Turbocompresores de gases de escape

El turbocompresor de gases de escape: un segmento de negocio en crecimiento...

Los turbocompresores de gases de escape son una tecnología clave para mejorar el rendimiento, reducir el consumo de combustible y reducir las emisiones de escape. Cuando están instalados en los motores diésel de inyección directa, reducen el consumo de combustible hasta en un 25 por ciento en comparación con el motor de gasolina similar con inyección de conducto. Por esta razón, se han apoderado de casi todo el segmento de mercado. La tendencia de los motores de gasolina es hacia la reducción, es decir, reducción en la capacidad cúbica con la misma potencia de salida. Esto es posible utilizando turbocompresores, ya que la alta relación capacidad-potencia de estos motores requiere un aumento en la masa de aire suministrada al motor. Esto solo es posible mediante la sobrealimentación. Inevitablemente, la cantidad de motores de gasolina que tengan turbocompresores experimentará un aumento significativo en todo el mundo.

Los expertos estiman que dentro de 10 años habrá alrededor de 160 millones de autos y unos 16 millones de camiones (> 3,5 toneladas) se ejecutaran en esta tecnología clave, y la tendencia seguirá aumentando. Como resultado, el segmento turbocompresor representa uno de los mayores mercados de crecimiento en la industria automotriz en todo el mundo.

El creciente número de vehículos turboalimentados también ofrece un alto potencial de ventas para el mercado de accesorios. Aunque la vida útil de un turbocompresor es normalmente idéntica a la del motor, pueden producirse defectos que requieran un reemplazo prematuro, por ejemplo, mantenimiento deficiente del vehículo, lubricación inadecuada o temperaturas de gases de escape excesivas. Por favor, lea más en Mantenimiento y cuidado.

Sin embargo, no es solo el turbocompresor en sí mismo el que ofrece oportunidades de venta. Los talleres de reparación de automóviles orientados a servicios y ventas también tienen la posibilidad de realizar negocios adicionales en el segmento de servicio o reacondicionamiento, por ejemplo, cambios de filtro.

Un turbocompresor está diseñado y construido para adaptarse a la vida útil del motor. Sin embargo, los componentes de alta tecnología en el sistema de gases de escape están expuestos a varios factores de riesgo que podrían conducir a su falla: por ejemplo, cuerpos extraños que penetran en la turbina, aceite sucio, un suministro de aceite defectuoso o temperaturas de gases de escape excesivamente altas. Esto hace que el conocimiento del mecánico sea aún más importante. Los siguientes son algunos consejos y trucos prácticos para un reemplazo efectivo.

IMPORTANTE: ANÁLISIS

Una condición previa para una reparación exitosa es que la causa de la falla se haya identificado y eliminado; de lo contrario, existe el riesgo de que el nuevo turbocompresor falle nuevamente después de un corto período de tiempo.

INDISPENSABLE: LIMPIEZA

Incluso el más pequeño de los cuerpos extraños actúa como un proyectil a las velocidades enormemente altas de la turbina y las ruedas del compresor. Por lo tanto, el filtro de aire debe ser reemplazado en todos los casos. Igualmente importante es la limpieza cuidadosa de todo el sistema de admisión y aire fresco, desde y hacia el enfriador de aire de carga, incluida la extracción de todos los cuerpos extraños del tubo de escape.

IMPRESCINDIBLE: LUBRICACIÓN

El cojinete del eje del rotor necesita aceite de motor.

SUGERENCIA: vierta un poco de aceite de motor en el orificio de entrada del aceite antes de instalar el nuevo turbocompresor, coloque un paño limpio sobre este y luego distribuya el aceite en los cojinetes con una ráfaga corta de una pistola de aire comprimido (vea las ilustraciones). Después de instalar el turbocompresor y antes de conectar el suministro de aceite, vierta un poco más de aceite de motor en el orificio de entrada del aceite. Una pequeña jeringa con aceite de motor se incluye con los juegos de sellos del turbocompresor MAHLE para facilitar este trabajo.

TODO LO QUE ENTRA TIENE QUE SALIR

El turbocompresor necesita aceite de motor para la lubricación y la refrigeración, y lo suministra la bomba de aceite en el motor. El aceite regresa al circuito a través de la tubería de retorno de aceite. El tubo de retorno de aceite completo y la conexión al cárter deben colocarse sin dobleces y deben estar libres de depósitos para que el aceite se transporte sin problemas. Si el flujo de retorno se altera, esto genera bloqueos y el turbocompresor pierde aceite a través de la turbina y las ruedas del compresor. Las consecuencias inminentes incluyen daños importantes en el motor.

