6 Tipos Diferentes de Turbocompresores y las Ventajas de Cada Configuración

¿Cuál es la diferencia entre los turbocompresores simples, dobles, de doble entrada, de geometría variable o incluso eléctricos? ¿Cuáles son las ventajas de cada configuración?

El mundo de la sobrealimentación tiene tanta variedad como las configuraciones de motores. Echemos un vistazo a los diferentes estilos:

Turbocompresores eléctricosTurbo simple

Los turbocompresores simples por sí solos tienen una variabilidad ilimitada. Diferenciar el tamaño de la rueda del compresor y la turbina conducirá a características de par completamente diferentes. Los turbos grandes aportarán una alta potencia en la parte superior, pero los turbos más pequeños proporcionarán un mejor empuje en la parte inferior, ya que giran más rápido. También hay turbos simples con cojinetes de bolas y cojinetes de diario. Los cojinetes de bolas proporcionan menos fricción para que el compresor y la turbina giren, por lo que son más rápidos de girar (aunque añaden coste).

• Ventajas:

• Forma rentable de aumentar la potencia y la eficiencia de un motor.

• Simple, generalmente la más fácil de las opciones de turbocompresión para instalar.

• Permite utilizar motores más pequeños para producir la misma potencia que los motores de aspiración natural más grandes, lo que a menudo puede reducir el peso.

• Coste y complejidad, ya que ahora debe tener en cuenta el motor eléctrico y asegurarse de que se mantenga fresco para evitar problemas de fiabilidad. Eso también se aplica a los controladores añadidos.

• Los turbos simples tienden a tener un rango de RPM efectivo bastante estrecho. Esto convierte el dimensionamiento en un problema, ya que tendrá que elegir entre un buen par motor en la parte inferior o una mejor potencia en la parte superior.

• La respuesta del turbo puede no ser tan rápida como en otras configuraciones de turbo.

2. Turbo doble

Al igual que los turbocompresores simples, hay muchas opciones al usar dos turbocompresores. Podría tener un solo turbocompresor para cada bancada de cilindros (V6, V8, etc.). Alternativamente, se podría usar un solo turbocompresor para bajas RPM y derivar a un turbocompresor más grande para altas RPM (I4, I6, etc.). Incluso podría tener dos turbos de tamaño similar donde uno se usa a bajas RPM y ambos se usan a RPM más altas. En el BMW X5 M y X6 M, se utilizan turbos de doble entrada, uno a cada lado del V8.

• Ventajas:

• Para los turbos dobles paralelos en motores en forma de 'V', los beneficios (y los inconvenientes) son muy similares a las configuraciones de turbo simple.
• Para los turbos secuenciales o el uso de un turbo a bajas RPM y ambos a altas RPM, esto permite una curva de par mucho más amplia y plana. Mejor par motor en la parte inferior, pero la potencia no disminuirá a altas RPM como con un turbo simple pequeño.

• Desventajas:

• Coste y complejidad, ya que casi duplica los componentes del turbo.
• Hay formas más ligeras y eficientes de lograr resultados similares (como se explica a continuación).

3. Turbo de doble entrada

Los turbocompresores de doble entrada son mejores en casi todos los sentidos que los turbos de entrada simple. Al usar dos entradas, los impulsos de escape se dividen. Por ejemplo, en los motores de cuatro cilindros (orden de encendido 1-3-4-2), los cilindros 1 y 4 podrían alimentar una entrada del turbo, mientras que los cilindros 2 y 3 alimentan una entrada separada. ¿Por qué es esto beneficioso? Digamos que el cilindro 1 está terminando su carrera de potencia cuando el pistón se acerca al punto muerto inferior, y la válvula de escape comienza a abrirse. Mientras esto sucede, el cilindro 2 está terminando la carrera de escape, cerrando la válvula de escape y abriendo la válvula de admisión, pero hay algo de superposición. En un colector de turbo de entrada simple tradicional, la presión de escape del cilindro 1 interferirá con el cilindro 2 que aspira aire fresco, ya que ambas válvulas de escape están temporalmente abiertas, lo que reduce la cantidad de presión que llega al turbo e interfiere con la cantidad de aire que el cilindro 2 aspira. Al dividir las entradas, este problema se elimina.

• Al conectar directamente un motor eléctrico a la rueda del compresor, el retraso del turbo y los gases de escape insuficientes se pueden eliminar virtualmente haciendo girar el compresor con energía eléctrica cuando sea necesario.

• Se envía más energía a la turbina de escape, lo que significa más potencia.
• Es posible un rango de RPM más amplio de sobrealimentación efectiva basado en los diferentes diseños de entrada.
• Es posible una mayor superposición de válvulas sin obstaculizar la limpieza del escape, lo que significa más flexibilidad de ajuste.

