entre la potencia inactiva y la potencia máxima. Hizo que los motores diésel respondieran como nunca antes.
El enfoque en dos pasos de BMW
Algunos fabricantes quieren ir más allá. BMW introdujo un turbocompresor doble variable en el 535d. Esta es una configuración de dos etapas. Utiliza dos turbocompresores de diferentes tamaños.
El turbo más pequeño arranca inmediatamente a bajas velocidades. Ofrece par instantáneo y aceleración rápida para conducción urbana. Funciona de manera eficiente en un rango de velocidad más bajo, lo cual es difícil con turbinas más grandes.
A medida que aumentan la velocidad y la cilindrada del motor, un turbocompresor más grande se vuelve más eficiente. Maneja las demandas de alto flujo de la conducción a alta velocidad. El sistema cambia sin problemas entre las dos unidades. El resultado es un rendimiento sólido en todo el rango de revoluciones. No hay retraso en la parte inferior.
