Información sobre los turbocompresores MAHLE Original y los componentes.

Estructura y funcionamiento del turbocompresor

Nuestros turbocompresores se someten a las máximas exigencias

Números de revoluciones muy superiores a 300 000 rpm, temperaturas de gases de escape de más de 1000 ºC:

El material debe soportar mucho y además tiene que alcanzar un alto grado de eficacia. Para conseguirlo a lo largo de un amplio rango del diagrama operativo, es imprescindible el máximo nivel de capacidad de desarrollo y precisión de la ingeniería de producción. Para ello, MAHLE ha creado un nuevo proceso que integra desarrollo y fabricación.

Gracias a las simulaciones más modernas, test muy duros y una producción controlada por ordenador, los talleres reciben turbocompresores de primer nivel. Destacan por la óptima calidad de la fundición y por un equilibrado exacto. Tal como se espera de MAHLE.

Materiales: para la seguridad de las personas, los motores y el medio ambiente... solo lo mejor

Los componentes de la carcasa de los turbocompresores están fundidos a partir de aluminio o acero de eficacia probada, y las turbinas son de materiales resistentes a altas temperaturas.

Junto con su ingeniosa construcción, todo ello garantiza unas magníficas propiedades. Sin embargo, naturalmente, siempre se puede mejorar: un equipo de ingenieros de producto y procesos trabaja permanentemente en el desarrollo de los procesos de fabricación, montaje y ensayo. P. ej. en el desprendimiento de viruta a alta velocidad, la técnica de soldadura, la técnica de equilibrado o el recubrimiento de materiales líquidos y sólidos.

El equilibrado en fábrica simula distintas condiciones de funcionamiento e identifica desequilibrios dinámicos.

El árbol y la rueda de turbina están hechos de distintos materiales: no obstante, los ingenieros de MAHLE consiguen mediante soldadura por haz electrónico una unión extremadamente exacta y segura.

Listos para funcionar: turbocompresores MAHLE Original

El rendimiento de un motor de combustión depende fundamentalmente del volumen de aire que hay disponible para la combustión. Los turbocompresores se utilizan para incrementar dicho volumen de aire:

Aprovechan la energía de los gases de escape para comprimir previamente el aire de admisión y proporcionar al motor un mayor volumen de aire y por tanto más oxígeno para una combustión más eficiente.

La sobrealimentación de gases de escape permite incrementar el par máximo y la potencia máxima (con régimen de trabajo constante) o aumentar la presión media sin que el motor deba incrementar el rendimiento del accionamiento mecánico, tal como ocurre en la sobrealimentación mecánica, por ejemplo, mediante un compresor. Este incremento se puede aprovechar para usar un motor de alta potencia con dimensiones casi idénticas a las del grupo original, o bien, como lo indica la tendencia actual, para llevar a la práctica conceptos de downsizing, con los que se pueden reducir el consumo de combustible y las emisiones de CO2 sin pérdidas de potencia.

Desarrollo continuo de la sobrealimentación de gases de escape: los ingenieros ponen el turbo.

Los futuros turbocompresores aprovecharán el potencial para aumentar el grado de eficacia, la respuesta y el comportamiento acústico. De esta forma se reducirá aún más el consumo de combustible y, por tanto, las emisiones de CO2. La proporción de motores turbo aumentará continuamente debido al desarrollo de la tecnología de sobrealimentación. Así, en la próxima década, el motor de combustión mantendrá su posición dominante frente a las propulsiones alternativas.

Estructura y funcionamiento de los componentes

Regulación de la presión de sobrealimentación

Los turbocompresores consiguen un par motor elevado (Low End Torque) ya con un número de revoluciones de motor bajo y un flujo de masa de gases de escape pequeño.

Para que el turbocompresor no sobrecargue el motor con un número de revoluciones mayor, se regula la presión de sobrealimentación.

Los turbocompresores también ofrecen la posibilidad del «overboost». Esto hace referencia a un sobreincremento breve de la presión de sobrealimentación, por ejemplo al acelerar.

