Lo mejor de ambos mundos: gemelo

Feb 10, 2024

El tema de la inducción forzada es frecuente en la comunidad de fabricantes de motores porque ofrece una oportunidad fantástica para mejorar en gran medida el rendimiento con molestias y gastos relativamente mínimos. Cuando se trata de inducción forzada, existen esencialmente dos caminos que se pueden seguir: turbocompresor o sobrealimentación, y cada uno tiene sus pros y sus contras. Pero, ¿y si combinaras los dos?

La turboalimentación ofrece numerosas ventajas. En primer lugar, los turbocompresores son conocidos por su capacidad de generar importantes ganancias de potencia. Al utilizar los gases de escape para hacer girar una turbina, comprimen el aire entrante y lo suministran al motor. Esto da como resultado un rendimiento y una aceleración mejorados. Los turbocompresores también destacan por su eficiencia de combustible en comparación con los sobrealimentadores, ya que aprovechan la energía que de otro modo se desperdiciaría de los gases de escape. Además, la turboalimentación proporciona una banda de potencia más amplia, lo que significa que los motores equipados con turbos ofrecen una gama más amplia de potencia en varias velocidades del motor.

Sin embargo, el turbocompresor también tiene sus desventajas. Uno de los principales desafíos es el retraso del turbo, que se refiere al retraso en la entrega de potencia que se experimenta cuando las rpm del motor son bajas y el turbocompresor necesita tiempo para funcionar. Esto puede provocar un retraso en la respuesta del acelerador, lo que puede resultar indeseable para ciertos conductores. Los sistemas de turbocompresor también tienden a ser más complejos y requieren componentes adicionales como intercoolers y válvulas de descarga. La mayor complejidad puede generar mayores costos de mantenimiento e instalación.

Por otro lado, la sobrealimentación presenta su propio conjunto de ventajas. Los sobrealimentadores son impulsados ​​mecánicamente por el cigüeñal del motor, lo que proporciona una entrega de potencia instantánea sin el retraso asociado con los turbos. Esta respuesta instantánea mejora la respuesta del acelerador, lo que convierte a los sobrealimentadores en una opción popular para aplicaciones de alto rendimiento. Los motores sobrealimentados también tienden a exhibir una entrega de potencia más lineal, lo que garantiza una aceleración constante en todo el rango de revoluciones.

Sin embargo, los sobrealimentadores también tienen algunos inconvenientes. Consumen energía del motor para accionar el compresor, lo que puede reducir la eficiencia del combustible en comparación con los turbocompresores. Además, los sobrealimentadores generan más calor debido a su sistema de accionamiento mecánico, lo que puede afectar la refrigeración del motor y requerir mecanismos de refrigeración adicionales. Los sistemas de sobrealimentación son generalmente más voluminosos y pesados ​​que los turbos, lo que puede afectar la distribución general del peso y el manejo del vehículo.

Las configuraciones de turbocompuesto y biturbo a menudo se utilizan para aumentar los beneficios de los motores turboalimentados, generalmente para aplicaciones diésel y de gasolina, respectivamente. Por lo general, esto reducirá el retraso del turbo según la configuración y las modificaciones realizadas en el motor. Los corredores suelen optar por una configuración grande individual o compuesta, u optan por varios estilos de sobrealimentadores.

Sin embargo, existe otra opción de inducción forzada que la industria aún no ha adoptado ampliamente: la carga doble. No debe confundirse con el biturbo, ya que el biturbo es la combinación innovadora de un sobrealimentador y un turbocompresor. No es nada nuevo: Lancia, Nissan y Volkswagen estuvieron entre los primeros en utilizar esta combinación en los años 80, pero hoy en día no es nada común. Volvo es el único fabricante importante que sigue utilizando la doble carga en muchos de sus modelos en la actualidad.

La carga doble se utiliza por diversas razones, pero principalmente sirve como reemplazo de Volvo para motores de gran cilindrada, algo que veremos de primera mano en el ejemplo que utilizamos para este artículo. Como verás, la doble carga no sólo funciona para los turismos, sino que también tiene sus ventajas en el mundo del rendimiento y las carreras.

