1. SUMARIO
■ Turbocompresores
■ Compresores
volumétricos
■ Sistemas biturbo
■ Mantenimiento del turbo
Sistemas de
sobrealimentación99
unidad
OBJETIVOS
·· Conocer el concepto de la sobrealimentación.
·· Conocer los diferentes tipos de sobrealimentación.
·· Conocer en profundidad los turbocompresores de geometría
fija y variable.
·· Aprender la gestión electrónica de algunos sistemas
sobrealimentados.
·· Identificar sobre vehículos los componentes de la
sobrealimentación.
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2. 440099Unidad 9 - Sistemas de sobrealimentación
Comienzos del turbo
La sobrealimentación de motores es
muy antigua; existen patentes que son
anteriores al siglo XX. El ingeniero
suizo A. Büchi en 1905 patentó la pri-
mera idea similar a lo que es un turbo-
compresor y que completó en 1910 con
un sistema idéntico a los que ahora se
están utilizando.
Principales fabricantes de turbos
Hay dos fabricantes principales a la ho-
ra de construir máquinas para sobreali-
mentar motores compresores:
– Garret.
– Kkk.
También están IHI, MHI (Mitsubishi)
y Holset.
A B
1 2
3
1
2
9.1. Turbocompresor y compresor volumétrico.
1 >> Introducción
La aparición de la sobrealimentación dentro del motor ha conseguido man-
tener la potencia en condiciones adversas en donde la presión es más baja y
la cantidad de mezcla que se introduce al motor es menor, como puede ocu-
rrir en trayectos de montaña a gran altitud o zonas de altas temperaturas.
LLaa ssoobbrreeaalliimmeennttaacciióónn ccoonnssiigguuee aauummeennttaarr eell ppaarr mmoottoorr yy llaa ppootteenn--
cciiaa ddeell vveehhííccuulloo ssiinn vvaarriiaarr llaa cciilliinnddrraaddaa nnii eell rrééggiimmeenn ddeell mmoottoorr,, eellee--
vvaannddoo eell vvaalloorr ddee llaa pprreessiióónn mmeeddiiaa eeffeeccttiivvaa ddeell cciilliinnddrroo ddeell mmoottoorr..
Así pues, solo se conseguirá aumentar el par y la potencia colocando en el
interior del cilindro un volumen de aire (motores diésel) o de mezcla (aire
y gasolina para los motores de gasolina) mayor que el que entra en una as-
piración normal o natural (motores atmosféricos).
Un motor sobrealimentado puede conseguir hasta uunn 4400%% mmááss ddee ppootteenn--
cciiaa que un motor de iguales características no sobrealimentado. Este au-
mento de potencia se debe tener en cuenta a la hora de fabricar los moto-
res con el objetivo de evitar sobrecalentamientos del motor o presiones y
temperaturas excesivas de encendido en la cámara de combustión provo-
cados por la alta capacidad de entrega de aire y presión. De todas formas,
se emplean dispositivos que limitan la velocidad máxima o rendimiento
de potencia para evitar perjudicar al motor.
Para realizar la sobrealimentación se necesita una máquina capaz de to-
mar el aire a la presión atmosférica y comprimirlo para conseguir una so-
brepresión. Este trabajo se encomienda a los ccoommpprreessoorreess..
Los compresores se pueden clasificar de la siguiente forma:
– TTuurrbbooccoommpprreessoorreess.. Son de tipo centrífugo. Se suelen denominar como
turbo y son accionados por los gases de escape (figura 9.1.A).
– CCoommpprreessoorreess vvoolluummééttrriiccooss.. Son accionados de forma mecánica por el ci-
güeñal del motor por medio de correas o engranajes (figura 9.1.B).
– CCoommpprreexx.. Son accionados de la misma forma que los compresores volumé-
tricos. También llamados ccoommpprreessoorreess ddee oonnddaass aa pprreessiióónn ya que la ener-
gía necesaria para la sobrealimentación es transmitida por contacto direc-
to entre los gases de escape y los de admisión mediante ondas de presión.
2 3Aire Engrase1 Gases de escape
A B
Práctica 15
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3. 441100
9.2. Situación del turbocompresor en
el motor.
1
4
3
2
9.4. Estructura del turbocompresor.
Colector de escape
Válvula
reguladora de
presión
de sobrecarga
Turbina Eje turbocompresor
Rueda compresora
Refrigerador de aire
Filtro de aire
Colector de admisión
By-pass
9.3. Funcionamiento básico del turbocompresor.
2 >> El turbocompresor
EEll ttuurrbbooccoommpprreessoorr eess uunnaa bboommbbaa ddee aaiirree ddiisseeññaaddaa ppaarraa ooppeerraarr ccoonn llaa
eenneerrggííaa qquuee nnoorrmmaallmmeennttee ssee ppiieerrddee eenn llooss ggaasseess ddee eessccaappee ddeell mmoottoorr..
Estos gases impulsan la rueda de ttuurrbbiinnaa (lado escape) que va acoplada a
la rueda de ccoommpprreessoorr (lado admisión). Cuando giran, aportan un gran vo-
lumen de aire a presión, aumentando la presión en las cámaras de com-
bustión del motor (figura 9.3).
El turbocompresor es el más utilizado porque no consume potencia del
motor y puede girar a más de 100 000 rpm. Se pueden clasificar en :
– Turbocompresores de geometría fija.
– Turbocompresores de geometría variable.
2.1 > Turbocompresor de geometría fija
El conjunto turbocompresor está formado principalmente por una ttuurrbbii--
nnaa ((22)) y un ccoommpprreessoorr ((11)) (figura 9.4) que se encuentran introducidos en
sus respectivas carcasas de forma opuesta y unidas ambas por un eejjee ccoo--
mmúúnn ((33)).. Tanto la turbina como el compresor contienen áállaabbeess para conse-
guir aumentar la presión de alimentación. En una parte anexa al turbo
también se encuentra la vváállvvuullaa ddee ddeessccaarrggaa ((44)) wwaasstteeggaattee,, que se encarga
de limitar la presión de sobrealimentación del turbo desviando una canti-
dad de gases de escape directamente al escape sin pasar por la turbina.
