Para poder cumplir las futuras normas sobre gases de escape, los valores de emisión así como mantener a raya el consumo de la flota, los fabricantes de vehículos y motores apuestan cada vez más por perfeccionar la turbocompresión de los gases de escape. MAHLE también está muy comprometido con este campo. Para probar los componentes altamente sensibles durante y después de la fase de desarrollo se necesitan equipos especiales como, por ejemplo, los bancos de ensayos de gas caliente. En las instalaciones de Stuttgart MAHLE hay 2.
Como socio de la industria del automóvil y experto en piezas de motor y componentes relacionados con el motor de combustión, MAHLE se implica desde el principio en el desarrollo de nuevos conceptos para motores y se encarga de realizar un ensayo general de motor que abarque un gran número de modelos que consiste en llevar a cabo varias series de pruebas con el motor en marcha, en muchos casos como servicio remunerado para los fabricantes de automóviles. Sólo en las instalaciones de Stuttgart hay 32 bancos de ensayos flexibles para automóviles, vehículos industriales y motores pequeños, de los cuales, varios son bancos especiales, por ejemplo, para comprobar los esfuerzos de fricción, así como una célula fría y una habitación de baja reflexión para llevar a cabo pruebas acústicas. Asimismo, disponemos de dos bancos de ensayos de gas caliente donde los turbocompresores se prueban primero como componente individual, antes de probarlos montados en un motor.
¿Y qué es lo que ocurre en un banco de ensayos de gas caliente? El Dr. Reiner Künzel, director del departamento de ensayo de motores de MAHLE, nos cuenta de forma resumida en qué consisten las diferentes pruebas. "En primer lugar se subdividen en tres áreas: el dimensionamiento termodinámico, el ensayo de marcha permanente y los tests relevantes para la seguridad."
LOS TESTS TERMODINÁMICOS
La función principal de estos tests es conseguir los niveles de rendimiento óptimos del compresor y la turbina con el fin de adaptar el turbocompresor a la curva de carga total del motor. Entre otras cosas, se comprueba el diseño constructivo de la rueda del compresor y de la rueda de la turbina. La rueda del compresor, que suele fabricarse en una aleación de aluminio, debe demostrar su resistencia a la deformación bajo las condiciones de temperatura y el número de revoluciones que se indican en el cuaderno de especificaciones. Por lo general la rueda de la turbina se fabrica en una aleación de acero, trabaja con gases de escape calientes y, dependiendo de cada caso, debe ser capaz de soportar temperaturas de hasta 1.050 ºC. Los tests termodinámicos también incluyen ensayos de caudal en los que se comparan las cantidades de gas y aire caliente tratadas por el turbocompresor con las curvas características predeterminadas.
EL ENSAYO DE MARCHA PERMANENTE
En los ensayos de marcha permanente debe demostrarse la evolución mecánica, es decir, la solidez del turbocompresor y su resistencia al desgaste. Para ello también se somete el turbocompresor a un ensayo de termochoque que acelera el proceso de envejecimiento del material y de los componentes, o sea, un desgaste acelerado, por decirlo de algún modo.
LOS ENSAYOS DE SEGURIDAD
Si la carcasa del compresor o de la turbina está averiada puede liberar aceite que podría incendiarse en cuestión de segundos debido a las elevadas temperaturas que se alcanzan en el colector de escape y, en consecuencia, provocar un incendio en el motor. Por tanto, en primer lugar debe superar una prueba de sobrerrevoluciones que responda a la pregunta: ¿A cuántas revoluciones revientan las ruedas del compresor y de la turbina? En una segunda serie de ensayos, concretamente en una prueba de contención, las ruedas se debilitan a propósito para que exploten y golpeen descontroladamente la pared de la carcasa con una energía muy elevada. De esta forma se calcula la resistencia estructural de la carcasa.
Una vez el turbocompresor ha superado estas duras pruebas de carga, aunque relativamente estáticas en el banco de ensayos de gas caliente, se llevan a cabo las series de ensayo dinámicas en el banco de ensayos de motor, que imitan las condiciones de funcionamiento reales del vehículo, pues hay que tener en cuenta que el turbocompresor deberá soportar también las vibraciones y la evolución de la temperatura del motor. Es aquí cuando puede apreciarse realmente si el turbocompresor y el motor interactúan debidamente entre sí. O, tal y como lo formula el señor Künzel: "Deben respirar juntos."
IMPORTANTE: LA ADAPTACIÓN DEL MOTOR Y DEL TURBOCOMPRESOR
Para conseguir una armonización perfecta entre el motor y el turbocompresor primero se tienen que aplicar las curvas características, es decir, los datos del motor registrados en la unidad de mando se adaptan a las piezas y a los componentes. Seguidamente, se llevan a cabo las adaptaciones termodinámicas y las pruebas de marcha permanente (bajo carga completa y en combinación con ensayos en caliente y frío). Para finalizar, se realizan las pruebas de habilitación según unas especificaciones concretas como pueden ser los valores de gas de escape y desgaste o la resistencia a la fisuración de la carcasa.
Una vez se han resuelto con éxito todas las pruebas y todos los ensayos, el turbocompresor se somete a las pruebas de campo, es decir, un funcionamiento de prueba en el vehículo. Finalmente, una vez terminado este paso, se inicia la fase de producción SoP (Start of Production) del nuevo turbocompresor.