• Coste y complejidad en comparación con el uso de un turbo simple o de doble entrada tradicional.

• Requiere una disposición específica del motor y un diseño de escape (por ejemplo: I4 y V8 donde se pueden alimentar 2 cilindros a cada entrada del turbo, a intervalos regulares).
• Coste y complejidad en comparación con los turbos simples tradicionales.

Turbocompresores eléctricosTurbocompresor de geometría variable (VGT)

Quizás una de las formas más excepcionales de turbocompresión, los VGT están limitados en producción (aunque son bastante comunes en los motores diésel) como resultado de los requisitos de coste y materiales exóticos. Las paletas internas dentro del turbocompresor alteran la relación área-radio (A/R) para que coincida con las RPM. A bajas RPM, se utiliza una baja relación A/R para aumentar la velocidad de los gases de escape y acelerar rápidamente el turbocompresor. A medida que aumentan las revoluciones, la relación A/R aumenta para permitir un mayor flujo de aire. El resultado es un bajo retraso del turbo, un bajo umbral de sobrealimentación y una banda de par amplia y suave.

• Ventajas:

• Curva de par amplia y plana. Turbocompresión efectiva en un rango de RPM muy amplio.
• Requiere solo un solo turbo, lo que simplifica una configuración de turbo secuencial en algo más compacto.

• Desventajas:
• Típicamente solo se usa en aplicaciones diésel donde los gases de escape son más bajos, por lo que las paletas no se dañarán por el calor.
• Para aplicaciones de gasolina, el coste generalmente los mantiene fuera, ya que se deben utilizar metales exóticos para mantener la fiabilidad. La tecnología se ha utilizado en el Porsche 997, aunque existen muy pocos motores de gasolina VGT como resultado del coste asociado.

Turbocompresores eléctricosTurbocompresor de doble entrada variable

¿Podría ser esta la solución que hemos estado esperando? Mientras asistía al SEMA 2015, me detuve en el stand de BorgWarner para investigar lo último en turbocompresión, entre los conceptos se encuentra el turbo de doble entrada variable como se describe en el vídeo anterior.

• Ventajas:

• Significativamente más barato (en teoría) que los VGT, lo que lo convierte en un caso aceptable para la turbocompresión de gasolina.
• Permite una curva de par amplia y plana.
• Más robusto en diseño en comparación con un VGT, dependiendo de la selección de materiales.
   
• Desventajas:Coste y complejidad en comparación con el uso de un turbo simple o de doble entrada tradicional.
• La tecnología se ha probado antes (por ejemplo: válvula de respuesta rápida) pero no parece afianzarse en el mundo de la producción. Probablemente existan desafíos adicionales con la tecnología.
• 1.

Turbocompresores eléctricosLa tecnología de turbocompresor totalmente eléctrico patentada de Aeristech es una nueva tecnología que ayudará a los fabricantes de vehículos a cumplir con la estricta legislación futura sobre emisiones al tiempo que proporciona una excelente respuesta en todo el rango de funcionamiento del motor, incluso a bajas RPM del motor y velocidad del vehículo. FETT es la solución definitiva para la reducción extrema del tamaño del motor y la mejora de la eficiencia del motor mediante el uso de un turbocompresor de una sola etapa.

Incorporar un potente motor eléctrico a la mezcla elimina casi todos los inconvenientes de un turbocompresor. ¿Retraso del turbo? Desaparecido. ¿No hay suficientes gases de escape? No hay problema. ¿El turbo no puede producir par motor en la parte inferior? ¡Ahora puede! Quizás la siguiente fase de la turbocompresión moderna, sin duda existen inconvenientes del camino eléctrico también.

Ventajas:

• Al conectar directamente un motor eléctrico a la rueda del compresor, el retraso del turbo y los gases de escape insuficientes se pueden eliminar virtualmente haciendo girar el compresor con energía eléctrica cuando sea necesario.

• Al conectar un motor eléctrico a la turbina de escape, se puede recuperar la energía desperdiciada (como se hace en la Fórmula 1).
• Un rango de RPM efectivo muy amplio con un par motor uniforme en todo momento.
• Desventajas:
   

• Coste y complejidad, ya que ahora debe tener en cuenta el motor eléctrico y asegurarse de que se mantenga fresco para evitar problemas de fiabilidad. Eso también se aplica a los controladores añadidos.

• El embalaje y el peso se convierten en un problema, especialmente con la adición de una batería a bordo, que será necesaria para suministrar suficiente energía al turbo cuando sea necesario.
• Los VGT o las entradas dobles pueden ofrecer beneficios muy similares (aunque no al mismo nivel) por un coste significativamente menor.