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Universidad Politécnica de Valencia Ampliación de Motores de Combustión. Tema 3.- Sobrealimentación1 Tema 3. Sobrealimentación Objetivos Mostrar qué efectos.

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1 Universidad Politécnica de Valencia Ampliación de Motores de Combustión. Tema 3.- Sobrealimentación1 Tema 3. Sobrealimentación Objetivos Mostrar qué efectos tiene la sobrealimentación Describir los principales sistemas existentes Sensibilizarse de cuál es la problemática de acoplamiento del turbo al motor Contenido Justificación Definición e ideas básicas de implementación Consecuencias sobre funcionamiento del motor Sistemas de sobrealimentación Tendencias actuales

2 Universidad Politécnica de Valencia Ampliación de Motores de Combustión. Tema 3.- Sobrealimentación2 Tema 3. Sobrealimentación Índice Justificación Definición e ideas básicas de implementación Consecuencias Tensiones mecánicas y térmicas Otras consecuencias Sistemas de sobrealimentación Sobrealimentación mecánica Turbosobrealimentación Modos Problema de acoplamiento turbogrupo–motor Tendencias actuales

3 Universidad Politécnica de Valencia Ampliación de Motores de Combustión. Tema 3.- Sobrealimentación3 Justificación Potencia efectiva de un motor ¿Cómo aumentar la potencia? Incrementar c m, v, i, m, F y H c Limitados a de admisión Incrementar a de admisión

4 Universidad Politécnica de Valencia Ampliación de Motores de Combustión. Tema 3.- Sobrealimentación4 Definición e ideas básicas a de admisión Sobrealimentar Incrementar la a de admisión ¿Cómo? p a Incrementar p a T a Reducir T a MEC DI. 4 cilindros. 2 litros. En par máximo.

5 Universidad Politécnica de Valencia Ampliación de Motores de Combustión. Tema 3.- Sobrealimentación5 Consecuencias Tensiones mecánicas Aumenta la presión de trabajo Tensiones térmicas Aumentan las temperaturas y los flujos de calor Otras consecuencias Rendimiento indicado Rendimiento mecánico Proceso de combustión Emisiones contaminantes

6 Universidad Politécnica de Valencia Ampliación de Motores de Combustión. Tema 3.- Sobrealimentación6 Tensiones mecánicas ¡¡ Aumenta p max !! Limitación mecánica de p max : Formación de la cuña de aceite entre biela y cigüeñal. 130 a 160 bares para un MEC de automoción. Acciones posibles: Reducir la relación de compresión. Modificar la ley de combustión. al sobrealimentar

7 Universidad Politécnica de Valencia Ampliación de Motores de Combustión. Tema 3.- Sobrealimentación7 Tensiones térmicas T max depende de T adm Interés del intercooler Q cedido a las paredes Aumentan tensiones térmicas Acciones posibles: Sistema de refrigeración reforzado Enfriamiento del pistón por chorro de aceite MEC DI. 4 cilindros. 2 litros. En par máximo. al sobrealimentar

8 Universidad Politécnica de Valencia Ampliación de Motores de Combustión. Tema 3.- Sobrealimentación8 Otras consecuencias Mejora del rendimiento indicado El motor se comporta como más adiabático Mejora del rendimiento mecánico pmf/pmi baja al sobrealimentar Proceso de combustión MEP: Aumenta p y T peligro de picado MEC: Mejor autoencendido (p,T) y mezcla ( a ) Emisiones contaminantes Aumentan emisiones de NO x T máx Disminuyen los humos F R, T

9 Universidad Politécnica de Valencia Ampliación de Motores de Combustión. Tema 3.- Sobrealimentación9 Sistemas de sobrealimentación Sobrealimentación mecánica Compresor accionado directamente por el cigüeñal Turbosobrealimentación Compresor accionado por una turbina aprovechando los gases de escape

10 Universidad Politécnica de Valencia Ampliación de Motores de Combustión. Tema 3.- Sobrealimentación10 Sobrealimentación mecánica compresores volumétricos rotativos Se utilizan compresores volumétricos rotativos Ventajas Comportamiento del compresor poco sensible al régimen grado de sobrealimentación cte Respuesta instantánea del compresor a cambios de régimen de giro Inconvenientes El compresor absorbe potencia del motor e Volumen y peso del compresor Ruido

11 Universidad Politécnica de Valencia Ampliación de Motores de Combustión. Tema 3.- Sobrealimentación11 Sobrealimentación mecánica Compresor G Compresor KKK Compresor Roots

12 Universidad Politécnica de Valencia Ampliación de Motores de Combustión. Tema 3.- Sobrealimentación12 Turbosobrealimentación Turbogrupo Turbina centrípeta Turbocompresor centrífugo Energía disponible Pérdidas en válvulas Pérdidas térmicas en los conductos Pulsaciones Energía recuperable en general es suficiente para arrastrar el turbocompresor

13 Universidad Politécnica de Valencia Ampliación de Motores de Combustión. Tema 3.- Sobrealimentación13 Turbosobrealimentación Ventajas Recuperación de parte de la energía de los gases de escape Mejora el e global Peso y tamaño reducido Fácil conversión de un motor atmosféricoInconvenientes Acoplamiento fluido- dinámico turbogrupo / motor complejo Respuesta muy variable en función de régimen y carga Mala respuesta en transitorios (inercia)

14 Universidad Politécnica de Valencia Ampliación de Motores de Combustión. Tema 3.- Sobrealimentación14 Turbosobrealimentación ¡¡ El conjunto motor + sobrealimentación es mucho más compacto !!