La carcasa de la turbina tiene forma de caracol para aumentar la velocidad
de los gases haciéndolos incidir con mayor fuerza sobre sus álabes.
La carcasa del compresor tiene el mismo aspecto que la turbina, pero sus con-
diciones de utilización son menos extremas en cuanto a temperaturas, pero
son iguales en cuanto a la presión que se produce en ellas.
Wastegate: literalmente significa puer-
ta de paso.
Vocabulario
Bombas de engrase
en motores con turbo
Las bombas de aceite de los motores
sobrealimentados están sobredimensio-
nadas al tener la misión adicional de lu-
bricar el turbo.
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4. 441111Unidad 9 - Sistemas de sobrealimentación
En la parte central se ubica el eje que une la turbina y el compresor. Este
eje está sometido a altas solicitaciones mecánicas debido al giro y, ade-
más, debe soportar elevadísimas temperaturas (en torno a 900 oC).
El eje se apoya en el turbocompresor por medio de cojinetes o roda-
mientos (turbos muy pesados) en sus extremos y está en contacto con el
circuito de engrase (figura 9.5) para conseguir un perfecto movimiento
del eje y una refrigeración debido a las altas temperaturas. La falta de
una lubricación correcta puede provocar la destrucción del turbo en
cuestión de minutos. De forma resumida se puede decir que al aceite
que pasa por el turbo se le asignan dos principales tareas:
– Establecer una pantalla de estanqueidad entre los gases de escape, el
aire introducido y las partes internas del turbocompresor.
– Transportar una parte muy elevada del calor cedido por los gases de
escape a la turbina. Rebaja en unos 200 oC las partes del turbo que es-
tán en contacto con el aceite.
Para garantizar siempre la lubricación de los cojinetes, el motor no de-
be pararse inmediatamente después de haber efectuado recorridos a al-
ta velocidad, recomendándose mantener el motor en ralentí durante un
breve espacio de tiempo. Por otra parte, si las paradas son repetitivas
con el motor en caliente se ocasionarán erosiones y desprendimientos
de incrustaciones de las paredes del cuerpo central.
Sistema de regulación de la presión del turbo
La regulación de la presión de sobrealimentación permite suministrar al mo-
tor una presión límite variable de sobrealimentación, la cual está acorde con
las condiciones de trabajo, tanto de solicitud de carga como a las climatoló-
gicas, temperatura del aire y presión atmosférica. Para ello, el turbocompre-
sor dispone de una vváállvvuullaa mmeeccáánniiccaa wwaasstteeggaattee (figura 9.6) encargada de re-
gular la presión de soplado del mismo.
Esta válvula está situada en derivación (by-pass) con el conducto de escape
(figura 9.7). Está constituida por una cápsula sometida a la presión de so-
brealimentación, una membrana y una cámara de presión con un muelle
tarado. El accionamiento de esta válvula puede ser de tipo neumático o
eléctrico.
– RReegguullaacciióónn ddee llaa pprreessiióónn ppoorr aacccciioonnaammiieennttoo nneeuu--
mmááttiiccoo.. Durante el funcionamiento del motor en
ralentí o carga parcial la velocidad de los gases de
escape es moderada creando una presión de sobre-
alimentación en el tubo (1) que es incapaz de abrir
la válvula (4) (figura 9.8).
Cuando el motor gira a plena carga (elevadas revolu-
ciones) la presión en el colector de admisión supera
unos valores preestablecidos. Esta presión de soplado
se transmite del colector de admisión a la válvula was-
tegate a través del tubo de conexión, que hace despla-
zar la membrana (2) y esta, a su vez, comprime el mue-
lle (3) de la válvula (4) desplazándola de su asiento.
Cerrada Abierta
1
1
6
5
4
3
2
Gases de escape Gases de escape
9.8. Posiciones de la válvula wastegate en función de la presión de
sobrealimentación.
Válvula
wastegate
9.7. Regulación de la presión de sobre-
alimentación de forma neumática.
9.6. Válvula wastegate sobre el tur-
bocompresor.
9.5. Circuito de engrase del turbo-
compresor.
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5. 441122
En esta situación parte de los gases de escape dejan de fluir por la tur-
bina del turbocompresor, reduciéndose el efecto del compresor y dismi-
nuyendo la presión de alimentación en el lado de admisión.
– RReegguullaacciióónn ddee llaa pprreessiióónn ppoorr aacccciioonnaammiieennttoo eellééccttrriiccoo.. La única dife-
rencia con el sistema neumático es que se ha instalado una eelleeccttrroovvááll--
vvuullaa ddee rreegguullaacciióónn (figura 9.9) intercalada en el tubo de unión entre
el colector y la válvula mecánica. Esta electroválvula para limitación
de la presión de sobrealimentación es excitada por la unidad de con-
trol del motor y la señal que reciba va a variar en función de las seña-
les que llegan a la unidad de control, como las revoluciones del mo-
tor, temperatura del aire aspirado, presión en el colector de admisión,
posición del pedal del acelerador y transmisor altimétrico.
Está compuesta (figura 9.10) por un bobinado eléctrico (3) que controla
la posición de un inducido constituido por un émbolo (2) que, al despla-
zarse, puede cerrar el paso permanente que se establece entre A (colec-
tor de admisión) y B (conducto hacia la wastegate). Según el valor de la
corriente recibida en el bobinado, el émbolo pasa a cerrar el conducto
A y a establecer el paso directo entre C (presión atmosférica) y B.
La presión de control con que se acciona la válvula wastegate viene de-
terminada por la proporción de periodo de la señal. De esta forma se
gestiona la cantidad de caudal de gases de escape que pasa a accionar la
turbina del turbocompresor. La pprreessiióónn ddee ccoonnttrrooll se obtiene por medio
de la combinación de la presión atmosférica y la presión de sobreali-
mentación.
Cuando el motor ggiirraa aa bbaajjaass yy mmeeddiiaass rreevvoolluucciioonneess (figura 9.11), la elec-
troválvula de control deja pasar la presión de sobrealimentación que
hay en el colector de admisión (conducto después del compresor) direc-
tamente hacia la válvula wastegate, cuya membrana es empujada para
provocar la apertura de la válvula, pero esto no se producirá mientras
que no se supere una presión de soplado suficiente para vencer la fuer-
za de tarado del muelle de la válvula.
