¿Por qué un turbocompresor sólo produce sobrealimentación cuando el motor está bajo carga?

Permítanme comenzar con un excelente libro sobre el tema: Corky Bell’s Maximum Boost . Hay un buen tratamiento de los fundamentos del funcionamiento del turbocompresor, además de algunas aplicaciones antiguas y esotéricas que siguen siendo interesantes. Por ejemplo, encuentro que la discusión sobre la turboalimentación de diferentes tipos de carburador es de interés intelectual, si no práctico.

Para resumir los puntos señalados en su pregunta, he aquí algunos de los principales aspectos del motor turboalimentado que son de interés:

1. El flujo de aire : recuerda que un motor de combustión interna es efectivamente una bomba de aire. Si hablamos de un motor que funciona “bajo carga”, podemos suponer que ha abierto el acelerador. Por ejemplo, al rodar cuesta abajo, no es necesario pisar el acelerador, por lo que todo el recorrido de admisión a escape está bombeando una masa de aire menor. Sin embargo, al conducir cuesta arriba tendrás que abrir el acelerador (dar gas), añadiendo aire a la admisión. Esto hace que el ordenador del motor añada combustible a la mezcla. La mezcla de combustible y aire se quema para producir energía. El escape de esta combustión procede entonces a …

2. La turbina : es una parte que se parece a la parte delantera de un motor a reacción que se encuentra en el recorrido de los gases de escape. La turbina se encuentra en un extremo de un eje que gira. En el otro lado está el compresor. Esta es la parte que realmente hace el impulso en el lado de admisión del motor. Cuanto más gas de escape pasa por la turbina, más quiere girar y hacer el impulso en el lado del compresor. Sin embargo, también hay …

3. La puerta de escape: es una válvula que también se encuentra en el recorrido de los gases de escape. Proporciona un atajo para el escape si el motor no necesita realmente el impulso en este momento. Esto puede ser utilizado para el control de impulso máximo (demasiado impulso puede destruir físicamente su motor). Puede ser una válvula de muelle puramente mecánica que se mantiene cerrada hasta una cierta presión positiva en el camino de admisión y luego se abre progresivamente a medida que aumenta el impulso. También puede estar bajo el control directo del ordenador del motor. Por ejemplo, mi coche (en el ajuste de stock) era muy molesto en su negativa a permanecer en el pico de impulso en tercera velocidad. También se negaba a aumentar la potencia más allá de un cierto punto con el acelerador parcial. El ordenador del motor estaba diciendo efectivamente “no, eso es suficiente diversión por ahora”.

Por ejemplo, si estoy rodando cuesta abajo en marcha con el pie fuera del gas, el acelerador está cerrado. No hay suficiente masa de aire pasando por el camino de admisión a escape para hacer girar el turbo, con válvula de descarga o sin ella.

Sin embargo, la escena cambia al pie de la colina al subir la siguiente subida. Tengo que abrir el acelerador para subir la cuesta. Si estoy en una marcha baja, las RPM serán más altas, la energía de los gases de escape será más alta y la turbina girará a tope. Sin embargo, como necesitaría una aceleración parcial en una marcha inferior para obtener la misma aceleración, mi ordenador de motor podría vetar la sobrealimentación más allá de cierto punto, abriendo la válvula de descarga.

Si estoy en una marcha alta, las RPM serán más bajas y tendré que abrir el acelerador a fondo para subir la cuesta. Sin embargo, el volumen y la velocidad de los gases de escape serán bajos y es posible que no tenga suficiente energía para que el turbo haga alguna presión positiva significativa (por ejemplo, alrededor de 40 mph en quinta en mi coche). Aunque me gustaría mucho hacer boost en esta situación, no podré hacerlo.

Más o menos lo has adivinado, y si no lo has hecho wikipedia es tu amiga .

En resumen, el turbocompresor funciona teniendo dos turbinas conectadas al mismo eje de rotación. Una de las turbinas es girada por los gases de escape, que hacen girar a la otra turbina. La segunda es la que impulsa el aire hacia la admisión del motor.

Al ralentí, apenas hay gases de escape para producir sobrealimentación. Abrir el acelerador => más aire movido por el motor => más escape => más impulso.

No exactamente… Recuerda que no todos los motores turboalimentados utilizan wastegate.

Lo que sucede es que tu motor está girando a 2000 RPM sin carga, ahora pones una carga, las RPM caen y para traerlo de vuelta a 2000 RPM tienes que añadir aceleración, lo que está descargando combustible en el motor. Al verter el combustible, estás aumentando la presión de combustión, y en última instancia, la mayor presión de escape va a girar la turbina rápida, y producir más impulso que aumentará la presión de combustión aún más (más O2 ahora disponible). Verás, en un motor sin carga, incluso sin wastegate el turbo no está haciendo mucho.

y para complicar un poco más las cosas aquí, en un motor diesel funciona de forma similar pero diferente. En un diésel no hay regulación del aire de admisión, la admisión siempre está sin restricciones y la potencia está determinada por la cantidad de combustible inyectado. Por eso, cuando los diésel se revolucionan, echan mucho humo hasta que el motor se pone al día. Los diésel turboalimentados dependen del propio turbocompresor como forma de regulación del aire de admisión.

El motor de su coche utiliza más combustible para hacer girar el motor a 3000RPM cuando está bajo carga en lugar de estar revolucionado en punto muerto. Esa es la respuesta corta.

Más combustible significa más gases de escape, lo que significa más empuje. Por el contrario, cuando se revoluciona en punto muerto, se utiliza mucho menos combustible y, por tanto, muchos menos gases de escape para hacer girar el turbo. Esta es también la razón por la que tu coche es más pesado en gasolina yendo cuesta arriba que cuesta abajo.

Además, el sistema de gestión de tu coche probablemente desactive la válvula de descarga/soplado cuando se desactive el acelerador. Es una característica de seguridad.