Turbocompresor con overboost

Las prestaciones del motor del automóvil dependen del par y la potencia. En utilización habitual lo que más valora el conductor es una buena respuesta al acelerador desde bajas RPM, lo que aporta confianza y seguridad.

Si la respuesta al acelerar es insuficiente se ha de reducir de relación de caja de cambios para contar con la aceleración demandada. Con la incorporación de la sobrealimentación en el motor, en mayor medida mediante turbocompresor, se dispone de mejor respuesta al acelerar ya con las tecnologías que reducen el tiempo de respuesta de los primeros turbocompresores.

Con la sobrealimentación se utilizan desarrollos de transmisión más largos, menos RPM a más km/h, lo que implica que en muchas ocasiones de circulación en las que hayan bajado las RPM sea útil contar con más respuesta al acelerar sin tener que reducir de marcha. La respuesta al acelerador depende del par  motor, y este de la presión de sobrealimentación.

Al tener el motor turbocompresor, es posible en determinadas condiciones de circulación permitir más presión de sobrealimentación durante unos segundos, lo que reporta mejor respuesta al acelerar.

Al ser secuencias de sobrepresión de corta duración no se generan excesivos esfuerzos adicionales a los elementos afectados del motor. Esta sobrepresión temporizada se conoce como overboost, y se va a explicar a continuación.

Al final del artículo se indican enlaces a otros que contienen temas relacionados.

Motor sin sobrealimentación

Se representa en la imagen un automóvil con motor longitudinal delantero de cuatro cilindros en línea y propulsión (tracción trasera). Esta implantación se va a utilizar en las demás explicaciones. Se ve la admisión del motor, el aire pasa por el filtro, el colector y entra en los cilindros. En algún momento se mezcla el aire con el combustible, en el colector de admisión si es de inyección indirecta (gasolina) o dentro de los cilindros si la inyección es directa (gasolina y diésel).

Al ir acelerando el conductor va aumentando el llenado de los cilindros, de lo que depende el par motor. En la zona media de RPM es cuando se obtiene más llenado en un motor de coche medio de turismo, por los efectos de la resonancia (secuencias de vaivén de los gases en los colectores) con el acelerador pisado a fondo PF. La respuesta al acelerador es mejor cuando más cerca esté el motor de las RPM de par máximo. Si se circula a bajas RPM y se necesita más respuesta al acelerar se ha de reducir de marcha. Se ven en la imagen las curvas de par y potencia, con sus valores máximos respectivamente a medias y altas RPM.

Motor con turbocompresor y válvula de descarga cerrada

El turbocompresor TC genera aumento presión en el aire de admisión sobrellenando los cilindros. La energía para accionar el TC se obtiene de la que aportan los gases de escape y se coloca lo más próximo al motor.

El TC se compone de la turbina Tb movida por los gases de escape, que mediante un eje acciona el compresor Cp aspirando aire a través del filtro y enviándolo a presión al colector de admisión. Para reducir el calentamiento del aire por el aumento de presión, que reduce su densidad y en consecuencia el llenado, se intercala entre el compresor Cp y la admisión del motor el intercooler Ic que enfría el aire antes de entrar en los cilindros.

La velocidad de giro del TC es proporcional a la presión y sobrellenado que produce. A bajas RPM hay menos gases de escape y salen a menor velocidad por lo que el TC gira a bajas RPM, al acelerar se va incrementando el caudal y velocidad de los gases de escape haciendo que aumenten las RPM de giro del TC, generando las curvas de par y potencia que se ven en la imagen hasta casi medias RPM, comparadas con la del motor sin sobrealimentación que se ven de fondo. El motor está próximo a medias RPM, pero el acelerador no ha llegado a fondo todavía PF.

Hay una válvula de descarga que limita la máxima presión y RPM del turbocompresor, lo hace enviando parte de gases de escape hacia la salida sin pasar por la turbina Tb. En la imagen está cerrada y su funcionamiento es mecánico – neumático en función de la presión en el colector de admisión VDm.

Motor con turbocompresor  y válvula de descarga abierta

Al acelerar a fondo PF el TC gira más rápido, aumentando el caudal y presión del aire de admisión. Cuando la presión de sobrealimentación alcanza el valor del muelle de la válvula de descarga mecánica –neumática VDm, esta abre haciendo que parte de gases de escape puenteen la turbina Tb saliendo hacia la línea de escape, así se limita la presión de sobrealimentación.

Se representan las curvas de par y potencia y de fondo las correspondientes al motor sin TC. El par máximo está a medias RPM y la potencia a altas. Al tener más par la respuesta al acelerar es mejor que sin sobrealimentación, pero al ser más largos los desarrollos de transmisión los efectos de respuesta, siendo bastante efectivos, disminuyen algo.

A continuación una breve introducción para entender la función del overboost; la presión de sobrealimentación es proporcional al par motor y a la respuesta al acelerar.

Motor con turbocompresor y overboost

El objetivo del overboost, cuya traducción podría ser aumento adicional, es incrementar temporalmente la presión de sobrealimentación para disponer de más par motor (y potencia) y en consecuencia mejor respuesta al acelerar. Se representa en la imagen como actúa.

    • La válvula de descarga es electrónica VDe, y es controlada por un calculador CE que tiene información de la presión de sobrealimentación en el colector de admisión, posición del acelerador y RPM del motor.
    • Circulando en un determinado margen de RPM, si se acelera a fondo PF, el CE hace que la válvula de descarga electrónica VDe permita incrementar más o menos un 15% la presión de sobrealimentación y el par motor, mejorando la respuesta del motor.
    • Este efecto se mantiene mientras está el acelerador a fondo en el margen de RPM durante unos segundos, y se desconecta al superar este tiempo volviendo a la presión de sobrealimentación limitada por la VDe.
    • Se ve en las curvas de par y potencia el aumento de sus valores durante la actuación del overboost.
    • Si se suelta ligeramente el acelerador durante la intervención del overboost se desconecta al no estar el acelerador a fondo PF.

Hay diversas variaciones de aplicación del sistema overboost, se comentan dos a continuación.

    • Se puede mantener el control mecánico – neumático de la válvula de descarga incorporando una electroválvula que corta el paso del tubo de presión en el colector de admisión al actuar el overboost. Esta electroválvula está controlada por el calculador electrónico del motor (inyección, y encendido en motores de gasolina).
    • Limitar la actuación del overboost a determinadas relaciones de cambio para evitar sobrecargas mecánicas al motor.

Enlaces a artículos del blog relacionados y también a otros que aportan más informaciones

En la sección “Nuevas tecnologías”

    • “Turbocompresor de doble entrada y de geometría variable” (9.06.2018)

En la sección “Tecnologías limpias”

    • “Más relaciones de caja de cambios” (21.01.2013)
    • “Resonancia en los colectores” (25.09.2013)
    • “Tipos de desarrollo y relación de caja de cambios” (25.05.2016)
    • “Del diagrama de distribución a fase variable” (9.05.2018)

En esta sección de “Actualidad”

    • “Uso del automóvil con turbocompresor” (24.02.2014)
    • “Lo que importa es el par motor” (13.03.2014)
    • “Para subir cuestas, acelerar más o reducir de relación” (7.04.2013)
    • “El acelerador electrónico” (10.02.2016)
    • “Adelantamiento por par o RPM” (12.10.2016)
    • “Mínimo consumo y menos RPM utilizables” (20.06.2018)

 

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