La intención con este artículo es arrojar algo de luz sobre las teorías detrás de la turboalimentación del motor moderno, y las maravillosas ventajas que nos da en la velocidad y los problemas básicos de diseño del motor. Este post es también para tratar de dar a la gente una mejor comprensión de los sistemas de sobrealimentación y cómo trabajan para hacer de algo tan simple como un motor aún más simple (hablando en términos de afinación). Yo personalmente estoy cansado de ver a la gente bromeando sobre las diferencias entre los dos diseños básicos, y en vez de eso quisiera que todos noten las grandes similitudes entre ellos. Así que sin más demora… Empezaré con esta sencilla declaración:

“No tiene sentido construir un motor de aspiración natural si lo que buscas es una buena potencia”. Para entender por qué esto es tan obviamente cierto, necesitamos dividir el Concepto de un motor en sus partes más simples. Hay 4 partes principales de un motor concernientes al flujo de aire: -el sistema de inducción-la culata (s) -el sistema de escape-el árbol de levas.

Ahora si usted piensa en el motor en términos de flujo de aire y se olvida del combustible por un minuto, se convierte en un asunto muy simple realmente.

Lo que queremos hacer es mejorar el flujo de aire a través de la culata, desde el sistema de inducción hasta el sistema de escape y luego hacia el mundo de nuevo. Esto es mejor y más naturalmente logrado por la variación de la presión, porque como casi cualquier persona con una educación secundaria sabe, el aire fluye naturalmente de las áreas de la concentración más alta (presión) a la concentración más baja (presión).

Ahora vamos a suponer por un minuto que estamos hablando de un motor en o cerca del nivel del mar, así que podemos renunciar a la física exacta de las cosas y decir que tanto en la entrada del sistema de inducción y la salida del escape tenemos la misma presión (poco menos de 15psi presión absoluta). Por lo tanto, para que el aire fluya hacia este sistema, siempre debemos trabajar un equilibrio entre las tres secciones fundamentales del motor, que están expuestas entre sí sólo a través de la orquestación de las válvulas del árbol de levas. Así que olvídate de todo lo demás que sabes sobre los motores y empieza a pensar en lo que está bajo su manto de esta manera para el resto de este post.

Motores naturalmente aspirados

Estos deben funcionar dentro de una variación de presión máxima de 0psi (que es realmente difícil de crear sin pérdidas masivas de bombeo) y 14.7psi (presión atmosférica máxima @ nivel del mar). Para añadir al problema básico de cómo fluir aire dentro y fuera de este sistema, ambos extremos del sistema comienzan a la misma presión, lo que significa que el aire naturalmente no quiere entrar ni salir. Esto se puede denominar con precisión como un “dolor de cabeza”. Ahora los ingenieros y entusiastas por igual han estado fascinados con la idea de crear energía con esta configuración, pero estoy hablando específicamente de los motores sobrealimentados aquí, y como ya he dicho “No tiene sentido construir un motor de aspiración natural si lo que está buscando Es una buena salida de potencia”. Así que olvídese de cómo puede lograr esto a través del movimiento del pistón y sus efectos sobre las presiones del cilindro, y entienda que es mucho más fácil conseguir que un motor funcione si está sobrealimentado.

Motores de Inducción Forzada

Desde un punto de vista de diseño de motor puro, tiene mucho más sentido presurizar el sistema de admisión que ejecutar NA (aspiración natural). Cuando sólo el sistema de admisión está funcionando bajo presión muy por encima de la atmosférica, se hace perfectamente evidente que el aire va a querer fluir a través del motor exactamente como lo queremos, y tanto el momento de la leva y el dimensionamiento del escape se vuelve mucho menos importante para conseguir el Para que funcione correctamente (como lo fue antes en la configuración de NA).

El aire naturalmente querrá fluir a la cabeza del cilindro, y luego después de la corriente de energía muy fuerte (gracias a todo ese aire) naturalmente querrá fluir en el sistema de escape de presión inferior después. Todo en el motor funcionará por encima de la presión atmosférica y las diferencias de presión serán mayores en el sistema de inducción, por lo que todo el aire querrá salir tubo de escape trasero, rápida y eficientemente. Otra cosa debe decirse aquí: los turbos técnicamente son superalimentadores. Un sobrealimentador es CUALQUIER dispositivo que presurice la toma por encima de la presión atmosférica, y los turbos hacen esto exactamente igual que los sobrealimentadores. La única diferencia está en cómo un turbo consigue la energía necesaria para realizar su trabajo, y también que el turbo contribuye a sobrealimentar el sistema de escape (o más exactamente una porción de él, el colector de escape).