Si las revoluciones aumentan demasiado, la fuerza
de soplado abrirá la válvula y disminuirá el paso de
gases de escape por la turbina, es decir, se disminui-
rá la sobrealimentación.
También puede ocurrir que la unidad de control con-
sidere que la presión en el colector puede sobrepasar
ciertos límites de funcionamiento (circulación en al-
titud, elevada temperatura ambiente o aceleraciones
fuertes) sin que esto sea un riesgo para el motor. Para
ello actuará sobre la electroválvula y comunicará el
conducto de presión atmosférica situado antes del
compresor (colector de admisión) con el de la válvu-
la wastegate, manteniéndose esta cerrada por no
vencerse la presión del muelle, y provocando un au-
mento de la sobrealimentación al entrar en contacto
todos los gases con la turbina.
Presión del turbo
Presión atmosférica
A
B
1
4
5
3
C
2
9.9. Electroválvula de limitación de
la presión de sobrealimentación.
9.10. Esquema interno de una elec-
troválvula de control de presión.
Válvula reguladora
de presión de sobrealimentación
Gases de escape
Presión atmosférica
Presión de sobrealimentación
Presión de control
Electroválvula
para limitación
de la presión
de sobrealimentación
Intercooler
9.11. Regulación de la presión de control.
4
5
Muelle
Válvula
1
2
3
Conector
Émbolo
Bobina
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6. 441133Unidad 9 - Sistemas de sobrealimentación
Temperaturas de un turbo
Las diferencias de temperaturas que se alcanzan a un lado y otro del tur-
bo son muy notables (figura 9.12). En la turbina se pueden alcanzar tem-
peraturas de 800 a 1 000 oC, mientras que en el compresor como máximo
se alcanzan unos 80 oC. Esto hace que el eje común al que se unen tanto la
turbina como el compresor esté sometido a temperaturas muy diferentes
en sus extremos, lo cual dificulta el diseño y sobre todo la elección de ma-
teriales para su construcción.
El turbo se refrigera principalmente por el aceite de engrase, y además por
el aire de entrada del colector de admisión que recoge parte del calor que
contiene el rodete compresor. Hay que destacar que esto último no es na-
da beneficioso para el motor, ya que el aire caliente hace dilatar el aire de
admisión y descender su densidad, con lo que el rendimiento volumétrico
del motor se ve seriamente perjudicado.
Intercambiador de calor o intercooler
Es un sistema compuesto por un intercambiador de calor en el que se in-
troduce el aire calentado que sale del rodete compresor para enfriarlo an-
tes de introducirlo en los cilindros del motor. El aire que incide sobre este
intercambiador o radiador proviene del exterior durante la marcha del ve-
hículo y consigue rebajar la temperatura del aire que pasa por el interior
del intercooler unos 40 oC (el aire de admisión en motores turboalimenta-
dos puede alcanzar hasta 100 oC).
Por tanto, se trata de un iinntteerrccaammbbiiaaddoorr ddee ccaalloorr aaiirree//aaiirree. Con él se con-
sigue aumentar la potencia y el par del motor debido al aumento de la ma-
sa de aire que entra en el cilindro como consecuencia de la subida de den-
sidad del aire cuando este enfría. Otros efectos positivos resultantes de la
utilización del intercooler son la disminución del consumo y de las emi-
siones contaminantes.
En ciertos motores el iinntteerrccaammbbiiaaddoorr eess ddee ttiippoo aaiirree//aagguuaa, es decir, al aire
se le fuerza a pasar por un radiador por el que circula el agua del sistema
de refrigeración.
Ventajas e inconvenientes del turbocompresor de geometría fija
A continuación se detallan de forma resumida las ventajas e inconvenien-
tes que ofrece la utilización de un turbocompresor en un vehículo:
Ventajas Inconvenientes
– No consume energía en su accionamiento.
– Fácil localización, sin accionamiento directo del eje
del motor.
– Reducido volumen en relación a su caudal proporcio-
nado.
– Gran capacidad de comprimir a altos regímenes
y altos caudales.
– Mala capacidad de respuesta en bajas cargas por el po-
co volumen de gases.
– Retraso en su actuación, por la inercia de la masa mó-
vil y su aceleración mediante gases.
– Alta temperatura de funcionamiento al accionarse con
gases de escape.
– Mayores cuidados de uso y mantenimiento.
9.12. Temperaturas que sufre un
turbo.
80o
65o
190o
140o
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7. 441144
3
4
5
6
7
8
1
2
1
2
3
4
2
3
9.14. Funcionamiento de un turbo de geometría variable a bajas revoluciones.
5 Rodete compresor
6
7
8
Vástago o varilla roscada
Tuerca
Cápsula neumática
Primer turbo de geometría
variable
El primer vehículo que implantó en su
motor el turbo de geometría variables fue
el Fiat Croma en su motor de 2 000 cm3.
9.13. Turbocompresor de geometría
variable.
1 Rodete turbina
2
3
4
Álabes
Plato o corona
Leva
2.2 > Turbocompresor de geometría variable
LLooss ttuurrbbooccoommpprreessoorreess ddee ggeeoommeettrrííaa vvaarriiaabbllee ttiieenneenn llaa ccaarraacctteerrííssttiiccaa
ddee qquuee aa bbaajjaass rreevvoolluucciioonneess ddeell mmoottoorr ssee nnoottaa ssuu eeffeeccttoo,, eelliimmiinnaannddoo
eell ggrraann iinnccoonnvveenniieennttee ddee llooss ttuurrbbooccoommpprreessoorreess ddee ggeeoommeettrrííaa ffiijjaa..
Son los más implantados en vehículos modernos. Su funcionamiento es si-
milar a los de geometría fija, pero con la salvedad de que estos nnoo nneecceessii--
ttaann ddee uunnaa vváállvvuullaa ddee ddeessccaarrggaa,, puesto que el sistema puede hacer dismi-
nuir el giro de la turbina y, por tanto, rebajar la presión a los valores pre-
establecidos en determinados modos de funcionamiento del motor.
