Motores Sobrealimentados

El uso de elementos que sirvan para sobrealimentar los motores viene dado por la necesidad de aumentar la potencia sin tener que aumentar la cilindrada. Aumentar la potencia depende de la cantidad de combustible quemado en cada ciclo de trabajo y del numero de revoluciones.
Pero tanto en motores Diesel como en los de gasolina, por mucho que aumentemos el combustible que hacemos llegar al interior de la cámara de combustión, no conseguimos aumentar su potencia si este combustible no encuentra aire suficiente para quemarse.
Así pues, solo conseguiremos aumentar la potencia, sin variar la cilindrada ni el régimen del motor, si conseguimos colocar en el interior del cilindro un volumen de aire (motores Diesel) o de mezcla (aire y gasolina para los motores de gasolina) mayor que la que hacemos entrar en una "aspiración normal" (motores atmosféricos).

En algunos casos, y en países situados a grandes altitudes o con climas muy calurosos, existe la necesidad de compensar la diminución de la densidad de aire producida por una disminución de la presión atmosférica ocasionada por la altitud y una diminución de las moléculas de oxigeno por el aumento de temperatura. Para todos ello la sobrealimentación es la solución que podemos aportar.
Hay dos fabricantes principales a la hora de construir maquinas para sobrealimentar motores (compresores), que son: Garret y kkk, también están IHI, MHI (Mitsubishi) y Holset.

