El término turbodiésel , también escrito como turbodiésel y turbodiésel , hace referencia a cualquier motor diésel equipado con un turbocompresor . Al igual que con otros tipos de motores, turboalimentar un motor diésel puede aumentar significativamente su eficiencia y potencia, especialmente cuando se usa en combinación con un intercooler . [1]
La turboalimentación de motores diésel comenzó en la década de 1920 con grandes motores marinos y estacionarios. Los camiones estuvieron disponibles con motores turbodiésel a mediados de la década de 1950, seguidos por los turismos a finales de la década de 1970. Desde los años 90, la relación de compresión de los motores turbodiésel ha ido disminuyendo.
Los motores diésel suelen ser adecuados para la turboalimentación debido a dos factores:
En los motores de gasolina turboalimentados, se puede utilizar un intercooler para enfriar el aire de admisión y así aumentar su densidad. [4]
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 . Originalmente, el turbocompresor estaba destinado a ser utilizado en motores diésel, ya que la patente de Büchi de 1905 señalaba las mejoras de eficiencia que un turbocompresor podía aportar a los motores diésel. [5] [6] [7] Sin embargo, los primeros motores turboalimentados de producción no se fabricaron hasta 1925, motores marinos turbodiésel de 10 cilindros utilizados por los barcos de pasajeros alemanes Preussen y Hansestadt Danzig . [8] [9] El turbocompresor aumentó la potencia de 1.750 PS (1.287 kW) a 2.500 PS (1.839 kW). [10] En 1925, Büchi inventó la turbocompresión secuencial, que según Helmut Pucher (2012) marca el comienzo de la tecnología moderna de turbocompresión. [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 de locomotoras turbodiésel comenzaron a aparecer a finales de la década de 1940. [14] [15] En 1951, MAN construyó el prototipo de motor K6V 30/45 mHA, 1 MW, que tenía, para su época, un consumo de combustible excepcionalmente bajo de sólo 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 los años cincuenta. 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 introdujo en 1954. [20] A finales de la década de 1960, la demanda de Los motores de camión cada vez más potentes llevaron 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 las 500 Millas de Indianápolis 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 llevaron a cabo investigaciones sobre motores turbodiésel más pequeños para turismos durante las décadas de 1960 y 1970. Rover construyó un prototipo de turbodiésel de cuatro cilindros y 2,5 L en 1963, [ cita necesaria ] 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 la berlina Mercedes-Benz 300SD (W116) , que se vendió en Estados Unidos a partir de mediados de 1978 y estaba propulsado por el motor de cinco cilindros OM617 . [25] Un año después, el Peugeot 604 D Turbo se convirtió en el primer automóvil turbodiésel vendido en Europa. Los automóviles turbodiésel comenzaron a fabricarse y venderse ampliamente en Europa a finales de los años 1980 y principios de los 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 en materia de 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 superiores. Tras la introducción de los motores common rail a finales de la década de 1990, las relaciones de compresión disminuyeron hasta el rango de 16,5 a 18,5. Algunos motores diésel fabricados desde 2016 para cumplir con la normativa sobre emisiones de escape Euro 6 tienen una relación de compresión de 14,0. [28] : 182-183
La turboalimentación puede aumentar considerablemente la potencia de salida de un motor diésel, acercando la relación potencia-peso máxima a la de un motor de gasolina equivalente. [29]
Las mejoras en potencia, economía de combustible y ruido, vibración y aspereza en los turbodiésels de pequeña y 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 matriculaciones de coches nuevos. [30] [31] Los turbodiésels 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 del par en su rango de velocidades o, si se construyen para uso comercial, pueden diseñarse para mejorar la producción de par a una velocidad determinada, según el uso exacto. Los motores diésel de aspiración natural, casi sin excepción, tienen una potencia menor que un motor de gasolina de la misma cilindrada y al mismo tiempo requieren componentes internos más fuertes (y por tanto más pesados), como los pistones y el cigüeñal , para soportar las mayores tensiones del motor diésel. mayor relación de compresión . Estos factores dan a los diésel de aspiración natural una mala relación potencia-peso. Las unidades de turbocompresor pesan muy poco pero pueden ofrecer importantes mejoras de potencia, par y eficiencia. La instalación de un turbocompresor puede llevar la relación potencia-peso de un motor diésel al mismo nivel que una unidad de gasolina equivalente, lo que hace que los turbodiésel sean deseables para uso en automoción, donde los fabricantes buscan potencias y cualidades de manejo comparables en toda su gama, independientemente del tipo. de unidad de potencia elegida.
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