15 Universidad Politécnica de Valencia Ampliación de Motores de Combustión. Tema 3.- Sobrealimentación15 Modos de Turbosobrealimentación A presión constante La energía tarda en llegar a la turbina Mejor rendimiento de la turbina A pulsos Aprovechamiento de la energía cinética Rendimiento turbina Mejor respuesta en transitorio

16 Universidad Politécnica de Valencia Ampliación de Motores de Combustión. Tema 3.- Sobrealimentación16 Turbosobrealimentación en MEP Carburador aspirado R-5 Copa Turbo Carburador soplado R-5 GT- Turbo

17 Universidad Politécnica de Valencia Ampliación de Motores de Combustión. Tema 3.- Sobrealimentación17 Turbosobrealimentación en MEP Efecto de la ubicación de la mariposa En aceleración ambos casos son iguales. En deceleración cambia el comportamiento.

18 Universidad Politécnica de Valencia Ampliación de Motores de Combustión. Tema 3.- Sobrealimentación18 Acoplamiento turbogrupo – motor Problemática Acoplamiento compresor – motor Requerimiento motor impone m a y p adm p 2 /p 1 y m a son función del régimen y la carga Acoplamiento turbina – motor Gasto másico motor = gasto másico turbina Turbina capaz de recuperar energía del escape Acoplamiento turbina – compresor N turbina = N compresor n turbina = n compresor..

19 Universidad Politécnica de Valencia Ampliación de Motores de Combustión. Tema 3.- Sobrealimentación19 Acoplamiento turbogrupo – motor Proceso termodinámico

20 Universidad Politécnica de Valencia Ampliación de Motores de Combustión. Tema 3.- Sobrealimentación20 Acoplamiento compresor – motor Elección del compresor Que no trabaje dentro de la zona de bombeo Que trabaje cerca de la zona de máximo rendimiento en todo el rango de funcionamiento del motor Que no supere el régimen de giro máximo

21 Universidad Politécnica de Valencia Ampliación de Motores de Combustión. Tema 3.- Sobrealimentación21 Acoplamiento turbina – motor Elección de la turbina W T depende de T 3 y de p 3 /p 4 T 3 = f (F R, n) p 3 /p 4 = f (Gasto, A T ) hay que ajustar o: La sección de paso de la turbina, A T O el gasto másico

22 Universidad Politécnica de Valencia Ampliación de Motores de Combustión. Tema 3.- Sobrealimentación22 Acoplamiento turbogrupo – motor Funcionamiento conjunto a plena carga ¿Cómo conseguir esta adaptación?

23 Universidad Politécnica de Valencia Ampliación de Motores de Combustión. Tema 3.- Sobrealimentación23 Acoplamiento turbogrupo – motor Válvula de descarga. Waste Gate Parte de los gases by- passean la turbina Turbina de geometría variable Modifica la sección de paso de la turbina para irla adaptando a las necesidades de cada circunstancia

24 Universidad Politécnica de Valencia Ampliación de Motores de Combustión. Tema 3.- Sobrealimentación24 Waste Gate Se elige una turbina pequeña, para asegurar N T a bajo régimen de motor A alto régimen se limita N T cortocircuitando parcialmente la turbina. La contrapresión de escape puede ser elevada

25 Universidad Politécnica de Valencia Ampliación de Motores de Combustión. Tema 3.- Sobrealimentación25 Turbina geometría variable Estátor de anchura variable Estátor con deflectores orientables

26 Universidad Politécnica de Valencia Ampliación de Motores de Combustión. Tema 3.- Sobrealimentación26 Tendencias actuales MEP Poco utilizado (peligro picado) Bajo soplado Intercooler interesante (disminuye el picado) pero poco eficiente Turbosobrealim. o compres. mecánicos Se busca: Incrementar a iguales prestaciones Increm. prestaciones MEC Sobrealimentación casi generalizada (todo son ventajas) Únicamente turboso- brealimentación Cada vez mayores relaciones de compresión Uso de intercooler Turbinas de geometría variable

27 Universidad Politécnica de Valencia Ampliación de Motores de Combustión. Tema 3.- Sobrealimentación27 Reducción consumo MEP Poco utilizado (peligro

28 Universidad Politécnica de Valencia Ampliación de Motores de Combustión. Tema 3.- Sobrealimentación28 Tema 3. Sobrealimentación Resumen Interés sobrealimentación: incremento de prestaciones y rendimiento Límites de la sobrealimentación: incremento de tensiones mecánicas y térmicas. Mayor problemática en MEP que en MEC Tipos de sobrealimentación: mecánica y turbosobrealimentación Modos: a pulsos / a presión constante Dificultad en el acoplamiento turbo / motor. Facilitado por: Waste Gate / TGV Actualmente se busca tanto el incremento de prestaciones como del rendimiento


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