El caso para la superalimentación

Puesto que una manivela conducida s / c (s / c = superalimentador) es de lo que normalmente la gente está hablando cuando utilizan el término “superalimentador”, no diré más “manivela conducida” para hacer la distinción entre él y un turbo. Ahora el uso de un compresor tiene muchísimo sentido simplemente porque sólo tiene un efecto directo en la presurización del motor en el lado que queremos, el lado de inducción.

Puesto que las presiones siempre serán más altas aquí que en cualquier otra parte del sistema (excepto por supuesto durante la producción de corriente de energía del motor, pero eso siempre está sellado del resto del sistema para que podamos olvidarnos de esa complejidad), es muy fácil de hacer de esta una combinación muy poderosa. Los motores de NA (aspiración natural) usan a menudo grandes cantidades de solapamiento de la válvula para conseguir que el sistema entero funcione correctamente a un RPM más alto, que tiene desventajas obvias en que es posible que el sistema de admisión y los sistemas de escape interactúen de manera negativa (ya que operan a presiones similares).

A veces es tan fácil conseguir que el aire fluya hacia atrás a través del sistema, ya que es ir hacia delante en una configuración de NA, lo cual es una razón por la cual la elección del árbol de levas es tan importante para donde se produzca la mejor potencia de la banda RPM. Y aquí es donde está la belleza de la sobrealimentación; Ni las cantidades de superposición de válvulas ni los diseños perfectos del sistema de escape son completamente esenciales para mantener todo fluyendo en la dirección correcta. No importa cuánto tiempo el escape está expuesto al sistema de admisión a través de la superposición de la válvula, el aire NUNCA debe pasar hacia atrás a través del sistema a menos que el sobrealimentador deje de funcionar.

Lo malo de la superalimentación

Lo malo de la superalimentación es que parte de la energía que finalmente obtenemos de la combustión de la mezcla aire / combustible debe volver a alimentar el sobrealimentador. Así que aquí hemos diseñado todo este sistema que funciona tan bien, sin embargo, tenemos que potenciarlo con algo de nuestro esfuerzo. Esto no es algo bueno, pero de nuevo nada tan simple nunca va a venir de forma gratuita. ¿Funcionan los superalimentadores? Por supuesto que sí, por lo que muchos motores de carreras utilizan esa tecnología a menos que las reglas lo prohíban. El resultado neto es más potencia total del sistema, pero una parte de esta potencia debe ser socavada de nuestra producción para hacer que todo funcione.

El caso para el turboalimentador

Esta sección es fácil de escribir, porque es exactamente lo mismo que la parte del superalimentación. Tenemos todas las mismas ventajas, excepto por un beneficio importante. Ese beneficio es que la turboalimentación se escapa de lo que es un masivo desperdicio de energía, asi que ese maldito inconveniente de tener que alimentar el sistema con algo de nuestro duramente ganado esfuerzo ya no es necesario. De esta manera, un turbocompresor aborda el principal inconveniente de usar un superalimentador, pero como verá en un segundo el compresor aborda el principal inconveniente de la superalimentación.

Lo malo del turboalimentador

Esperemos que ahora entienda por qué es tan lógico renunciar a diseñar motores para el uso de NA y simplemente sobrealimentar al succionador en su lugar, al menos cuando estamos hablando de cómo crear más energía. Y si has entendido lo que he dicho, también entenderás los efectos negativos que los turbos tienen en nuestro pequeño mundo perfecto de variación de presión.

Un turbo es un pequeño diseño ingenioso que aprovecha la energía cinética desperdiciada que vaciamos a través del sistema de escape para forzar realmente más aire en el motor. Esto es bueno por las mismas razones que la sobrealimentación es buena, pero tiene un inconveniente importante: por supuesto aumenta la presión dentro de una porción del sistema de escape. Mientras que la turbocompresión de un motor aumenta la cantidad de aire que se puede fluir en ella, tiene un efecto negativo sobre la forma en que podemos fluir de nuevo hacia fuera. Esto debilita nuestra diferencia de presión positiva entre estos dos aspectos fundamentales del motor, y hace que tanto el diseño de la leva y el diseño del sistema de escape vuelva a ser extremadamente importante para hacer una buena potencia.

Esto ciertamente en mayor medida no es algo bueno, pero ¿puede un turbo superar este inconveniente con el otro bien inherente que posee? Ciertamente así parece, porque en la mayoría de las formas actuales de carreras donde las reglas no prohíben el uso de turbos o restricciones en su uso, el turbo reina con superioridad en términos de potencia del motor. Ahora, no publiqué esto para hacer una declaración sobre qué sistema funcionará mejor para su uso previsto, porque la respuesta es (como de costumbre) “depende”.

