6 tipos diferentes de turbocompresores (y cómo funcionan)

Los turbocompresores, como los supercargadores, funcionan para aumentar la potencia de salida del motor de combustión interna forzando un mayor flujo de aire al motor.

Pero, ¿qué es un turbocompresor? ¿Cuándo se inventó el turbocompresor? ¿Cuántos tipos de turbocompresores existen? Respondamos estas preguntas y más…

Relacionado: 4 tipos de supercargadores

¿Qué es un turbocompresor?

Los turbocompresores no son impulsados ​​por sistemas de transmisión mecánica como el sobrealimentador, sino por el flujo de escape del motor.

Ver también: Turbocompresor vs Supercargador (¿Cuál es la diferencia?)

Un turbocompresor consta de una turbina en un eje conectado directamente a un impulsor centrífugo. El gas de escape canalizado a la entrada de la turbina hace que gire e impulse el impulsor centrífugo. Este impulsor tiene una función similar a los utilizados en los sobrealimentadores centrífugos.

Cuando se demanda potencia del motor, la velocidad del motor aumenta y el mayor flujo de gases de escape acelera la turbina aumentando la velocidad del impulsor. Esto proporciona un mayor flujo de aire al motor, lo que le permite producir más potencia.

Mientras que un sobrealimentador típico siempre funciona a una velocidad directamente relacionada con las RPM del motor (revoluciones por minuto), el turbocargador tiende a funcionar a una velocidad relacionada con la potencia del motor que exige el pie derecho del conductor.

Más potencia deseada = más flujo de escape al turbo = mayor velocidad del impulsor = más potencia del motor.

Cuando su automóvil se mueve en terreno nivelado a una velocidad constante, se requiere poco impulso. El turbocompresor se volverá relativamente pasivo, como holgazaneando, consumiendo muy poca energía. Esto mejora la economía de combustible.

Pero cuando necesitas potencia, se enciende abundantemente para acelerar en una rampa de autopista, por ejemplo. En un viaje por autopista con velocidades de crucero relativamente constantes, su automóvil funcionará de manera más económica en comparación con un automóvil con un sobrealimentador convencional.

Breve historia de la turboalimentación

Al igual que el desarrollo del sobrealimentador, el turbocompresor cobró vida casi en paralelo con el desarrollo del motor del automóvil.

Rudolf Diesel, desarrollador del motor diesel, y Gottlieb Daimler participaron activamente en los primeros esfuerzos de turboalimentación a fines del siglo XIX. Pero fue el ingeniero suizo Alfred Buchi quien, en 1905, obtuvo la primera patente de turbocompresor.

Sus esfuerzos dieron como resultado el primer motor diesel turboalimentado exitoso en 1915. Pero no fue hasta la década de 1950 que los turbocompresores se pusieron en uso en grandes cantidades para camiones comerciales diesel y vehículos todoterreno.

El ingeniero de General Electric, Sanford Moss, realizó pruebas de motores en la cima de Pikes Peak para demostrar los beneficios de la turboalimentación para motores de aviones de gran altitud. Bajo su dirección, el primer avión turboalimentado, un biplano LaPere, se probó en 1920 y finalmente superó una altitud de 40 000 pies.

Los aviones militares notables de la Segunda Guerra Mundial utilizaron turbocompresores para permitir vuelos a altitudes excepcionalmente altas. Los B-17, B-29 y P-38, por ejemplo, fueron turboalimentados y acumularon cientos de misiones para las fuerzas aliadas. El bombardero B-36 posterior a la Segunda Guerra Mundial también tenía motores alternativos turboalimentados, seis de ellos.

A mediados de los años 60, los turbocompresores aparecieron por un corto tiempo en el Chevrolet Corvair y el Oldsmobile Jetfire. Pero estas aplicaciones no tuvieron un gran éxito.

En la década de 1970, la turboalimentación surgió en varios autos de carrera de Fórmula 1, y BMW presentó un automóvil de calle turboalimentado, el 1974 2002 Turbo. Otros constructores europeos experimentaron con turbocompresores durante esa época, en particular Porsche y Saab.

El problema llamado Turbo Lag

vacilación de aceleración

Una falla principal de los turbocompresores es lo que se conoce como turbo lag. Esto es causado por la inercia de las piezas giratorias del turbocargador.

Durante cualquier situación en la que se requiera potencia, esta inercia resistirá la aceleración de la turbina y el impulsor, lo que provocará un retraso en el aumento de potencia deseado del motor.

Este comportamiento es molesto e indeseable, especialmente en situaciones de emergencia cuando se exige una aceleración rápida. Por esta única razón, muchos compradores de automóviles tenderán a evitar comprar un automóvil con turbocompresor.

Aplicando ingeniería cuidadosa, los problemas de retraso del turbo se han minimizado significativamente con varios motores turbo individuales. El motor de 2.5L en los autos turbo construidos por Mazda, por ejemplo, presenta un turbo montado cerca (inmediatamente adyacente a los puertos de escape) con una función de entrada de escape de área variable.

Mediante el uso de puertos pequeños para el flujo de escape a bajas velocidades del motor, la velocidad del flujo aumenta considerablemente, lo que permite velocidades de turbina más altas y un mayor impulso a bajas RPM del motor. A medida que aumenta la velocidad del motor, los puertos restringidos se abren para permitir el flujo completo de escape a la turbina. Esta función ofrece una excelente respuesta del turbo a bajas velocidades, lo que minimiza el retraso del turbo.

6 tipos de turbocompresores

#1 – Turbo simple

turbocompresor simple

El diseño de un solo turbo se discutió anteriormente. No es necesario repetir esta discusión, excepto para señalar que entre los diferentes tipos, este diseño es el más rentable y su tamaño hace que sea más fácil de configurar en el espacio limitado debajo del capó de la mayoría de los automóviles.

Muchos autos turboalimentados hoy en día usan un solo turbo. Y hemos visto cómo un fabricante atacó y resolvió el problema del retraso. Los autos turbo individuales están disponibles en Mazda, Toyota, BMW, Volkswagen, entre otros.

#2 – Doble Turbo

turbocompresor
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