Cuando entra el turbo en un diésel
Sobrecarga del turbocompresor
Un comienzo fulgurante Alrededor de 1918, el ingeniero de GE, Sanford Alexander Moss, aplicó un turbocompresor a un avión V12 Liberty y, posteriormente, la turbocompresión se aplicó a muchos aviones estadounidenses[1]. Sin embargo, el primer turbocompresor de Mitsubishi no se aplicó a un avión, sino a un motor de barco.
Los primeros turbocompresores no se parecían en nada a la tecnología avanzada que conocemos hoy. Entre otras cosas, la falta de una tecnología adecuada de metales y cojinetes frenó su avance, y esto es algo que todavía se está perfeccionando a día de hoy. Los materiales utilizados eran incapaces de soportar las altas temperaturas de los motores. A medida que los materiales fueron mejorando, se aplicaron gradualmente a motores más pequeños. En los años 60, Mitsubishi Heavy Industries empezó a aplicar turbocompresores a sus grandes motores diesel. En los años 70, los turbocompresores eran estándar en los grandes barcos diésel. Sin embargo, la aplicación de turbocompresores a los coches supuso un reto mayor.
Turbocompresores para automóvilesLos primeros automóviles con turbocompresores fueron los camiones, cuyos primeros prototipos se fabricaron hacia 1938. Los primeros turismos con turbocompresor no aparecieron hasta los años 60, e incluso entonces seguían siendo muy poco fiables. En los años 70, la turboalimentación se hizo muy popular en las carreras de Fórmula 1, y aún hoy ésta es la imagen que mucha gente tiene de los turbocompresores.
Fundamentos del turbocompresor
El motor diesel ha asumido desde hace muchas décadas un papel de liderazgo en el sector del transporte medio y medio-grande. Los principales factores que han contribuido a ello han sido su mayor eficiencia en el consumo de combustible con respecto a su homólogo de encendido por chispa, junto con un elevado par motor y una mayor fiabilidad. Por el contrario, las discrepancias en forma de humos en el escape, la radiación sonora de la combustión y la dificultad de arranque en frío retrasaron su infiltración y amplia aceptación en el altamente competitivo mercado de los turismos. Sin embargo, el uso extendido de sistemas de inyección directa controlados electrónicamente y un sofisticado control de postratamiento (sobre todo en forma de filtros de partículas diésel) ha cambiado esta tendencia en los últimos años, y la mayoría de los turismos vendidos en Europa son ahora motores de encendido por compresión (sitio web oficial de la ACEA, 2016).
Durante los transitorios, es el suministro de aire entrante el que desempeña el papel más crítico para la respuesta del motor y no la alimentación de combustible. Sin embargo, mientras que la respiración en un motor de aspiración natural viene determinada principalmente por el régimen del motor, en un motor turboalimentado está fuertemente influenciada por el funcionamiento del turbocompresor. Este último es responsable de un comportamiento desfavorable del motor durante los transitorios a través de un fenómeno bien establecido conocido como retraso del turbocompresor; el retraso del turbocompresor conduce, por un lado, a una acumulación problemática de par y a una mala conducción del vehículo y, por otro, a un aumento considerable de las emisiones de partículas (PM), gases e incluso ruido del motor (Watson y Janota, 1982; Winterbone, 1986; Rakopoulos et al., 2010a).
Tecnologías turbo de Cummins
Se presentó un cambio en los parámetros esenciales de funcionamiento de un motor turbodiésel de inyección directa de alta velocidad MAN D0826 LOH15 durante la variación del flujo másico de combustible inyectado. Sobre la base de dos conjuntos de mediciones, realizadas con combustible diésel estándar, se calcularon varios parámetros de funcionamiento: par motor, potencia efectiva, relación de exceso de aire, consumo específico efectivo de combustible y calor liberado por proceso del motor. Todos los parámetros calculados se presentan para un amplio rango de funcionamiento del motor. Junto con los calculados, se midieron varios parámetros importantes, además de los presentados en los conjuntos de medición. Otros parámetros medidos fueron la temperatura del aceite de lubricación y la temperatura de los gases de escape antes y después de la turbina del turbocompresor. Estos parámetros calculados y medidos permiten conocer en profundidad no sólo el proceso del motor, sino también el proceso de turbocompresión, que es muy importante en el funcionamiento del motor diesel analizado.
Material del turbocompresor
Garrett sigue siendo pionero en tecnologías de turbocompresores diesel que ayudan a elevar la dinámica entre la eficiencia de combustible, la reducción de emisiones y la capacidad de conducción en automóviles y vehículos comerciales ligeros. Nuestros innovadores sistemas de sobrealimentación abren las opciones de reducción de tamaño de los motores para los fabricantes de automóviles mediante una densidad de potencia líder en su clase, impulsando simultáneamente el rendimiento y ayudando a mejorar el consumo de combustible y a reducir los NOx y el CO2 en condiciones de conducción reales.
Rendimiento y fiabilidad Los sistemas turbo de Garrett, desde la famosa arquitectura de turbo de geometría variable (VNT) hasta los innovadores diseños de dos etapas, aprovechan los avances de ingeniería en aerodinámica, materiales, cojinetes y accionamiento eléctrico para establecer nuevos puntos de referencia en cuanto a rendimiento y fiabilidad.
Nuestros últimos turbos pequeños con válvula de descarga, con una aerodinámica mejorada, proporcionan una ruta rentable para la eficiencia del combustible y el control de las emisiones sin comprometer el rendimiento. El diseño compacto se centra en el par motor de gama baja y en la respuesta transitoria y, gracias a su menor peso, ofrece una flexibilidad de embalaje muy valorada por los fabricantes de automóviles.