Blog

Apr 09, 2023

¿Qué pasó con Turbo Lag en los motores de hoy?

Cuando pienso en motores turboalimentados, lo primero que me viene a la mente es

Cuando pienso en motores turboalimentados, lo primero que me viene a la mente es el retraso del turbo. Turbo lag es el tiempo que tarda el turbocompresor, o los turbocompresores, en ponerse en marcha y generar presión de sobrealimentación después de pisar el pedal del acelerador. Mirando hacia atrás solo una o dos décadas, el turbo lag parecía ser mucho más común y más severo. Parecía que podías pisar el acelerador a fondo, contar hasta cinco, mirar tu reloj, ENTONCES finalmente sentirías el impulso.

Entonces, esto plantea la pregunta: si los motores turboalimentados son mucho más comunes hoy en día, ¿qué pasó con el retraso del turbo? Se resolvió gracias a años de desarrollo y un poco de ingeniería inteligente.

No es ningún secreto que los fabricantes de automóviles han necesitado ser creativos para cumplir con los estándares de emisiones y economía de combustible. Estos estándares han presentado un verdadero desafío para los fabricantes de automóviles y los han obligado a "pensar fuera de la caja". Mirando hacia atrás en la historia, nunca hemos rehuido un desafío. La bomba atómica en la Segunda Guerra Mundial, el alunizaje para poner fin a la carrera espacial, la lista sigue y sigue.

Pero en el caso de resolver el retraso del turbo, no diría que un avance en particular simplemente terminó la carrera de un solo salto. En cambio, ha sido un largo recorrido con muchos jugadores, todos marcando la diferencia y avanzando hacia la solución final. Echemos un vistazo a algunas de las formas en que los fabricantes de automóviles han resuelto el retraso del turbo en sus motores modernos.

Motores más pequeños, impulso más inteligente

Mires donde mires, parece que los motores se han vuelto más pequeños en cilindrada. Ford tiene sus motores EcoBoost de cuatro cilindros y V6, Nissan/Infiniti tiene los motores 3.0L VR y Chevrolet recientemente comenzó a ofrecer un 2.7L turbo en la Silverado. Estos motores de cilindrada más pequeña ofrecen una mejor economía de combustible que los motores que reemplazan, pero sin turboalimentación no podrían ofrecer el mismo tipo de potencia.

Aquí es donde entra en juego un impulso más inteligente. Los motores de menor cilindrada pueden usar turbos más pequeños para llenar los vacíos en la banda de potencia. Los turbos más pequeños pueden acelerar más rápido, lo que genera una mejor respuesta y una entrega de potencia más predecible. Los turbos modernos también se montan más cerca del motor que nunca. Esto significa que los gases de escape no tienen que viajar tan lejos una vez que salen de la cámara de combustión y el turbo puede acelerar más rápido.

Veamos los motores 1.8T y 2.0T fabricados actualmente por VW y Audi. Estos motores utilizan un diseño de culata con un múltiple de escape incorporado. Esto significa que el múltiple de escape es parte de la fundición de la culata y está rodeado por camisas de enfriamiento. Hay dos ventajas principales de este diseño:

• Cuando el motor está frío, los gases de escape calientes ayudan a calentar el refrigerante del motor. Esto significa que el sistema HVAC puede comenzar a calentar la cabina del vehículo mucho antes y el motor puede alcanzar la temperatura de funcionamiento mucho más rápido, lo que reduce las emisiones nocivas.

• Cuando el motor está a la temperatura de funcionamiento, el refrigerante del motor puede reducir la temperatura de los gases de escape. Esto significa que la unidad de control del motor (ECU) puede ejecutar una relación aire-combustible más pobre y maximizar la temperatura y el rendimiento del catalizador.

Vale la pena señalar que VW y Audi no son los únicos fabricantes de automóviles que han optado por utilizar un diseño de colector de escape integrado. Ford ha utilizado un colector de escape integrado en su motor EcoBoost de tres cilindros y 1.0L, junto con algunos de sus motores turbo V6 y de cuatro cilindros. Honda usó este diseño en el Civic Type R, Toyota (bueno, técnicamente BMW) lo usó en el nuevo motor Supra y la lista sigue y sigue. Hay otros beneficios al usar un colector integrado, que incluyen peso reducido, ahorro de espacio y más.

