Turbodiésel
Motor diésel con turbocompresor

El término turbodiésel , también escrito como turbodiésel y turbodiésel , se refiere a cualquier motor diésel equipado con un turbocompresor . Al igual que con otros tipos de motores, la turboalimentación de un motor diésel puede aumentar significativamente su eficiencia y potencia de salida, especialmente cuando se utiliza en combinación con un intercooler . [1]

La turboalimentación de los motores diésel comenzó en la década de 1920 con los grandes motores marinos y estacionarios. Los camiones empezaron a estar disponibles con motores turbodiésel a mediados de la década de 1950, seguidos por los automóviles de pasajeros a fines de la década de 1970. Desde la década de 1990, la relación de compresión de los motores turbodiésel ha ido disminuyendo.

Principio

Los motores diésel suelen ser adecuados para la turboalimentación debido a dos factores:

  • Una relación aire-combustible "pobre" , causada cuando el turbocompresor suministra aire en exceso al motor, no es un problema para los motores diésel, porque el control del torque depende de la masa de combustible que se inyecta en la cámara de combustión (es decir, la relación aire-combustible), en lugar de la cantidad de la mezcla aire-combustible. [2]
  • La cantidad adicional de aire en el cilindro debido a la turboalimentación aumenta efectivamente la relación de compresión, lo que, en un motor de gasolina, puede causar preignición y altas temperaturas de los gases de escape . Sin embargo, en un motor diésel, el combustible no está presente en la cámara de combustión durante la carrera de compresión , ya que solo se agrega a la cámara de combustión poco antes de que el pistón alcance el punto muerto superior. Por lo tanto, no puede ocurrir preignición. [3]

Al igual que en los motores de gasolina turboalimentados, se puede utilizar un intercooler para enfriar el aire de admisión y, por lo tanto, aumentar su densidad. [4]

Historia

El turbocompresor fue inventado a principios del siglo XX por Alfred Büchi , un ingeniero suizo y jefe de investigación de motores diésel en la empresa de fabricación de motores Gebrüder Sulzer . El turbocompresor estaba destinado originalmente a ser utilizado en motores diésel, ya que la patente de Büchi de 1905 señaló las mejoras de eficiencia que un turbocompresor podría aportar a los motores diésel. [5] [6] [7] Sin embargo, los primeros motores turboalimentados de producción que se fabricaron no se produjeron hasta 1925, motores marinos turbodiésel de 10 cilindros utilizados por los buques de pasajeros alemanes Preussen y Hansestadt Danzig . [8] [9] El turbocompresor aumentó la potencia de salida de 1.750 CV (1.287 kW) a 2.500 CV (1.839 kW). [10] En 1925, Büchi inventó la turboalimentación secuencial, que según Helmut Pucher (2012) marca el comienzo de la tecnología de turboalimentación moderna. [11]

A finales de la década de 1920, varios fabricantes producían grandes turbodiésel para uso marino y estacionario, como Sulzer Bros., MAN, Daimler-Benz y Paxman. [12] [13] Las mejoras posteriores en la tecnología hicieron posible el uso de turbocompresores en motores más pequeños que funcionaban a velocidades más altas, por lo que los motores turbodiésel para locomotoras comenzaron a aparecer a finales de la década de 1940. [14] [15] En 1951, MAN construyó el motor prototipo K6V 30/45 mHA, 1 MW, que tenía, para su época, un consumo de combustible excepcionalmente bajo de solo 135,8 g/PSh (184,6 g/kWh), equivalente a una eficiencia del 45,7 por ciento. [16] Esto fue posible gracias al diseño avanzado del turbocompresor, que comprende un compresor axial de cinco etapas combinado con un compresor radial de nueve etapas y un intercooler. [17]

El uso de motores turbodiésel en vehículos de carretera comenzó con los camiones a principios de la década de 1950. El prototipo de camión MAN MK26 se presentó en 1951, [18] seguido por el modelo de producción turbodiésel MAN 750TL1 en 1954. [19] El camión Volvo Titan Turbo también se presentó en 1954. [20] A fines de la década de 1960, la demanda de motores para camiones cada vez más potentes llevó a que Cummins , Detroit Diesel , Scania AB y Caterpillar Inc. produjeran turbodiésel .

