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Motores sobrealimentados

Indice del curso

Compresores volumetricos o de accionamiento mecánico

El compresor de accionamiento mecánico también llamado compresor volumétrico o de desplazamiento positivo no es ninguna novedad ya que se viene usando desde hace mucho tiempo, Volkswagen ya utilizaba un compresor centrifugo inventado en Francia en 1905. Ford y Toyota empleaban un compresor de tipo Roots inventado en 1854. El uso del compresor volumétrico estuvo en desuso a nivel comercial hasta que a finales de la década de de los 80, cobro un nuevo impulso cuando fabricantes como Lancia o Volkswagen iniciaron su aplicación en modelos de gran fabricación en serie.
Los compresores volumétricos son bombas de aire. Este mecanismo puede producir fácilmente un 50% mas de potencia que los motores atmosféricos del mismo tamaño. Los antiguos compresores producían un ruido considerable pero los actuales son mucho mas silenciosos.
Como ocurre con los alternadores, los compresores volumétricos son accionados por el cigüeñal, generalmente por una correa, pero en ocasiones, por una cadena o conjunto de engranajes. Giran a una velocidad de 10.000 a 15.000 rpm, por lo tanto son mucho mas lentos que los turbocompresores. La presión de sobrealimentación esta limitada por la velocidad del motor (no hace falta válvula de descarga como en los turbocompresores).

Debido a su forma de accionamiento ofrece un mayor par motor a bajas rpm que un turbocompresor. Otra ventaja del compresor volumetrico frente al turbocompresor es que tiene una respuesta mas rápida (no tiene el efecto "retardo" del turbo). La desventaja principal del compresor es que roba potencia al motor debido a su accionamiento mecánico y esta perdida aumenta a medida que sube el régimen de giro del motor, por lo que no facilita un rendimiento eficaz del motor.

Existen diferentes tipos de compresores volumétricos como son: Roots, Lysholm, G, Sprintex, y alguno mas pero menos importantes. Su funcionamiento se basa principalmente en la aspiración de aire que entra en una cámara que disminuye de volumen.

 

Compresor Roots:
El compresor de desplazamiento mas popular es el de tipo "Roots", denominado "compresor de lóbulos". En este caso un par de rotores en forma de "ochos" conectados a ruedas dentadas que giran a la misma velocidad pero en sentidos contrarios bombean y comprimen el aire conjuntamente. Este compresor mas que comprimir el aire lo que hace es impulsarlo.

 

Los rotores se apoyan en unos cojinetes. En vista de que nunca se tocan entre si, no se desgastan. En ocasiones, los lóbulos son helicoidales y, en otras, de corte recto.
Esta versión sencilla con rotores de dos álabes origina una presión relativamente baja, y además la crea muy despacio al aumentar el régimen de giro.
La potencia absorbida se sitúa para una sobrepresión de 0,6 bares y paso máximo de aire, en 12.2 CV.
El rendimiento del compresor Roots no es muy alto y además empeora con el aumento del régimen de giro.
La capacidad de suministro sólo supera el 50% en una gama muy limitada. El aire comprimido se calienta extraordinariamente.

Los compresores de lóbulos tienden a "pulsar" a bajas velocidades, no obstante, los de rotores helicoidales tienden a contrarrestar al máximo dichas pulsaciones. Los rotores pueden tener dos o tres lóbulo. Un rotor de tres lóbulos tiende a pulsar menos que uno de dos. El rotor de tres lóbulos da mejores resultados gracias a una mayor complejidad en su construcción, para moverse sólo necesitaba robar al motor 8 caballos de potencia para conseguir 0,6 bares de presión.
Cuando el motor no esta sometido a una gran carga, el vació del colector de admisión, gira los rotores como un molino de viento, robando por tanto menos potencia del motor.

A altas revoluciones, mover el compresor le supone al motor una gran perdida de potencia, para reducir este esfuerzo marcas como la japonesa Mazda utiliza un compresor con polea de accionamiento de diámetro variable. Esto se consigue por medio de una polea que es acoplada al compresor por medio de un sistema de electroimán como el que utiliza el compresor del aire acondicionado. Por medio de un botón se pone en funcionamiento el compresor a voluntad del conductor.

 

Compresor Roots (figura inferior) utilizado en los motores TSi de Volkswagen. El compresor cuyo funcionamiento esta basado en el principio Roots, una característica de este tipo de compresores es su capacidad para mantener el giro cuando se produce un cambio de marchas. El compresor es accionado mecánicamente por el cigüeñal del motor mediante una correa que mueve entre otros dispositivos, la bomba de agua, que forma conjunto con el embrague magnético que conecta o desconecta la transmisión de movimiento al compresor. La conexión y desconexión de la transmisión de movimiento al compresor esta gestionada por la centralita de inyección (ECU).

