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
Turbocompresor para aplicaciones en camiones con geometría
de turbina variable (VTG)
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.
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.