¿Qué función tiene la válvula wastegate?

Limita la presión máxima de sobrealimentación. Cuando se alcanza el valor establecido, se abre y desvía una parte de los gases de escape hacia la salida de la turbina sin incidir sobre ella. Está controlada por el calculador electrónico.

¿Qué ventajas tiene el turbocompresor?

Aumenta notablemente la potencia y el par motor, la carcasa de la turbina absorbe ruido y el motor turboalimentado tiene un rendimiento volumétrico alto. Además, suministra aire adicional a media y alta velocidad.

¿Cómo funciona el turbo de geometría variable a bajos regímenes?

Las paletas están cerradas, obligando a los gases a pasar por secciones pequeñas. Así aumenta la velocidad del gas y el giro de la turbina.

Sobrealimentación y gestión de admisión en motores de combustión

Resumen

El documento explica cómo se prepara el aire y el combustible antes de entrar al motor, incluyendo el filtro de aire, la bomba de alimentación y la admisión variable. Después describe la sobrealimentación, sus consecuencias y los distintos sistemas: compresores volumétricos, centrífugos y turbocompresores. Por último trata el intercooler, la válvula wastegate, el turbo de geometría variable y la gestión electrónica de la presión de sobrealimentación.

Puntos clave

El filtro de aire debe tener alta eficacia filtrante, buen poder acumulador y escasa resistencia al paso del aire.
La admisión variable usa un conducto largo para bajos y medios regímenes (par) y uno corto para altos regímenes (potencia).
La sobrealimentación introduce en el cilindro más fluido activo que el normal, aumentando la potencia a igual cilindrada.
Los compresores volumétricos son accionados mecánicamente y suministran de 0,6 a 0,8 bares en regímenes normales.
El intercooler refrigera el aire de admisión a la salida del compresor, mediante intercambiadores aire/aire o aire/agua.
La válvula wastegate desvía parte de los gases de escape para limitar la presión de sobrealimentación, controlada por el calculador electrónico.
En el turbo de geometría variable (VGT), las paletas modifican la sección de paso de los gases según el régimen del motor.

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Preparación del Aire y Combustible

1. Filtro de Aire

Su función es proteger las partes internas del motor. Los requisitos del filtro son: (1) elevada eficacia filtrante, (2) buen poder acumulador y (3) escasa resistencia al paso de aire.

2. Bomba de Alimentación

El combustible es llevado al sistema de inyección por medio de una bomba.

3. Admisión Variable

Este sistema permite dos posibilidades de configuración de los tubos de admisión, adecuando su longitud al funcionamiento del motor.

Recorrido de Par (Bajas y Medias RPM)

Se utiliza en bajos y medios regímenes, donde una mariposa cierra el conducto corto y alimenta al motor por el conducto largo.

Recorrido de Potencia (Altas RPM)

Se utiliza en altos regímenes; la mariposa se abre y la alimentación se produce por el conducto corto, mejorando el rendimiento volumétrico. La mariposa está comandada por un pulmón neumático y una electroválvula.

4. La Sobrealimentación

Consiste en introducir en el cilindro un peso de fluido activo superior al normal, obteniendo mayor potencia a igual cilindrada.

Consecuencias de la Sobrealimentación

Mejora el rendimiento indicado (se hace más adiabática).
Mejora el rendimiento mecánico.
Tensión mecánica: Aumenta la presión de trabajo.
Tensión térmica: Aumenta la temperatura y los flujos.

5. Sistemas de Sobrealimentación

Compresores Volumétricos

Son accionados mecánicamente desde el motor por medio de poleas y correas. Suelen ser del tipo de lóbulos; estos se acoplan entre sí y giran en direcciones opuestas. Cuando el rotor se desplaza, lo hace también la cavidad entre dos lóbulos, creando un vacío que es arrastrado hacia la salida con el giro de los rotores. Suministra una sobrealimentación de 0,6 a 0,8 bares para regímenes normales del motor.

Compresores Centrífugos

Pueden ser accionados como el volumétrico o por una turbina. Funcionan bajo el efecto de la fuerza centrífuga: el aire es expulsado hacia la periferia de la rueda, creando una depresión en su centro y provocando una aspiración de aire. Funciona a velocidades muy altas.

6. Ventajas del Turbocompresor

Incremento notable de la potencia y par motor.
La carcasa de la turbina actúa como un conjunto de absorción del ruido.
El motor turboalimentado tiene un rendimiento volumétrico alto.
Los turbocompresores suministran al motor una cantidad de aire suplementaria a media y alta velocidad.

7. Intercooler (Refrigeración de Admisión)

Adecuar la temperatura de admisión a las necesidades del motor, instalando un intercambiador del tipo aire/aire en el circuito de sobrealimentación a la salida del compresor. También se utiliza un intercambiador del tipo aire/agua que se enfría hasta la temperatura del agua del motor.

8. Válvula Limitadora de Presión de la Sobrealimentación (Wastegate)

Cuando se alcanza el valor máximo de presión establecido, es vencida la fuerza del muelle antagonista, desplazándose la membrana hacia atrás. Con cuyo movimiento se abre la válvula que permite la desviación de una parte de los gases de escape por el conducto hacia la salida de la turbina sin incidir sobre ella. La válvula wastegate está controlada por el calculador electrónico.

9. Turbo de Geometría Variable (VGT)

Permite modificar el área de sección de paso de los gases que llegan a la turbina para regular su velocidad.

Funcionamiento del VGT

A Bajos Regímenes

Las paletas están cerradas, obligando a los gases a pasar por pequeñas secciones para incidir en los álabes de la turbina, aumentando la velocidad del gas y el giro de la turbina.

A Altos Regímenes

Aumenta el volumen y la energía cinética de los gases, y la presión de sobrealimentación se incrementa. Se activa la unidad neumática modificando el ángulo de las paletas para aumentar la sección del paso de gases, incidiendo en el rotor y provocando una reducción de su velocidad, lo que conlleva al descenso de la presión de sobrealimentación.

A Regímenes Medios

Los álabes modifican su posición adaptándose al funcionamiento del motor, permitiendo una elevada velocidad de los gases y la turbina.

9.1 Gestión Electrónica de la Sobrealimentación

La Unidad de Control Electrónico (UCE) gestiona la sobrealimentación basándose en:

Valor teórico: Señales básicas (carga y RPM).
Señales correctoras: Temperatura del aire de admisión, presión atmosférica.
UCE: Compara que el valor teórico no sea superado por el valor real, el cual conoce mediante la señal de presión del colector de admisión.