Lo siento, pero si hubo una respuesta tan clara, ¿de verdad crees que la gente seguiría debatiendo este tema? Hace mucho tiempo alguien habría probado que todos los demás estaban equivocados, y los turbos o los superalimentadores ya no existirían. Recuerde, estos sistemas fueron diseñados y en uso en la producción de vehículos mucho antes de que la mayoría de nosotros naciéramos, por lo que no es como si esto es un nuevo debate.

El propósito aquí es educar a la gente sobre exactamente por qué queremos superalimentar o turboalimentar un motor en el primer lugar. También quería que la gente viera, desde una perspectiva básica y teórica, cómo cada sistema es diferente en su función y sus pros y contras relativos. Esperemos que esta discusión de la teoría básica ayudó a algunos de ustedes a llegar a una mejor comprensión de los motores de FI (inducción forzada), y que mi omisión de cualquier ejemplo del mundo real en realidad hizo más fácil de entender.

Superalimentadores: Diseño de compresión y opciones

Ha habido varios diferentes diseños de superalimentadores usados en la historia automotriz, pero solo unos cuantos permanecen en uso común hoy. Esta discusión te explicará cómo funciona cada uno y te dará información básica sobre sus ventajas/desventajas de cada uno.

Compresores de raíz

Los primeros superalimentadores económicos utilizados en el mercado de accesorios automotrices fueron de este tipo, siendo los diseños de soplador GM X-71. Tanto los corredores como los ingenieros rápidamente se dieron cuenta del potencial de potencia del diseño, y poco a poco aprendieron a aprovechar al máximo el poder.

El superalimentador de tipo raíces es muy simple, básicamente es una rueda de paleta de tipos para el flujo de aire. Se considera un superalimentador de desplazamiento positivo, lo que significa que su funcionamiento garantiza una cierta cantidad de flujo de aire independientemente de RPM. Con respecto a eso, se parecen mucho a un motor (una bomba de aire grande en sí), con una eficacia volumétrica de trabajo medible. Dentro de la caja del ventilador hay dos rotores, cada uno con un mínimo de dos lóbulos por rotor.

Los diseños originales usaban lóbulos rectos que corrían a lo largo de cada rotor, con inducción de aire procedente de un todo en la parte superior de la unidad. También tenían tolerancias internas sueltas que perjudican el rendimiento y eficiencia, así como crear un exceso de calor por fricción. Algunos de estos diseños antiguos tenían una eficiencia térmica típica por debajo del 60% (llamada eficiencia adiabática, la capacidad de una bomba de aire para llegar tan cerca de lo ideal en términos de rendimiento de bombeo como sea posible), poniéndolos en la parte inferior de la escala en términos de eficiencia del superalimentador.

Los diseños más modernos agregaron primero un tercer lóbulo a cada rotor, luego los torcieron axialmente para una mayor eficiencia y menos ruido. También se han hecho avances en cómo el aire fluye a través de la carcasa, con diseños modernos tirando aire desde la parte trasera de la unidad y bombeándolo a través de salidas diseñadas cuidadosamente para un mayor rendimiento.

Las tolerancias internas también se han mejorado mucho, y una mejor lubricación / sellado de las unidades se ha convertido en un lugar común. Eaton Corp. ha casi perfeccionado el diseño originalmente ineficiente, hasta el punto de que su eficiencia térmica es la mejor en el negocio, y casi a la par con otros diseños. Las ventajas del uso del compresor de tipo raíz incluyen: el diseño de desplazamiento positivo hace que las demandas de flujo de aire del motor coincidan con un diseño de desplazamiento fácil-positivo que hace posible la producción de refuerzo a muy bajo régimen del motor RPM-operación sencilla que proporciona una inigualable fiabilidad a largo plazo -La integración de la derivación de las valvulas previene la mayoría del arrastre parasitario cuando no está impulsando-fácil instalación de un diseño de posventa a la mayoría de los motores -Los contras son pocos, pero notables… –la eficiencia termal de este diseño es intrínsecamente inferior a otros -grandes diseños del compresion crean lugar y conductos difíciles meter en bahías estrechas de motores -las partes internas pesadas significan altas pérdidas parasitarias al realizar un impulso -el gran tamaño y la dificultad de colocación pueden hacer que sea difícil agregar un interenfriador.

Compresores Lysholm

También llamados compresores de tornillo, estos ofrecen todas las ventajas de los sopladores tipo raíz y luego algunos. Los pros y los contras de este diseño son muy similares a los Compresores de Raíz, con una diferencia importante; Eficiencia. Típicamente estos compresores tienen una eficiencia adiabática máxima en o por encima de los diseños centrífugos.