Control de impulso más inteligente

Las compuertas de descarga y las válvulas de derivación más antiguas estaban controladas por vacío y eran bastante lentas para responder a los cambios en la entrada del conductor o las condiciones de conducción. Las unidades modernas se controlan electrónicamente y permiten ajustes mucho más precisos. Reemplazar los solenoides y diafragmas de control de vacío con actuadores electrónicos de acción rápida significa que la ECU puede ser proactiva con control de sobrealimentación, no reactiva. La ECU puede operar estas dos válvulas para reducir el retraso, mantener el turbo en marcha y entregar potencia de manera más consistente.

La sincronización variable de válvulas (VVT) se puede utilizar para optimizar el funcionamiento del turbo. Los modernos sistemas VVT ofrecen un control más preciso que nunca y permiten un control máximo del turbo en diversas condiciones de conducción. La abertura del escape se puede usar para mantener el turbo enrollado o para ayudar a eliminar los gases de escape del interior del cilindro. Al ajustar la superposición de válvulas, la ECU también puede disminuir las pérdidas de bombeo del motor.

Turbocompresores Twin Scroll

Los fabricantes de automóviles han buscado tecnología innovadora para maximizar el rendimiento y la respuesta del turbo. Un ejemplo de ello es el diseño de desplazamiento doble (Figura 1 ). Los turbos Twin Scroll y los colectores de escape contienen dos canales de aire separados en su interior. Como las corrientes de aire están separadas, dos cilindros pueden crear una sola corriente de gases de escape hasta llegar a la turbina.

Mantener estos canales de aire separados ayuda a evitar que los cilindros individuales interfieran entre sí, lo que hace que la turbina disminuya la velocidad sin querer. Pero la mayor ventaja de un turbo de doble desplazamiento es el mayor par de torsión a bajas revoluciones. Esto se debe en parte a la separación de los canales de aire y al hecho de que los gases de escape se distribuyen de manera más uniforme entre las palas de la turbina.

Turbocompresores Hot-V

Terminemos nuestra lista con un método final que los fabricantes de automóviles han utilizado para resolver el retraso del turbo: la "V caliente". En este tipo de configuración del motor, los colectores de admisión están montados en el exterior de la culata (donde cabría esperar que estén los colectores de escape), y los colectores de escape y los turbos están ubicados dentro de la "V" del motor. (Figura 2).

Este cambio aparentemente pequeño tiene un gran impacto en el rendimiento del motor. Los turbos están montados muy cerca de las culatas, por lo que los conductos de escape son muy cortos. Esto maximiza la respuesta del turbo y reduce el retraso. Esto también evita la pérdida excesiva de velocidad de escape, así como la pérdida de calor a través del colector. Las temperaturas se pueden mantener bajo control con algunas soluciones de refrigeración inteligentes que incluyen circuitos de refrigeración dedicados, escudos térmicos, deflectores de aire y más.

BMW, Audi y Mercedes-Benz han incorporado este diseño de motor en algunas de sus alineaciones. Audi encontró una manera de maximizar el espacio dentro de la V haciendo que cada turbina gire en direcciones opuestas (figura 3).

Sé que los vehículos eléctricos están llegando y que debemos pensar en alejarnos de los combustibles fósiles, pero no puedo evitar maravillarme con la ingeniería de la última década o dos en el espacio automotriz. Cada vez que parece que hemos alcanzado la cima del rendimiento, como si no pudiéramos exprimir ni un gramo más de rendimiento de la combustión interna, alguien encuentra la manera. Este impulso creativo, este espíritu de innovación, creo que está profundamente arraigado en nosotros como especie.

Algunos de ustedes pueden lamentar la próxima ola de electrificación, y les diría esto: solo piensen en lo que podemos lograr con los vehículos eléctricos si ponemos el mismo esfuerzo en desarrollar esa tecnología. Yo, por mi parte, espero ver lo que está a la vuelta de la esquina.