La gestión electrónica en este caso es la encargada de hacer disminuir o
aumentar la fuerza que ejercen los gases de escape sobre la turbina. Con
esto se consiguen tiempos de respuesta del turbo muy breves, además de
velocidad de gases alta y un funcionamiento progresivo de la turbina des-
de bajos regímenes.
Para conseguir los efectos anteriormente expuestos se ha dispuesto en la tur-
bina de escape del turbocompresor (figura 9.13) una corona (3) con un núme-
ro de áállaabbeess mmóóvviilleess (2) en su periferia. La corona, a su vez, se encuentra unida
a una vvaarriillllaa (6) y esta a una cápsula nneeuummááttiiccaa (8) dividida en dos cámaras.
Teniendo en cuenta que la presión que ejercen los gases de escape está re-
lacionada con el número de revoluciones del motor, se podrán obtener di-
ferentes regímenes de funcionamiento de la turbina según la orientación
que tomen las paletas o álabes móviles, es decir, se variará la sección de pa-
so de los gases de escape.
– FFuunncciioonnaammiieennttoo ccoonn bbaajjooss rreeggíímmeenneess ddee rroottaacciióónn ddeell mmoottoorr (figura 9.14).
En un turbocompresor convencional, en este estado de funcionamiento la
presión que ejercerían los gases de escape sería baja, produciendo un giro
lento de la turbina de escape y, como consecuencia, una presión de sobre-
alimentación mínima. Sin embargo, en un turbo de geometría variable, los
álabes móviles se encuentran cerrados en su totalidad de forma que la sec-
ción de paso entre ellos es mínima. Esto hace aumentar la velocidad de los
gases a su paso por ellos, creando una mayor velocidad de giro de la turbi-
na y, por tanto, del compresor, aumentando la sobrealimentación en estos
regímenes bajos.
1 Cápsula neumática
2
3
4
Plato o corona
Álabe
Turbina
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8. 441155Unidad 9 - Sistemas de sobrealimentación
– FFuunncciioonnaammiieennttoo ccoonn rreeggíímmeenneess aallttooss ddee rroottaacciióónn ddeell mmoottoorr (figura
9.15). Al aumentar la velocidad de giro aumenta de igual forma la ve-
locidad de los gases de escape y, por tanto, su energía cinética. En es-
ta situación, del mismo modo se eleva la velocidad del rotor del tur-
bocompresor, aumentando la presión de sobrealimentación y actuan-
do esta a través de un tubo de conexión sobre la membrana de la cáp-
sula neumática, que hacer variar por medio del conjunto de varillas
la posición de los álabes móviles. La posición final de los álabes móvi-
les dependerá de la presión de sobrealimentación, estando estos total-
mente abiertos (mayor sección de paso de gases) cuando se alcancen
los valores máximos de presión establecidos. Con este aumento de la
sección de paso de los gases de escape va a disminuir la velocidad con
la que van a incidir en el rotor de la turbina, obteniéndose velocida-
des de giro del compresor iguales o inferiores a las conseguidas con
regímenes bajos.
13
2
9.15. Funcionamiento de un turbo de geometría variable a altas revoluciones.
Electroválvula reguladora de presión de
sobrealimentación
En los turbos de geometría variable la presión de so-
brealimentación es regulada en función de un mapa
de curvas características programadas en la unidad
de control del motor, la cual excita correspondiente-
mente la vváállvvuullaa eelleeccttrroommaaggnnééttiiccaa (1) para la limita-
ción de la presión de sobrealimentación (figura 9.16).
La presión de control, con la que el depresor (2) aacc--
cciioonnaa llaass vvaarriillllaass qquuee aaccttúúaann ssoobbrree llooss áállaabbeess mmóóvviilleess
(3), se determina en función de la proporción de pe-
riodo de la señal. A través de los álabes móviles se in-
fluye sobre el caudal de los gases de escape que actú-
an contra la turbina. LLaa pprreessiióónn ddee ccoonnttrrooll ssee ccoonnssttii--
ttuuyyee ppoorr uunnaa ccoommbbiinnaacciióónn ddee pprreessiióónn aattmmoossfféérriiccaa yy
ddeepprreessiióónn.
Gases de escape
Depresión
Presión atmosférica
Presión de control
1
5
4
3
2
9.16. Esquema de la regulación de sobrealimentación de un turbo
de geometría variable.
1 Cápsula neumática
2
3
Plato o corona
Álabes
5 Bomba de vacío
1 Electroválvula para la limitación
de presión de sobrealimentación
2
4
Depresor para reglajes de álabes
Intercooler
3 Álabes
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9. 441166
Cuando el motor se encuentra en bbaajjaass rreevvoolluucciioonneess,, la electroválvula de
control es activada cuando recibe la señal de voltaje, cerrando el conduc-
to que proviene de la admisión (presión atmosférica) y abriendo el de de-
presión (bomba de vacío), con lo que la membrana de la cápsula neumáti-
ca es absorbida, actuando esta sobre el sistema de varillas y palancas des-
plazándolas hacia su izquierda (figura 9.17.A). En esta posición los álabes
están dispuestos de forma que entre ellos exista la menor sección de paso
que hace aumentar las revoluciones de giro de la turbina.
Cuando el motor está en aallttaass rreevvoolluucciioonneess la unidad de control deja de
activar la electroválvula y hace desplazar el émbolo de la misma hacia la
derecha cerrando el conducto de depresión y abriendo el conducto de pre-
sión del colector de admisión. En esta situación la propia presión hace des-
plazar en sentido de compresión a la membrana de la cápsula, desplazan-
do esta hacia la derecha el sistema de varillas y palancas. En esta posición
se desplaza al conjunto de aletas móviles a la posición de mayor sección
de paso (figura 9.17.B). Con esto se reduce la velocidad de los gases de esca-
pe que pasan por la turbina de escape y, como consecuencia, se minimiza
la presión de sobrealimentación de la rueda compresora.
Existe una posición intermedia de la electroválvula en la cual se obtiene
igualmente una posición equilibrada de sección de paso de los gases de es-
cape entre los álabes móviles, correspondiendo esta situación a la de ccaarr--
ggaa ppaarrcciiaall del motor (figura 9.17.C).