En 1952, el Cummins Diesel Special se convirtió en el primer automóvil turboalimentado en competir en la carrera de Indianápolis 500 y se clasificó en la pole position. [21] El automóvil estaba propulsado por un motor de seis cilindros en línea de 6,6 L (403 pulgadas cúbicas) que producía 283 kW (380 hp). [22] [23]

Varias empresas realizaron investigaciones sobre motores turbodiésel más pequeños para automóviles de pasajeros durante los años 1960 y 1970. Rover construyó un prototipo de turbodiésel de cuatro cilindros de 2,5 L en 1963, [ cita requerida ] y Mercedes-Benz utilizó un motor turbodiésel de cinco cilindros con intercooler en el vehículo experimental Mercedes-Benz C111-IID de 1976. [24]

El primer automóvil turbodiésel de producción fue el Mercedes-Benz 300SD (W116) , que se vendió en Estados Unidos a mediados de 1978 y que estaba equipado con el motor de cinco cilindros OM617 . [25] Un año después, el Peugeot 604 D Turbo se convirtió en el primer automóvil turbodiésel que se vendió en Europa. Los automóviles turbodiésel comenzaron a construirse y venderse ampliamente en Europa a fines de la década de 1980 y principios de la de 1990, una tendencia que ha continuado hasta el día de hoy. [26] [27]

Desde la década de 1990, la relación de compresión de los motores turbodiésel ha ido disminuyendo, debido a una mejor potencia específica y un mejor comportamiento de las emisiones de escape de los motores turboalimentados con una relación de compresión más baja. Los motores de inyección indirecta solían tener relaciones de compresión de 18,5 o más. Tras la introducción de los motores common rail a finales de la década de 1990, las relaciones de compresión se redujeron al rango de 16,5 a 18,5. Algunos motores diésel fabricados desde 2016 para cumplir con las regulaciones de emisiones de escape Euro 6 tienen una relación de compresión de 14,0. [28] : 182-183 

Características

La turboalimentación puede aumentar considerablemente la potencia de salida de un motor diésel, acercando la relación potencia máxima/peso a la de un motor de gasolina equivalente. [29]

Las mejoras en potencia, economía de combustible y ruido, vibración y aspereza en turbodiéseles tanto de pequeña como de gran capacidad durante la última década han estimulado su adopción generalizada en ciertos mercados, especialmente en Europa, donde (a partir de 2014) representan más del 50% de las matriculaciones de automóviles nuevos. [30] [31] Los turbodiésel generalmente se consideran más flexibles para usos automotrices que los motores diésel de aspiración natural . Los turbodiésel pueden diseñarse para tener una distribución más aceptable de torque en su rango de velocidad o, si se construyen para uso comercial, pueden diseñarse para mejorar la salida de torque a una velocidad dada dependiendo del uso exacto. Los diésel de aspiración natural, casi sin excepción, tienen una potencia de salida menor que un motor de gasolina de la misma capacidad, al mismo tiempo que requieren componentes internos más fuertes (y por lo tanto más pesados) como los pistones y el cigüeñal para soportar las mayores tensiones de la relación de compresión mucho más alta del motor diésel . Estos factores le dan a los diésel de aspiración natural una mala relación potencia-peso. Los turbocompresores pesan muy poco, pero pueden ofrecer mejoras significativas en potencia, par y eficiencia. La instalación de un turbocompresor puede hacer que la relación potencia-peso de un motor diésel alcance el mismo nivel que una unidad de gasolina equivalente, lo que hace que los turbodiésel sean deseables para su uso en automóviles, donde los fabricantes buscan potencias y cualidades de manejo comparables en toda su gama, independientemente del tipo de unidad de potencia elegida.