Externamente estas lucen casi idénticas al diseño actual de Eaton, pero internamente tienen algunas diferencias. La principal diferencia entre las raíces y los compresores de lysholm es cómo los dos rotores interactúan en la carcasa del superalimentador; Siendo que los rotores de raíces realmente no lo hacen.

Los compresores de Lysholm tienen el familiar diseño de dos rotores, lóbulos torcidos, pero cada uno suele tener 4 lóbulos en lugar de 2 o 3, y los lóbulos de cada rotor tienen su propia forma específica. Un rotor tendrá lóbulos finos del estilo de la lámina con una cresta gorda en tapa, mientras que el otro tendrá lóbulos en forma de lágrima gordos con un borde afilado. Cuando los dos rotores giran, los lóbulos se enclavijan para formar secciones casi herméticas dentro de la carcasa del superalimentador.

Esta acción de enclavamiento y sellado es donde el diseño obtiene sus ventajas sobre los sopladores de raíces, siendo la mejor eficiencia térmica y el rendimiento de mejora de la presión de la presión mucho mejor. Los diseños de raíces no sellan internamente muy bien entre los lóbulos de cada rotor, y son propensos a salirse del sistema mientras operan. Esto se debe en parte a que tienen rendimientos térmicos inherentemente más bajos que otros diseños, y enteramente porque no funcionan muy bien en altas situaciones de refuerzo.

En pocas palabras, cuanto mayor sea la diferencia de presión entre un lado del superalimentador y el otro, más fugas de aire se produce. Esto aumenta la turbulencia del aire, disminuye el potencial de flujo y limita la eficiencia de una sola vez. Los compresores de Lysholm combaten esto a través del diseño básico del rotor, y han demostrado que funcionan muy bien.

Compresores centrífugos

Éste es, por lejos, el diseño más común de compresor en uso hoy, debido a su eficacia excelente y tamaño pequeño. Los turbocompresores están donde normalmente se utiliza este diseño, sin embargo las empresas como Vortech, Paxton, Powerdyne y otros tienen muy buenos diseños de manivelas disponibles.

Estos compresores funcionan con una rueda de furgoneta (que se parece mucho a un ventilador aplanado) que gira dentro de una carcasa especialmente diseñada. A alta RPM, esta rueda envía aire hacia fuera desde la entrada central, donde es capturado por el desplazamiento de la carcasa del compresor (la cosa que parece concha de caracol) y dirigido a la salida en el extremo grande de la voluta. Este movimiento inicial hacia afuera del aire de admisión es lo que hace que el diseño funcione, ya que en esencia es sólo una centrífuga de aire grande dependiendo de la alta velocidad del aire y RPM para trabajar. Básicamente, como el aire se ralentiza en el desplazamiento y más allá, que aumenta la presión y la temperatura, creando así nuestra compresión. Una cosa a tener en cuenta es que este no es un diseño de compresor de desplazamiento positivo.

No tiene una cantidad de flujo de aire fiable basada en cualquier RPM, porque su mero diseño sólo fluye el aire eficientemente a altas RPM. Los compresores centrífugos accionados por manivela generalmente operan alrededor de 60.000 RPM como máximo, mientras que los compresores de turbocompresor pueden exceder los 120.000 RPM. Por lo tanto, aunque estos compresores son muy eficientes a altas RPM, son en gran medida ineficaces en la creación de impulso significativo a RPM más bajos.

Este concepto se llama límite de sobretensión, y mide la tasa de flujo de aire del compresor en un camino presurizado frente a su RPM. Si alguna vez has visto un mapa de compresores para un turbocompresor, esa línea superior que se extiende a través del área de eficiencia del turbo es este concepto en acción. Es en ese punto en el flujo de aire frente a la escala de presión donde el compresor ya no puede fluir aire en el sistema. Las ventajas de usar un compresor centrífugo incluyen: niveles de eficiencia adiabática muy altos sobre grandes caudales, bajos niveles de resistencia parasitaria frente al aumento producido, muchos tamaños diferentes disponibles para adaptarse exactamente a las necesidades de flujo de aire del motor, peso ligero y diseño pequeño del accesorio hace que el enfriamiento intermedio sea muy fácil de agregar.

Los inconvenientes de usar un compresor centrífugo incluyen: RPM de compresor alto significa menor confiabilidad a largo plazo, RPM de compresor alto significa que las tolerancias internas deben ser muy exigentes, incapacidad para ser conducidas a altas RPM durante el funcionamiento a baja velocidad del motor (aunque hay maneras alrededor de esto), ninguna manera simple de controlar niveles del alza en los diseños accionados por la manivela, limitando las RPM del compresor contra las opciones del RPM del motor (así comprometiendo la respuesta del impulso).