CONSEJO: una nueva tubería de retorno de aceite es una inversión tan sensata como un nuevo enfriador de aire de carga.

OTRA CONSEJO: no debe haber exceso de presión en el cárter. Si la ventilación del cárter está sucia, se acumula una presión excesiva que dificulta el flujo de retorno de aceite en el turbocompresor. El turbocompresor comienza a perder aceite a través de la turbina y las ruedas del compresor tan pronto como se mide un exceso de presión de solo unos pocos milibares en el tubo de la varilla con un manómetro.

¿TODO APRETADO?

Todas las conexiones en el turbocompresor deben estar apretadas para que el aceite, el aire, los gases de escape y, dependiendo del tipo, el agua de refrigeración puedan pasar a través del turbocompresor de manera limpia, segura y sin pérdidas. Cada turbocompresor MAHLE tiene un kit de montaje a juego, compuesto por sellos y partes integradas que se ajustan exactamente (por ejemplo, pernos, tuercas, etc.). Importante: solo use estos juegos originales de juntas. Y nunca vuelva a utilizar las juntas viejas: a menudo están deformadas o son porosas y, por lo tanto, no pueden garantizar el sellado necesario. El compuesto de sellado o los selladores líquidos también están prohibidos en el turbocompresor. El compuesto de sellado puede reducir la sección transversal de los agujeros, y las partes del compuesto de sellado pueden aflojarse y bloquear el suministro de aceite. La consecuencia: daño importante al turbocompresor.

¿CUBRE LA PERDIDA?

Las líneas de suministro y retorno de aceite a menudo se ejecutan muy cerca del turbocompresor. Los fabricantes de automóviles protegen las tuberías de los aceites con blindaje. Esto también debe verificarse al reemplazar el turbocompresor: ¿están todavía en su lugar y no en buen estado?

TURBOCOMPRESOR NUEVO ACEITE NUEVO

Un nuevo turbocompresor siempre debe recibir aceite nuevo y un nuevo filtro de aceite. Esto asegura que cualquier cuerpo extraño en el sistema de aceite se elimina y no puede dañar el nuevo turbocompresor. (Después de todo, el turbocompresor viejo está defectuoso, lo que puede deberse a partículas o cuerpos extraños infiltrados).

SUGERENCIA: "Si un poco es bueno, más es mejor" no es cierto para el nivel de aceite. Porque si el nivel de aceite en el motor es demasiado alto, esto ocasiona perturbaciones en la relación de compresión en el motor. Esto fuerza el aceite del motor a la turbina y al compresor del turbocompresor, donde se acumula en el enfriador de aire de carga. Si este aceite es aspirado y quemado por el motor, esto podría ocasionar daños importantes en el motor.

LOS INYECTORES

Una vez que se ha instalado el turbocompresor, las líneas de aceite y agua se hayan conectado, y la línea de gas y aire de escape se hayan también conectado al turbocompresor, el aceite puede cambiarse y el sistema de refrigeración puede purgarse.

La ignición debe evitarse al arrancar el motor, por ejemplo, retirando el fusible o el relé de la bomba de combustible. Luego, encienda el motor con el motor de arranque hasta que la presión de aceite se haya acumulado. Si el motor se enciende por primera vez, le recomendamos que deje el motor al ralentí durante 2 minutos antes de abrir el acelerador para garantizar el suministro de aceite.

¿UN TORNILLO SUELTO?

A continuación, debe verificar si todos los tornillos y las conexiones están apretados y sí que hay fugas.

SUGERENCIA: compruebe el ajuste perfecto de todos los tornillos después de ejecutar durante aprox. 20 horas o 1,000 km.