Ventajas
– Mantienen la presión de sobrealimentación casi constante en todos los regímenes de funcionamiento.
– Permiten conseguir un aumento de la potencia y del par entre un 10 y un 20%.
– Mejoran el consumo de combustible y disminuyen la contaminación al tener una combustión más completa en todos
los regímenes.
– Consiguen una curva de potencia muy progresiva.
– Aumentan la velocidad de los gases de escape que llegan a la turbina a altos regímenes.
– Consiguen un mayor par motriz a bajos regímenes.
– Consiguen una mayor potencia máxima a altos regímenes.
Electroválvula Cápsula
neumática
Álabes
móviles
9.17. Estados de funcionamiento de la electroválvula para regulación de la presión de sobrealimentación.
LLaass vveennttaajjaass ddeell ttuurrbbooccoommpprreessoorr ddee ggeeoommeettrrííaa vvaarriiaabbllee con respecto al tur-
bocompresor convencional se pueden resumir en la siguiente tabla:
A Bajas revoluciones
B
C
Altas revoluciones
Carga parcial
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10. 441177Unidad 9 - Sistemas de sobrealimentación
3 >> Compresor volumétrico
LLooss ccoommpprreessoorreess vvoolluummééttrriiccooss ssoonn aacccciioonnaaddooss mmeeddiiaannttee eell cciiggüüeeññaall,,
nnoorrmmaallmmeennttee ppoorr uunnaa ccoorrrreeaa ddeennttaaddaa oo eennggrraannaajjeess,, ppuuddiieennddoo ccoonnssee--
gguuiirr ddee 1100 000000 aa 1155 000000 rrppmm.. SSee ccaarraacctteerriizzaann ppoorr hhaacceerr cciirrccuullaarr eell aaii--
rree aa mmaayyoorr vveelloocciiddaadd ddee llaa qquuee pprrooppoorrcciioonnaa llaa pprreessiióónn aattmmoossfféérriiccaa,,
ccrreeaannddoo uunnaa aaccuummuullaacciióónn ddee aaiirree eenn eell ccoolleeccttoorr ddee aaddmmiissiióónn yy,, ccoonnssee--
ccuueenntteemmeennttee,, uunnaa ssoobbrreepprreessiióónn eenn eell mmiissmmoo..
El compresor volumétrico más utilizado en el automóvil es el ccoommpprreessoorr
ddee llóóbbuullooss,, conocido también como de tipo rroooottss.
No disponen de válvula de descarga como en los turbocompresores, sien-
do la velocidad del motor la que limita la sobrealimentación.
Su principio de funcionamiento se basa en aspirar aire e introducirlo en
una cámara que disminuye su volumen. Está compuesto por dos rotores
(figura 9.18), cada uno de los álabes, con una forma de sección parecida a
la de un ocho. Los rotores están conectados por dos ruedas dentadas y gi-
ran a la misma velocidad en sentido contrario, produciendo un efecto de
bombeo y compresión del aire de forma conjunta.
Este compresor consigue impulsar el aire a mayor velocidad (figura 9.19).
Además los rotores no están en contacto el uno con el otro, ni cada uno
de ellos con las paredes de la carcasa, siendo baja la estanqueidad del sis-
tema y, por tanto, dando lugar a pequeñas fugas del aire.
Con el fin de reducir los inconvenientes del compresor volumétrico de ló-
bulos se diseñó el denominado ccoommpprreessoorr llyysshhoollmm (figura 9.20), formado
por dos piezas helicoidales que giran engranadas entre sí. Aunque tam-
bién es movido mediante correa por el cigüeñal, el rendimiento es algo su-
perior al compresor roots, al disponer de un material que mejora el flujo
de aire y que reduce su peso e inercia.
Por otra parte, otro tipo de compresor que actualmente está en desuso pe-
ro que la marca Volkswagen lo utilizó en varios de sus modelos fue el de
ttiippoo GG (figura 9.21).. Este compresor se caracteriza por no tener elementos
de compresión y sí disponer de un conducto en forma de caracol que pro-
voca un movimiento oscilante de dos piezas que forman un canal helicoi-
dal. Una de las piezas es fija, mientras que la otra describe un movimien-
to circular (no rotativo) mediante una excéntrica. El movimiento de la
parte móvil va reduciendo el volumen del canal espiral de manera que se
Aire
comprimido
Carcasa
Lóbulos
9.19. Funcionamiento de un compresor de tipo roots.
9.18. Estructura de un compresor
roots.
Aire comprimido
9.20. Compresor lysholm.
SAMunidad09 7/2/08 16:45 Página 417

11. 441188
fuerza al aire a salir por un extremo a mayor velocidad y presión. Los gran-
des inconvenientes de este sistema son sus problemas de lubricación y
estanqueidad.
De forma resumida, se detallan las ventajas e inconvenientes más impor-
tantes de los compresores volumétricos:
4 >> Compresor comprex
Este tipo de compresores recibe el nombre de comprex por la forma de re-
alizar la técnica de funcionamiento ccaammbbiiaaddoorr ddee llaa oonnddaa ddee pprreessiióónn. Se
empezaron a implantar en los vehículos para mejorar las características
del turbocompresor en bajas revoluciones del motor.
El principio de funcionamiento de estos tipos de compresores se basa en
transmitir por contacto directo al aire del colector de admisión los resi-
duos de energía de presión contenidos en los gases de escape por medio de
las finas paredes radiales de un tambor que recibe movimiento del cigüe-
ñal del motor (figura 9.22). En este caso, la absorción de potencia del mo-
tor es mínima ya que el accionamiento tiene como único objetivo mante-
ner al rotor en movimiento giratorio. La función de compresión la siguen
realizando de forma exclusiva los gases de escape.
Su régimen de funcionamiento máximo está en torno a los 15 000 o 20 000
rpm, produciéndose a partir de aquí un descenso notable de su rendimiento.
A continuación, se detallan las ventajas e inconvenientes de este tipo de
compresor:
Aire
Gases
de escape
Tambor
Accionamiento
9.22. Compresor comprex.
Ventajas Inconvenientes
– No consume energía en su accio-
namiento.