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Con números de revoluciones de motor altos, el «wastegate» desvía un flujo parcial de gases de escape de la turbina. De esta forma se reduce el flujo de gases de escape a través de la turbina y disminuye la contrapresión de los gases de escape. Con números de revoluciones del motor bajos, el «wastegate» se cierra, y el flujo completo de gases de escape acciona la turbina y, por tanto, el compresor.

La cartera de productos incluye la regulación de la presión de sobrealimentación con «wastegate» para todos los motores diésel y de gasolina hasta una potencia de 560 kW. La regulación de la presión de sobrealimentación con «wastegate» destaca por su larga vida útil y su buena funcionalidad.

El mecanismo de la geometría de turbina variable regula la presión de sobrealimentación mediante los álabes desplazables independientemente del número de revoluciones del motor. A fin de facilitar una presión de sobrealimentación elevada también en caso de un número de revoluciones bajo, los álabes se disponen en una sección transversal de entrada estrecha. Esto genera una alta velocidad en el flujo de gases de escape. La energía cinética incrementada de los gases de escape se transfiere a la turbina y aumenta el número de revoluciones.

Con números de revoluciones de motor altos, los álabes liberan una sección transversal de entrada grande, y el flujo de gases de escape despliega una menor velocidad en el área interior de los álabes de la turbina.

Turbina de gases de escape

La rueda de turbina forma la turbina de gases de escape junto con la carcasa de turbina, el «wastegate» y VTG.

El gas de escape caliente es acumulado por la turbina y transformado en ella en energía cinética, para lo que la turbina se acelera a hasta 300 000 revoluciones por minuto. El flujo de gases de escape llega a la rueda de turbina en dirección radial y sale de ella en dirección axial. La geometría de turbina (rueda y carcasa de turbina) se armoniza óptimamente con el «wastegate» y VTG, y está adaptada de forma individualizada a los requisitos del motor. Para ello hay disponibles herramientas de software tanto comerciales como de desarrollo propio con cuya ayuda se puede representar una adaptación individualizada en muy poco tiempo.

Carcasa de turbina

La carcasa de turbina adecuada para cada aplicación:

  • Carcasa de turbina estándar de flujo único (Mono Flow)
  • Carcasa de turbina de flujo doble (Twin Flow)
  • Carcasa de turbina con tubo de escape acodado integrado

Para los máximos requisitos de temperatura de los motores de gasolina (>1000 °C) se ofrecen materiales muy resistentes a altas temperaturas.

Carcasa de turbina de flujo doble (Twin Flow)

Para evitar la influencia mutua de los flujos de gases de escape en el cambio de carga, los gases de escape se conducen por separado en dos canales independientes desde los cilindros hasta la carcasa de turbina.

Para evitar la reducción de la entalpía de los gases de escape, la turbina se puede disponer cerca de las válvulas de escape. De esto se deriva un buen grado de eficacia de la turbina, con la consiguiente buena respuesta por parte del motor.

Compresores

El compresor consta de rueda, difusor y carcasa.

Al igual que en la turbina de gases de escape, el compresor está adaptado al motor de forma óptima y específica. La rueda de compresor radial transmite al flujo de aire gran parte de la energía cinética facilitada por la turbina.

En un difusor que hay en la carcasa del compresor, esto produce el aumento de presión deseado. Se utilizan ruedas del compresor fresadas hechas de aleaciones de aluminio especiales de alta resistencia y extremadamente estables en cuanto a forma. Así se garantizan altas aceleraciones y se mejora el Low End Torque. Gracias a la geometría de rueda uniforme, se reducen considerablemente los ruidos derivados de la pulsación.

En caso de requisitos elevados en cuanto a desgaste, se puede aplicar el revestimiento correspondiente a la rueda del compresor. Esto puede ser necesario, por ejemplo, si se utiliza una recuperación de los gases de escape de baja presión.

Carcasa del compresor

La carcasa del compresor está optimizada en consonancia con criterios aerodinámicos. Para ampliar el rango operativo útil, se ofrecen medidas opcionales. A tal fin se han desarrollado sistemas de recirculación que estabilizan las curvas características del compresor.