CORREDOR DE LARGA DISTANCIA

Cada motor se beneficia de ser utilizado durante un largo periodo de tiempo. A un motor turboalimentado le vienen mal los viajes muy cortos, porque después de un arranque en frío el combustible no quemado y el agua de condensación se acumulan en el aceite del motor. Esto empeora las propiedades tribológicas del aceite y reduce la capacidad de carga de la película de aceite lubricante.  Estos compañeros no deseados solo desaparecen cuando las temperaturas del aceite superan los 80 ° C. Si la temperatura del aceite se mantiene por debajo de este nivel durante un periodo de tiempo más largo, como es el caso con viajes cortos, esto constituye un riesgo para el turbocompresor: los cojinetes del cigüeñal y el eje del árbol de levas y el eje del rotor en el turbocompresor se desgastan.  A bajas temperaturas exteriores, la emulsión de aceite de motor y agua de condensación en la tubería de retorno de aceite del turbocompresor y la ventilación del cárter también se pueden congelar, dando lugar a relaciones de compresión del motor alteradas.

¿BIODIESEL? UN MAYOR RIESGO PARA EL ACEITE DE MOTOR Y EL TURBOCARGADOR

Los aceites vegetales no se evaporan y los aceites vegetales no quemados se acumulan en el aceite del motor. Este se vuelve viscoso a partir de cierta concentración y el sistema de lubricación se colapsa poco después. Esto significa intervalos mucho más cortos entre los cambios de aceite si los aceites vegetales se utilizan como combustible.

Vierte en un poco de aceite del motor antes de la instalación para lubricar el cojinete del eje del rotor.

A continuación, coloca un paño limpio sobre el agujero de entrada de aceite...

... Y distribuye el aceite en los cojinetes con una ráfaga de aire comprimido.

Atención al cliente: Información importante
Por último, algunos consejos de expertos que se pueden transmitir a sus turbo clientes, porque los conductores satisfechos, vuelven.
Prevención al ralentí:Dejar que el motor funcione en ralentí durante unos 30 segundos antes de salir a garantizar el suministro de aceite para el turbocompresor y 30 segundos en ralentí después de un viaje rápido por la autopista enfría el turbocompresor.
Compensación de tramos cortos:Los conductores cuyos viajes son principalmente viajes cortos deben hacer un viaje más largo por lo menos una vez por semana para darle al aceite del motor la oportunidad de regenerarse.
Optimización mediante la calefacción:Para ayudar a que el motor alcance la temperatura de trabajo más rápido en invierno se debe esperar 3 minutos antes de encender el calefactor, que a continuación se calentará más rápido también.

Turbocompresores de gases de escape MAHLE

MAHLE es uno de los líderes en tecnología y desarrolladores de sistemas en el campo de los motores de combustión interna y componentes de motores. También es un socio comercial desde hace mucho tiempo para fabricantes internacionales de automóviles y motores, en el desarrollo y producción de componentes del turbocompresor de carga alta.

En particular, las ganancias de eficiencia de los motores de reducción.  La eficiencia es tanto mayor cuanto mejores sean las tecnologías involucradas, como el turbocompresor de gases de escape, la tecnología de inyección de combustible, la sincronización variable de las válvulas, la recirculación de gases de escape y el enfriamiento del aire de carga.  El motor de reducción de MAHLE ha sido especialmente diseñado y, ciertamente, hizo una declaración impresionante como una tecnología de demostración que es capaz de lograr una reducción de CO2 de hasta un 30 por ciento.  

Como parte de la mejora sistemática de la cartera de productos para el mercado de repuestos, ahora estamos complementando nuestra gama con los sistemas de turbocompresores de alto rendimiento y alta economía de combustible de motores diésel y gasolina.  No sólo eso, estamos poniendo nuestras tecnologías innovadoras de turbocompresor MAHLE a disposición del comercio minorista y talleres de reparación de automóviles.

El foco principal estará puesto en los turbocompresores para aplicaciones en camiones, por ejemplo, para marcas como Mercedes-Benz, MAN, Volvo y Scania.  La gama de productos será ampliada constantemente.  Para el año 2012 cubrirá aproximadamente el 70 por ciento de todas las aplicaciones y se complementará con las aplicaciones de automóviles.  La amplia gama de diferentes tipos y tamaños, con potencias desde 75 a 1000 KW garantizan la compatibilidad optimizada con las más diversas exigencias de los motores de automóvil, camión, de construcción y agrícolas.

Velocidades de más de 300,000 rpm, temperaturas de gases de escape de más de 1,000 ° C. Para lograr una alta eficiencia en condiciones tan extremas sobre un amplio mapa de características, se requiere una competencia de desarrollo extremadamente alta y precisión de fabricación.