– Respuesta inmediata al acelera-
dor.
– Incremento notable del par des-
de bajas vueltas.
– Gran tamaño del equipo.
– Produce mucho ruido.
– Mala localización por la necesidad de accionamiento mediante el motor.
– Mala aplicación a motores de gasolina por un límite de giro muy pequeño.
– No tiene posibilidad de alejar los gases de escape de la admisión; excesiva
proximidad entre los mismos.
Turbo comprex
Este turbo ha sido el más utilizado por
la marca de vehículos Mercedes, bajo
la denominación compresor.
Entrada
de aire
Salida
de aire
9.21. Compresor de Tipo G.
Ventajas
– Sobrealimentación racional y equilibrada en cualquiera de los regímenes
de giro del motor.
– Se ponen en marcha en el mismo instante de arranque del motor. Además
aumentan y disminuyen de régimen al igual que lo hace el motor.
– Respuesta inmediata a la demanda del acelerador. No tiene efecto de re-
tardo.
Inconvenientes
– Restan potencia al motor al ser accionados mecánicamente por el cigüeñal.
Se cifra la pérdida en un 10% de la suministrada por el motor.
– Bajo rendimiento según se aumenta la presión.
– Son de gran tamaño dificultando su instalación en el motor.
SAMunidad09 7/2/08 16:45 Página 418

12. 441199Unidad 9 - Sistemas de sobrealimentación
5 >> Sistemas biturbo
LLooss ssiisstteemmaass bbiittuurrbboo ssoonn mmoonnttaajjeess ddee ddooss ttuurrbbooss eenn vveehhííccuullooss ddee
eelleevvaaddaass pprreessttaacciioonneess.. SSoonn ssiisstteemmaass aavvaannzzaaddooss ddee ggaassoolliinnaa bbiittuurrbboo
qquuee ccuueennttaann ccoonn ddooss ttuurrbbooss eenn llíínneeaa,, uunnoo ccoommppuueessttoo ppoorr uunn ttuurrbboo
cceennttrrííffuuggoo yy oottrroo ppoorr uunn ccoommpprreessoorr aarrrraassttrraaddoo ppoorr eell mmoottoorr..
La combinación de los turbos y su fase de trabajo está condicionada al par so-
licitado en cada momento. Con esta información la unidad controla:
– Trabajo del compresor, acoplando o no el mismo.
– Mariposa by-pass.
– Válvula de control de presión del turbo centrífugo.
Los tres elementos específicos del sistema son (figura 9.23):
– El ttuurrbboo cceennttrrííffuuggoo,, que funciona por acción de los ga-
ses de escape. Es de geometría fija y su válvula de des-
carga es accionada de forma neumática.
– El ccoommpprreessoorr ddee llóóbbuullooss oo rroooottss,, que funciona arrastra-
do por una correa desde el cigüeñal. Este permite apor-
tar un volumen de aire extra cuando el régimen del
motor es bajo, ya que el volumen es forzado por su pro-
pio mecanismo. Su activación depende de la unidad de
control que, en función de las necesidades, aplicará o
no una tensión al electroembrague del compresor.
– La mmaarriippoossaa bbyy--ppaassss,, que es conmutada para desviar el flujo de aire en fun-
ción de las necesidades. Es decir, conmutará el aire para que este proceda
directamente del exterior o bien a través del compresor.
El sistema puede funcionar en los siguientes modos:
– FFuunncciioonnaammiieennttoo ssiinn ccaarrggaa.. Ocurre cuando el motor gira a un régimen ba-
jo sin petición de carga; entonces la unidad desactiva el mando del acopla-
miento del compresor, provocando que este no gire y, por tanto, que no ha-
ya pérdidas por arrastre. La mariposa de by-pass se encuentra abierta, per-
mitiendo el paso de aire a presión atmosférica sin pasar por el compresor.
– PPeettiicciióónn ddee ccaarrggaa ccoonn rrééggiimmeenn bbaajjoo--mmeeddiioo.. En este estado la unidad de con-
trol activa el electroembrague del compresor, de forma que este se acopla
y gira. Esto provoca un aumento del volumen de aire que permite aumen-
tar rápidamente el rendimiento del motor. La mariposa de by-pass está ce-
rrada permitiendo el paso del aire a través del compresor. Una vez adquiri-
das las condiciones de trabajo necesarias, entra en juego el efecto de traba-
jo del turbo centrífugo, permitiendo aportar el volumen solicitado a un ré-
gimen mayor.
– PPeettiicciióónn ddee ccaarrggaa ccoonn rrééggiimmeenn mmeeddiioo--aallttoo.. Aquí, si la velocidad del turbo
centrífugo es suficiente, la unidad de control no activará el compresor, pe-
ro en caso necesario sí lo activará. Además, la válvula by-pass se encuentra
abierta no permitiendo el paso del aire por el compresor. Si la unidad acti-
va al compresor al mismo tiempo modula la señal sobre la mariposa.
En la figura 9.24 se ven representadas las fases de trabajo en función del ré-
gimen del motor y la presión media efectiva, indicando el funcionamiento
solo como turbo o con la ayuda del compresor.
1
2
3
4
5
6 7
8
9
10
11
12 13
9.23. Sistema biturbo.
4
8
16
12
20
24
7 0002 000 3 000 4 000 5 000 6 0001 000
1 2 3
rpm
bar
9.24. Fases de trabajo de un sistema
biturbo. Presión media efectiva en fun-
ción de las revoluciones del motor.
6 Válvula de recirculación
11 Escape
7 Turbocompresor
8
9
10
Válvula de descarga
Intercooler
Catalizador
5 Embrague magnético
1 Aire fresco
2
3
4
Filtro de aire
Compresor
Correa del compresor
13 Mariposa de admisión
12 Mariposa by-pass
1 Compresor en continuo
2
3
4
Compresor en modo no regulado
Turbo en continuo
Modo atmosférico
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13. 442200
Técnica
Mantenimiento del turbo
·· Debido a las altas solicitaciones térmicas y mecánicas a las que está sometido un turbo es imprescin-
dible realizar una serie de actuaciones en el motor para evitar averías en el sobrealimentador.