 

Una variante al compresor roots de lobulos rectos es el compresor Lysholm compuesto por dos piezas helicoidales que giran engranadas. El aire entra entre estas dos piezas que -al girar- disminuyen el volumen donde está alojado ese aire y aumentan su presión. El compresor Lysholm está movido normalmente por el cigüeñal mediante una correa. Mercedes lo utiliza en sus motores de gasolina sobrealimentados. El rendimiento de este compresor es aproximadamente de un 80 por ciento. El huelgo de ajuste entre los dos rotores no supera los 0,2 mm y por ejemplo los que utiliza Mercedes en sus modelos son de aluminio y huecos para para disminuir peso e inercia, van recubiertos de un material sintetico altamente deslizante que mejora el flujo de aire, gira hasta 12.000 rpm garantizando una sobrealimentación suficiente a cualquier regimen para aumentar el par.


El funcioamiento del compresor es controlado por un embrague electromagnético (como el utilizado para activar el compresor del aire acondicionado) gestionado por la unidad de control (ECU Motronic) la que tambien gestiona la apertuara o cierre de la válvula de derivación o by-pass de forma que que cuando se desembraga sea abre la válvula quedando el compresor fuera de servicio, cuando no es necesario, quedando el motor en aspiración normal. Cuando las prestaciones requieren la acción del compresor, primero se embraga y cuando manda suficiente presión se cierra la válvula, se consigue asi una aceleración progresiva

 

Compresor G:
Los compresores utilizados por Volkswagen, llamados compresor centrifugo o cargador "G", presentan una forma de sus cámaras similar a esta letra. Las piezas alojadas en su interior se desplazan en un movimiento excéntrico (no giran). Se caracteriza por un elemento desplazable dispuesto excéntricamente con estructura espiral en ambos lados (espiras móviles), que da lugar, junto con las carcasas (cárter fijo), también en espiral a cámaras de volumen variable. Dejó de utlizarse en la década de los 90 por sus problemas de lubricación y estanqueidad. El compresor G lo montaban los modelos VW Polo y Golf con los conocidos motores G40 y G60.


Funcionamiento del compresor G

Para ver una animación que muestra el funcionamiento del compresor G: entrar.

 

Para ver el despice real de un compresor "G" te animo a que visites la web de: G-lader.info.


Debido a que los compresores no funcionan por la acción de los gases de escape, no se calientan, por lo que la lubricación no constituye un problema tan importante como ocurre en los turbocompresores. De hecho, las unidades de compresores del tipo Roots se lubrican con su propio suministro de aceite SAE 90 de engranajes (el mismo que el de la caja de cambios), el cual no tiene un intervalo de cambio de aceite especifico. Los compresores son maquinas muy fiables, si bien la suciedad es su gran enemigo. Las fugas de vació (del lado de la admisión) atraen el polvo, el cual puede arruinar el compresor. Las fugas de aire del lado de salida del compresor disminuyen el rendimiento del motor. Por otra parte, las fugas de vació pueden confundir a la computadora (ECU), haciendo que la mezcla resulte demasiado pobre. Además una fuga en el lado de la presión aumenta en exceso la riqueza de la mezcla. El sensor de oxigeno (sonda Lambda) de estos sistemas capaces de regular la riqueza de la mezcla de aire y combustible analizando las características del gas quemado solo puede introducir correcciones menores en la mezcla y no puede contrarrestar el efecto de una fuga importante. Las fugas suelen estar acompañadas de un sonido (silbido) que cabe localizar fácilmente escuchando su procedencia.

 

Comprex
El comprex aprovecha las ventajas del turbocompresor y del compresor volumétrico para hacer una maquina mas eficaz en un principio, aunque luego veremos que también tiene sus inconvenientes. Transfiere la energía entre los gases de escape y el aire de alimentación por medio de unas "ondas de presión" generadas entre las finas paredes radiales de un tambor, que gira gracias a una conexión directa con el cigüeñal. Combina por lo tanto el funcionamiento de un turbocompresor el aprovecharse de la energía de los gases de escape del motor, si bien el accionamiento de su rotor solo requiere una parte muy pequeña de potencia del motor para el mantenimiento del proceso de las "ondas de presión". Este tipo de compresor funciona muy bien en los motores Diesel, pero presenta desventajas como su complejidad mecánica funcionamiento ruidoso y costes de fabricación.

El rodete celular del comprex es accionado por el cigüeñal del motor a través de correas trapezoidales Para reducir el ruido, las ranuras del rodete son de distintos tamaños. El rotor gira dentro de un cuerpo cilíndrico, en cuya cara frontal desembocan los conductos de aire y de gases de escape, y ademas de entrada de aire a baja presión y el aire a alta presión por un lado, y el gas de escape a alta presión y la salida de gas a baja presión por el otro lado.
El rodete lleva cojinetes flotantes. Los cojinetes se encuentran en el lado del aire. Esta conectado al circuito del aire del motor.

El comprex resulta de tamaño bastante grande, y es accionado por el cigüeñal a través de una correa. Esto hace que la ubicación del comprex en el motor sea muy difícil.
Otra desventaja de este sistema de sobrealimentación es que su precio es dos o tres veces mayor que el de un turbocompresor equivalente. También presenta un silbido agudo durante las aceleraciones que lo hace molesto.
El contacto de los gases de escape con el aire de admisión provoca que aumente la temperatura del aire que entra en los cilindros por lo que baja el rendimiento del motor.

 

 

 

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