Véase también

Referencias

  1. ^ Zinner, Karl; Pucher, Helmut (2012), Aufladung von Verbrennungsmotoren (en alemán) (4 ed.), Berlín/Heidelberg: Springer, págs. 7–8, 106, ISBN 978-3-642-28989-7
  2. ^ Pischinger, Stefan; Seiffert, Ulrich (2016). Vieweg Handbuch Kraftfahrzeugtechnik (en alemán) (8 ed.). pag. 348.ISBN​ 978-3-658-09528-4.
  3. ^ Reif, Konrad (2017). Grundlagen Fahrzeug- und Motorentechnik (en alemán). pag. 16.ISBN​ 978-3-658-12635-3.
  4. ^ Tschöke, Helmut; Mollenhauer, Klaus; Maier, Rudolf (2018). Handbuch Dieselmotoren (en alemán) (8 ed.). pag. 702.ISBN​ 978-3-658-07696-2.
  5. ^ Vann, Peter (11 de julio de 2004). Porsche Turbo: La historia completa . MotorBooks International.
  6. ^ Gresh, M; Newnes, Theodore (29 de marzo de 2001). Rendimiento del compresor: aerodinámica para el usuario .
  7. ^ "Progreso de las turbinas diésel y de gas". Diesel Engines, Inc. 26. 1960 .
  8. ^ "El turbocompresor cumple 100 años esta semana". www.newatlas.com . 18 de noviembre de 2005 . Consultado el 29 de septiembre de 2019 .
  9. ^ Doug Woodyard (ed.): Pounder's Marine Diesel Engines and Gas Turbines , 9.ª edición, Butterworth-Heinemann, 2009, ISBN 9780080943619 , pág. 192 
  10. ^ Zinner, Karl; Pucher, Helmut (2012), Aufladung von Verbrennungsmotoren (en alemán) (4 ed.), Berlín/Heidelberg: Springer, p. 20, ISBN 978-3-642-28989-7
  11. ^ Zinner, Karl; Pucher, Helmut (2012), Aufladung von Verbrennungsmotoren (en alemán) (4 ed.), Berlín/Heidelberg: Springer, p. 21, ISBN 978-3-642-28989-7
  12. ^ Construcción naval e ingeniería marina internacional . 56. Whitehall Press. 1933. {{cite journal}}: Falta o está vacío |title=( ayuda )
  13. ^ Clarke, Donald; Dartford, Mark; Stuttman, HS (1994). "Cómo funciona". La nueva enciclopedia ilustrada de ciencia e invención . 6 .
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  15. ^ Wilson, Jeff (1 de diciembre de 2009). Guía para aficionados a los trenes a escala de locomotoras diésel . Kalmbach Publishing.
  16. ^ Zinner, Karl; Pucher, Helmut (2012), Aufladung von Verbrennungsmotoren (en alemán) (4 ed.), Berlín/Heidelberg: Springer, p. 22, ISBN 978-3-642-28989-7
  17. ^ Zinner, Karl; Pucher, Helmut (2012), Aufladung von Verbrennungsmotoren (en alemán) (4 ed.), Berlín/Heidelberg: Springer, p. 22, ISBN 978-3-642-28989-7
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  20. ^ "1950s - Volvo Trucks". www.volvotrucks.com . Archivado desde el original el 27 de enero de 2017 . Consultado el 29 de septiembre de 2019 .
  21. ^ "La alta tecnología está trayendo el Cummins Diesel Special de regreso a Indianápolis". www.cummins.com . Consultado el 29 de septiembre de 2019 .
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  28. ^ Merker, Günter P.; Teichmann, Rüdiger (2014). Grundlagen Verbrennungsmotoren Funktionsweise, Simulación, Messtechnik (7 ed.). Saltador. ISBN 978-3-658-03195-4.
  29. ^ McCosh, Dan. "Energía para el futuro". Popular Science (octubre de 1993).
  30. ^ "Segunda venida: el diésel en Estados Unidos". www.economist.com . 26 de octubre de 2006 . Consultado el 27 de septiembre de 2019 .
  31. ^ "La apuesta contraria de Exxon por el diésel". International New York Times . No. 40, 847. 11 de julio de 2014. p. 15.
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