Estas se pueden resumir en los siguientes aspectos:
– Evitar arranques en frío bruscos, ya que la presión de aceite de funcionamiento normal tarda en alcanzar-
se un breve espacio de tiempo.
– Después de largos recorridos, dejar en ralentí el vehículo durante aproximadamente 2 minutos, para dis-
minuir la temperatura del turbo.
– Reducir la carga del vehículo momentos previos a la parada del mismo con objeto de refrigerar los pun-
tos más calientes.
– Sustituir el aceite y filtro en los tiempos establecidos por el fabricante para evitar la formación y acumu-
lación de residuos en el aceite. Se recomienda la utilización de aceites sintéticos que mejoran la refrige-
ración y lubricación.
– Cualquier manipulación sobre el sobrealimentador debe ser producida por personal cualificado.
Aún siguiendo las normas generales de mantenimiento de un vehículo para la conservación del turbo, se pue-
den dar en el propio componente las siguientes averías más usuales:
– Problemas relacionados con la lubricación por falta de la misma, desgaste de tipo axial, etc.
– Entrada de cuerpos extraños en su interior, arrastrados por el aceite.
– Temperaturas de funcionamiento extremas.
Solución ·· Para hacer esta comprobación puedes utilizar los siguientes aparatos:
– Polímetro. Se comprueba su resistencia conectando el ohmnímetro a los terminales correspondientes del
módulo o a los del actuador. Verifica que la lec-
tura está comprendida entre los valores especi-
ficados en la ficha de diagnóstico.
– Osciloscopio. Debes obtener una señal cuadra-
da (figura 9.25) en ralentí con un tiempo apro-
ximado de activación, por ejemplo de 2,25 ms
en un motor TDI de 110 CV. Si aparece esta se-
ñal, es indicativo de que el módulo trabaja y la
bobina está correcta.
Al acelerar, la base de tiempo varía hacia aproxi-
madamente 1,5 ms en función de la carga.
Verificación de la electroválvula de control de la presión de sobrealimentación
·· Realiza las comprobaciones necesarias para verificar el correcto funcionamiento de la electroválvula de
control de la presión de sobrealimentación.
Casos prácticos
9.25. Señales de mando de una electroválvula de control de la
presión de sobrealimentación en ralentí y acelerado.
SAMunidad09 7/2/08 16:45 Página 420

14. .: CONSOLIDACIÓN :.
1·· ¿Cuál es el objetivo de la sobrealimentación de los motores?
2·· Haz una clasificación de los sistemas de sobrealimentación y explícalos brevemente.
3·· ¿Qué es y qué misión cumple la válvula de descarga wastegate?
4·· ¿Qué dos principales objetivos cumple el aceite de engrase que circula por el turbocompresor?
5·· ¿Cómo se produce la regulación de la sobrealimentación por accionamiento neumático en un turbo de
geometría fija?
6·· Indica las temperaturas aproximadas que se producen en la turbina y compresor de un turbo.
7·· ¿Para qué sirve un intercambiador de calor en un sistema de sobrealimentación?
8·· ¿Cuáles son los inconvenientes de un turbo de geometría fija?
9·· ¿Qué objetivos principales se obtienen con un turbo de geometría variable?
10·· ¿Cuál es el principio de funcionamiento de un turbo de geometría variable?
11·· ¿Qué efecto tiene la presión de control en circuito de sobrealimentación con turbo de geometría variable?
12·· ¿Qué ventajas ofrece un turbo de geometría variable?
13·· ¿En qué basa su funcionamiento un turbo volumétrico de tipo roots?
14·· ¿Cuáles son las ventajas de un compresor volumétrico?
15·· Cita el mantenimiento básico que se debe realizar sobre un turbo.
16·· ¿Cuáles son los modos de funcionamiento en los que puede trabajar un sistema biturbo?
.: APLICACIÓN :.
1·· Identifica los componentes principales de un circuito de sobrealimentación en un motor con acciona-
miento mecánico de los elementos y en otro con accionamiento eléctrico.
2·· Lleva a cabo el desmontaje, comprobación y montaje de un turbo de geometría fija y otro de geome-
tría variable.
3·· Comprueba el funcionamiento correcto de una válvula wastegate controlada por accionamiento
neumático.
4·· Comprueba el correcto funcionamiento de una electroválvula de limitación de la presión de sobreali-
mentación.
5·· Comprueba la presión de engrase en la zona del turbo con el motor en frío y en caliente.
Actividades finales
442211442211Unidad 9 - Sistemas de sobrealimentación
SAMunidad09 7/2/08 16:45 Página 421

15. 442222442222
Caso final
Solución ·· En un sistema de sobrealimentación gobernado por la unidad de control de motor, la cen-
tralita EDC (Electronic Diesel Control) va grabando todas las fases de funcionamiento del motor. Se pue-
de dar el caso de que la unidad de control desactive el sistema de regulación de la presión de sobreali-
mentación, con la consiguiente pérdida de par y de potencia del motor.
Recuerda que la unidad de control regula la presión de alimentación en función de las señales que reci-
be de los siguientes captadores:
– Revoluciones del motor.
– Temperatura del aire aspirado.
– Presión en el colector de admisión.
– Posición del pedal del acelerador.
– Transmisor altimétrico.
Una vez analizadas las señales de los anteriores sensores, determina la presión de sobrealimentación que
se necesita y activa en su justa medida la electroválvula de limitación de la presión de sobrealimenta-
ción. La centralita va a comparar el valor del sensor de presión en el colector de admisión con el valor
nominal calculado.
En caso de no corresponder ambos datos, se produce un fallo de regulación de la presión de sobreali-
mentación que queda grabado en la unidad de control y que tiene como consecuencia la desactivación
de la regulación de la sobrealimentación, con
la consiguiente pérdida de par y de potencia.
Los posibles fallos pueden deberse a los ele-
mentos que componen el circuito de sobreali-
mentación y sobre los que vas a realizar las
pertinentes pruebas:
– Tubos de vacío. Verifica que los tubos flexi-
bles guardan una total estanqueidad y que
no se encuentran deshilachados o deforma-
dos (figura 9.26).
– Control de fugas entre partes mecánicas.
Comprueba que no hay pérdidas en la junta
entre motor y turbocompresor.