La Sobrealimentación en motores de gasolina
En el caso de los motores de gasolina, la sobrealimentación, presenta un problema inicial que ha de tenerse en cuenta. Como se ha visto, en la combustión de los motores de gasolina, el problema que acarrea sobrepasar una cierta presión de compresión puede ocasionar problemas de picado, bien por autoencendido o por detonación.
Este problema es debido al aumento de temperatura que sufre la mezcla de aire-combustible dentro del cilindro en la carrera de compresión del motor que será tanto mayor cuanto mayor sea el volumen de mezcla (precisamente es lo que provoca la sobrealimentación).
La solución para este problema consiste en reducir la relación de compresión por debajo de 10:1 con el fin de que no aumente demasiado la presión y con ello la temperatura de la mezcla que puede provocar el autoencendido o la detonación.
Otro problema que hay que sumar a estos motores lo representa el aumento de las cargas térmicas y mecánicas. Debido a que las presiones durante el ciclo de trabajo en un motor sobrealimentado son mayores, esto se traduce en unos esfuerzos mecánicos y térmicos por parte del motor que hay que tener en cuenta a la hora de su diseño y construcción, reforzando las partes mecánicas mas proclives al desgaste y mejorando la refrigeración del motor.
Otra cosa a tener en cuenta es la variación en el diagrama de distribución. Así para un motor sobrealimentado, cuanto mayor sea el AEE (avance a la apertura de la válvula de escape) tanto mejor será el funcionamiento de la turbina.
También la regulación al avance del encendido debe de ser mucho mas preciso en un motor sobrealimentado, por eso se hace necesario un motor un encendido sin ruptor, por lo que es mejor el uso de encendidos transistorizados o electrónicos.
Además de todo ello, la sobrealimentación de gasolina ha de tener en cuenta los siguientes factores:
- Bomba de gasolina de mayor caudal y presión (por lo que se opta generalmente por bombas eléctricas).
- Que en el circuito de admisión de aire se instale un buen filtrado y que este perfectamente estanco.
- A fin de optimizar el llenado del cilindro, se precisa de un dispositivo (intercooler) que enfríe el aire que se ha calentado al comprimirlo por el sistema de sobrealimentación antes de entrar en los cilindros del motor.
- La riqueza de la mezcla, que influye directamente en la temperatura de los gases de escape; si el motor es turboalimentado, se reducirá la riqueza a regímenes bajos y elevar así la temperatura en el escape para favorecer el funcionamiento de la turbina:; por el contrario, se elevara con regímenes altos, disminuyendo la temperatura de escape, a fin de proteger la turbina.
- En el escape, la sección de las canalizaciones una vez superada la turbina se agranda para reducir en la medida de lo posible las contrapresiones que se originan en este punto. Asimismo, al producir la turbina una descompresión de los gases de escape, los motores turbo son muy silenciosos.
- La contaminación que provocan los motores turboalimentados de gasolina es comparable a la de un motor atmosférico aunque los óxidos de nitrógeno son mas importantes debido a las mayores temperaturas.
Particularidades según el sistema de alimentación
según sea el sistema utilizado para sobrealimentar el motor de gasolina, el compresor puede aspirar aire a través del filtro de aire y enviarlo comprimido hacia el carburador, o bien aspirar mezcla de aire-gasolina procedente del carburador y enviarlo directamente a los cilindros. En el primer caso, el carburador se sitúa entre el turbocompresor y el colector de admisión y el sistema recibe el nombre de "carburador soplado"; mientras que el segundo, el carburador se monta antes del turbo, denominandose "carburador aspirado".
La sobrealimentación en los motores Diesel
En el caso de los motores Diesel; la sobrealimentación no es una causa de problemas sino todo lo contrario, es beneficioso para un rendimiento optimo del motor. El hecho de utilizar solamente aire en el proceso de compresión y no introducir el combustible hasta el momento final de la carrera compresión, no puede crear problemas de "picado" en el motor. Al introducir un exceso de aire en el cilindro aumenta la compresión, lo que facilita el encendido y el quemado completo del combustible inyectado, lo que se traduce en un aumento de potencia del motor. Por otro lado la mayor presión de entrada de aire favorece la expulsión de los gases de escape y el llenado del cilindro con aire fresco, con lo que se consigue un aumento del rendimiento volumétrico o lo que es lo mismo el motor "respira mejor".
No hay que olvidar que todo el aire que entra en el cilindro del motor Diesel hay que comprimirlo, cuanto mas sea el volumen de aire de admisión, mayor será la presión en el interior de los cilindros. Esto trae como consecuencia unos esfuerzos mecánicos en el motor que tienen un limite, para no poner en peligro la integridad de los elementos que forman el motor.
Los compresores
La forma de conseguir un aumento de la presión del aire necesario para la sobrealimentación de motores es mediante la utilización de unas maquinas llamadas: compresores. Se clasifican en tres grupos: primero los llamados "volumétricos" o de "desplazamiento positivo"; segundo los que reciben el nombre de "dinámicos" o de "no desplazamiento positivo"; Por ultimo, el otro tipo de compresor se denominado de "onda de presión".
A los primeros pertenecen los compresores de mando mecánico (accionados por el cigüeñal mediante piñones o correa) como ejemplo tenemos el denominado: Roots o de lóbulos, Lysholm, el compresor G y muchos mas tipos. Como compresor "dinámico" se conoce a los turbocompresores (accionados por los gases de escape).

 

En el terreno de la sobrealimentación de motores, tanto en gasolina como en Diesel, los mejores resultados obtenidos hasta ahora se han llevado a cabo con la ayuda de los turbocompresores que si bien tienen algunos inconvenientes, tienen la gran ventaja de que no consumen energía efectiva del motor además de que están facultados para poder girar a un número elevadísimo de r.p.m.,por encima de 100.000. Todo esto y su facilidad para ser aplicados al motor debido a su pequeño tamaño (por lo menos en comparación a los compresores volumétricos) hace que se haya estudiado a fondo la manera de utilizarlos y que se hayan conseguido con ellos grandes éxitos tanto en competición como en realizaciones de motores de tipo comercial.
En la siguiente gráfico vemos una comparativa de dimensiones y peso de cada uno de los tipos de compresores donde se aprecia la ventaja del turbocompresor que le hace ser mas adecuado a la hora de acoplarlo al motor.