Por lo tanto, nuestros ingenieros utilizan herramientas de simulación de última generación en la fase inicial para garantizar las características termodinámicas y termomecánicas requeridas de los componentes en todo el proceso de desarrollo integrado. Los cálculos termomecánicos se realizan para determinar la durabilidad de la carcasa de la turbina. Después de la fase de diseño y cálculo, el turbocompresor de gases de escape se somete a una extensa serie de pruebas en bancos de pruebas de gas caliente y bancos de pruebas de motores. Los criterios incluyen mapas termodinámicos, curvas de desplazamiento del eje y ciclo de vida del producto.

Los turbocompresores de gases de escape MAHLE Original se fabrican en instalaciones de producción en Alemania y Austria en base a estándares que son universales en todo el Grupo. Las modernas máquinas de producción controladas por computadora garantizan una precisión optimizada a los componentes de la carcasa de la máquina hechos de aluminio y acero fundido. Las turbinas están fabricadas con materiales resistentes a altas temperaturas y cuentan con fundición de calidad y equilibrio de precisión. Esta es la única forma en que pueden soportar condiciones extremas a largo plazo.

Usando lo que se conoce como equilibrio de campo, se simulan condiciones de servicio específicas y se detecta un desequilibrio dinámico.

Como el eje y la rueda de la turbina están hechos de diferentes materiales, la soldadura de estos dos componentes representa un desafío especial. Los ingenieros de MAHLE encontraron la solución - soldadura por haz de electrones, un proceso que permite una unión extremadamente precisa y confiable.

Para cumplir con los más altos estándares de calidad en la producción de turbocompresores, un equipo de ingenieros de productos y procesos se despliega permanentemente para continuar el desarrollo en procesos de producción, ensamblaje y pruebas, como mecanizado de alta velocidad, tecnología de unión, revestimiento con materiales sólidos y fluidos, o equilibrando. El equipo puede aprovechar la amplia gama de competencia de producción obtenida de todas las áreas de productos anteriores.

La sostenibilidad como compromiso
Cuando se trata de protección ambiental, MAHLE es también uno de los principales proveedores de automóviles en esta disciplina. Nuestra misión es fomentar el progreso técnico y el futuro humano en armonía con nuestro entorno. Hemos sellado nuestra obligación con este compromiso a través de la certificación de nuestras instalaciones de acuerdo con la norma DIN EN ISO 14001. Además del despliegue económico de los recursos y los procesos de producción ecológica, nuestros productos principales son los que más contribuyen a la protección del medio ambiente. Producen un impacto positivo sostenible en el equilibrio ecológico ya que están instalados en millones de vehículos en todo el mundo para reducir el consumo de combustible y reducir las emisiones de gases de escape.

La potencia de salida de un motor de combustión interna depende principalmente de la masa de aire suministrada al proceso de combustión y esto se logra mediante el empleo de un turbocompresor. Utiliza la energía de los gases de escape para pre-comprimir el aire de admisión, suministrar una mayor masa de aire y, por lo tanto, más oxígeno al motor, logrando una mayor eficiencia en el proceso de combustión.

Los turbocompresores de gases de escape permite un aumento en el par máximo y potencia máxima de salida (manteniendo un volumen de trabajo constante) y un aumento en la presión media, sin requerir ninguna salida de accionamiento mecánico del motor que normalmente se produce con sobrealimentación mecánica, por ejemplo, un compresor. Este aumento se puede aprovechar para adaptarse a un motor más potente con aproximadamente las mismas dimensiones que el motor original. Por otra parte (y la tendencia apunta en esta dirección), se puede utilizar para implementar conceptos de reducción que pueden reducir el consumo de combustible y las emisiones de CO2 sin una compensación en la producción de potencia.

El turbocompresor de gases de escape es impulsado por los gases de escape del motor que se suministran a los álabes de la turbina o la rueda de la turbina (rojo) a alta velocidad y altas temperaturas de hasta 950 ° C. A su vez, la rueda de la turbina impulsa la rueda del compresor que está montada en el mismo eje del rotor. Durante la rotación resultante, la rueda del compresor aspira aire del ambiente a través del conducto de admisión y desde allí el aire pasa a los cilindros (azul). La marca amarilla muestra el circuito de aceite, desde la entrada hasta la tubería de retorno.