– Válvula de descarga, wastegate. Verifica
que el muelle cierra en su totalidad y que al
introducir presión en la cámara superior la
membrana abre la válvula a la presión pre-
establecida por el fabricante, modulando la
membrana en función de la presión ejercida
sobre ella.
Fallo de la regulación de sobrealimentación
·· Un motor 1.9 TDI sufre una pérdida constante de potencia que se manifiesta en gran medida cuando
el motor va a plena carga.
9.26. Comprobación de los tubos flexibles de la electroválvula.
SAMunidad09 7/2/08 16:45 Página 422

16. 442233442233Unidad 9 - Sistemas de sobrealimentación
Control de la presión del turbo
Sigue los siguientes pasos para verificar la presión del turbo:
– Desconecta el tubo de presión que va desde la válvula de descarga al colector de admisión e intercala un
manómetro de presión.
– Lleva al motor a su temperatura de funcionamiento.
– Consigue el máximo régimen de giro del motor en vacío y comprueba en el manómetro que se alcanza la
presión prescrita por el fabricante.
Comprobación de la electroválvula reguladora de vacío
Para verificar que la bomba o depresor genera vacío sitúa un vacuómetro a la salida de la bomba y com-
prueba con el vehículo en marcha que a medida que aumenta el vacío aumenta proporcionalmente la ten-
sión de alimentación de la electroválvula.
Comprobación de la electroválvula reguladora de presión
Son cuatro las comprobaciones que debes realizar sobre esta electroválvula:
– Comprueba que le llega alimentación desde la unidad de control, siendo el valor obtenido de 12 V apro-
ximadamente. Para realizar esta prueba el relé de control de motor debe estar montado y funcionando
correctamente.
– Comprueba que la resistencia de la válvula esté entre los 25 y 45 Ω aproximadamente (en algunas elec-
troválvulas la resistencia varía entre 14 y 20 Ω) (figura 9.27).
– Con la ayuda de dos manómetros, comprueba que la presión entre la válvula wastegate y la electroválvu-
la es menor que la obtenida entre el colector de admisión y la entrada de la electroválvula cuando esta
está activada.
– Con el vehículo en marcha, comprueba que el porcentaje dwell es creciente sobre un oscilograma con el
aumento de presión en el colector de admisión (figura 9.28). La señal cuadrada obtenida es pulsatoria de
frecuencia fija y con relación de fase variable. Es decir, cuanto mayor es el tiempo de puesta a masa de
la electroválvula (porcentaje dwell), mayor presión de soplado existe.
9.27.Comprobación de la resistencia de la electroválvula.
Voltios
1 2
Tiempo
9.28. Oscilograma de señal de mando de la electroválvula de
control de sobrealimentación.
1 % dwell reducido. Baja tensión de soplado
2 % dwell elevado. Alta presión de soplado
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17. 442244442244
Ideas clave
SOBREALIMENTACIÓN
Por accionamiento centrífugo Por accionamiento mecánico
Turbocompresores
Regulación de
la presión de forma:
– Neumática
– Eléctrica
Compresores volumétricos Comprex
Compresor
roots
Compresor
lysholm
Compresor
G
De geometría
fija
De geometría
variable
Válvula
wastegate
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18. RREEVVIISSTTAA DDEE EELLEECCTTRROOMMEECCÁÁNNIICCAAUnidad 9 - Sistemas de sobrealimentación
SOBREALIMENTACIÓN DE MOTORES
PP
artiendo de la propia
función de los sistemas
de sobrealimentación,
todos ellos son compre-
sores, puesto que están
destinados a comprimir el aire.
Ahora bien, solo se suelen denomi-
nar compresores a aquellos sistemas
que, mediante elementos mecáni-
cos, toman la fuerza del propio mo-
tor –habitualmente del cigüeñal–
para realizar su trabajo.
Técnicamente se denominan tam-
bién compresores volumétricos y,
debido a su conexión con el motor,
también se conocen como compre-
sores mecánicos. Mientras, los com-
presores centrífugos generan su
fuerza, por norma general, gracias a
los gases de escape; son los habitual-
mente denominados turbo.
La evolución de los sistemas de so-
brealimentación solo ha sido posible
gracias a la mejora en los materiales.
Más importante resulta este aspecto
en el caso de los turbo. Y es que los
compresores, al girar con el cigüe-
ñal, tienen un régimen de funciona-
miento muy inferior al de los turbo.
Estos últimos pueden llegar a regí-
menes de giro superiores a las 130
000 revoluciones por minuto, alcan-
zando unas temperaturas de funcio-
namiento que, incluso hoy, llegan a
poner al rojo vivo algunos de sus
componentes. De hecho, uno de los
cuidados requerido por los turbo es
el de evitar apagar el motor justo
después de haber exprimido su po-
tencial. Esto se debe a que, por las al-
tas temperaturas alcanzadas, el acei-
te que lubrica el eje de la turbina
puede deteriorarse si no se le da un
tiempo de recuperación. Las últimas
realizaciones son menos delicadas
en este sentido también por la mejo-
ra de los lubricantes y por solucio-
nes como, por ejemplo, la lubrica-
ción de dicho eje.
Tanto los turbo como los compreso-
res mecánicos tienen defensores y
detractores. El turbo-lag y la poca efi-
cacia del turbo a pocas revoluciones
venía a estar entre sus características
negativas, mientras que la menor ca-
pacidad para aumentar la potencia
final así como su mayor compleji-
dad técnica suponen las pegas más
habituales para los compresores.
Hoy, con la incorporación de siste-
mas electrónicos capaces de gestio-
nar los turbo de geometría variable
dependiendo de las revoluciones e,
incluso, con la existencia de los tur-
bo trabajando en paralelo, las pegas
de este sistema se han minimizado
mucho, habiendo alcanzado una di-
fusión mucho mayor que cualquier
otro sistema de sobrealimentación.
FFuueennttee:: wwwwww..ppeerriiooddiissttaammoottoorr..ccoomm
2299//0077//22000077
En la sobrealimentación de motores,
cuanto mayor sea la eficiencia adiabática, mejor será,
en principio, el rendimiento final del sistema.
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