Diseño y función de un turbocompresor
Sistema de regulación
Diseño y función
La manejabilidad de los motores turbo para turismos debe cumplir los mismos requisitos rigurosos que los motores atmosféricos de idéntica potencia. Esto significa que debe existir presión de sobrealimentación plena a bajas velocidades del motor. Esto sólo se puede lograr con un sistema regulador de la presión de sobrealimentación en la turbina.
Regulación por derivador en la turbina
El derivador en la turbina es la forma más sencilla de regular la presión de sobrealimentación. El tamaño de la turbina se elige de forma que se cumplan los requisitos de características de par motor a bajas velocidades del motor y se logre una óptima manejabilidad del vehículo. Con este diseño, se insufla a la turbina más gases de escape de los necesarios para producir la presión de sobrealimentación requerida poco antes de que se alcance el par motor máximo. Por tanto, cuando se alcanza una presión de sobrealimentación determinada, parte del flujo de los gases de escape se insufla alrededor de la turbina a través de un derivador. La válvula de descarga que abre o cierra el derivador se acciona normalmente mediante un diafragma de resorte que responde a la presión de sobrealimentación.
En la actualidad, cada vez se utilizan más los sistemas electrónicos de regulación de la presión de sobrealimentación en los motores de gasolina y diesel modernos de vehículos de turismo. Frente al control puramente neumático, que sólo puede funcionar como limitador de presión a plena carga, una control de presión de sobrealimentación flexible permite un ajuste óptimo de la presión de sobrealimentación a carga reducida. Esto funciona con arreglo a varios parámetros como temperatura del aire de alimentación, grado de avance de tiempo y calidad del combustible. Esta operación de la aleta corresponde a la del accionador anteriormente descrito. El diafragma accionador se somete a una presión de control modulada en lugar de una presión de sobrealimentación máxima.
Control de la presión de sobrealimentación de un motor de gasolina turboalimentado mediante presión de control proporcional
Esta presión de control es inferior a la presión de sobrealimentación y es generada por una válvula proporcional. Esto asegura que el diafragma se somete a la presión de sobrealimentación y a la presión en la toma del compresor a distintas proporciones. La válvula proporcional está regulada por la electrónica del motor. En motores diesel, se utiliza un accionador vacuoregulado para el control electrónico de la presión de sobrealimentación.
Geometría de turbina variable
La geometría de turbina variable permite variar la sección transversal de flujo de la turbina en función del punto de funcionamiento del motor. De esta forma se puede aprovechar toda la energía de los gases de escape y ajustar de forma óptima la sección transversal de flujo de la turbina para cada punto de funcionamiento. En consecuencia, el rendimiento del turbocompresor y, por ende, el del motor es mayor que el alcanzado con la regulación mediante derivador.
Turbocompresor para aplicaciones en camiones con geometría de turbina variable (VTG)
Regulación del caudal en sección transversal mediante portaálabes variables: Geometría de turbina variable (VTG)
Los portaálabes variables situados entre la cámara espiral o voluta y la rueda de la turbina influyen en la generación de presión y, por tanto, en la potencia de la turbina. A bajas velocidades del motor, la sección transversal del caudal se reduce cerrando los portaálabes. La presión de sobrealimentación y, por ende, el par del motor aumenta a causa de una caída pronunciada de la presión entre la toma y la salida de la turbina. A velocidades altas del motor, los portaálabes de abren gradualmente. La presión de sobrealimentación necesaria se alcanza con una baja relación de presiones en la turbina al tiempo que se reduce el consumo de combustible. Durante la aceleración del vehículo desde bajas velocidades, los portaálabes de cierran para aprovechar el máximo de energía de los gases de escape. Al aumentar la velocidad, los portaálabes de abren y adaptan al punto de funcionamiento correspondiente.
En la actualidad, la temperatura de los gases de escape en motores diesel de gran potencia llega hasta los 830 °C. El movimiento preciso y fiable del portaálabes en el caudal de gases de escape calientes exige mucho de los materiales y requiere una definición precisa de las tolerancias dentro de la turbina. Sea cual sea el tamaño del bastidor del turbocompresor, el portaálabes necesita un mínimo de espacio libre para funcionar correctamente durante toda la vida útil del vehículo.