Para profundizar en el tema, tuvimos el privilegio de hablar con Andrew Stauffer, copropietario de S&S Diesel Motorsport, sobre un impresionante motor de doble carga en el que recientemente participaron el corredor Scott Birdsall de Chuckles Garage.

"Esta configuración particular de doble carga es algo que me entusiasma desde hace mucho tiempo", dice Stauffer. "Es un concepto en el que realmente creo y he sido testigo de primera mano de su impresionante desempeño".

El motor utilizado por Birdsall para el Pikes Peak International Hill Climb 2023 es un EcoDiesel de 3.0L. No es lo que esperabas, ¿verdad? El motor EcoDiesel de 3.0L produce solo 260 caballos de fuerza según el modelo y la configuración específicos; sin embargo, una de las fortalezas notables del EcoDiesel es su alto torque.

Genera 480 lb.-ft. de torque, proporcionando potencia robusta a bajas revoluciones y capacidad de remolque. También incorpora tecnología avanzada de inyección de combustible para optimizar la combustión y la eficiencia del combustible, contribuyendo a una mejor economía de combustible. Dejando a un lado esas fortalezas, no se asumiría que el EcoDiesel de 3.0L sería la primera opción para su uso en una aplicación de alto rendimiento, y mucho menos para su uso dentro del auto de carreras LMP-1 Pikes Peak de Birdsall. Pero el modesto motor se compensa con la configuración de doble carga y algunas adiciones del mercado de accesorios y una ingeniosa construcción de motores por parte del equipo de Freedom Racing Engines.

"Nunca hemos sido capaces de generar buena potencia con una configuración de sobrealimentador únicamente en un motor diésel", admite Stauffer. "Pero cuando se combina un sobrealimentador con un turbocompresor, ocurre magia".

El concepto de doble carga implica el uso de un sobrealimentador para hacer creer al turbocompresor que el motor tiene una mayor cilindrada. En el caso del EcoDiesel de 3.0L, el sobrealimentador genera aproximadamente 15 libras. de impulso, engañando al turbo haciéndole creer que tienes algo más cercano a un 6.0L. Este enfoque único garantiza un funcionamiento más rápido del turbocompresor, lo que da como resultado una potencia y un par excepcionales a bajas revoluciones. A medida que aumentan las rpm, la contribución del sobrealimentador disminuye gradualmente con el tiempo, lo que permite una transición suave y un rendimiento óptimo de ambos componentes.

"Con esta configuración se obtiene lo mejor de ambos mundos", señala. “El sobrealimentador proporciona potencia inmediata a bajas velocidades, mientras que el turbocompresor proporciona potencia a altas velocidades. La combinación ofrece una capacidad de conducción excepcional sin sacrificar el rendimiento de gama alta”.

La versatilidad y el rendimiento de la carga doble lo hacen adecuado para diversos escenarios de carreras, incluidas carreras de resistencia, carreras todoterreno e incluso las exigencias de Pike's Peak Hill Climb. Obviamente, será necesario ajustar una configuración de manera muy diferente para esas diversas aplicaciones.

Elegir los tamaños adecuados de sobrealimentador y turbocompresor es crucial para lograr un rendimiento óptimo con doble carga. Seleccionar los tamaños adecuados para cada uno es clave: factores como la cilindrada del motor, los niveles de impulso y el uso previsto desempeñan un papel importante a la hora de determinar los componentes ideales para el rendimiento deseado.

Uno de los aspectos notables de la doble carga es que normalmente no requiere modificaciones importantes del sistema de combustible. Según Stauffer, siempre que inspeccione el combustible para obtener la potencia que desea y el sistema de aire para obtener la potencia que desea, generalmente todo encaja. Esta simplicidad y flexibilidad pueden hacer que la carga doble sea una opción atractiva para los fabricantes de motores y los entusiastas que buscan mejorar sus vehículos con motor diésel.

Para el motor de Birdsall, Stauffer y su equipo utilizaron una bomba de combustible CP4 de S&S. Dijo que al final todo se reduce a la afinación.

"Lo más importante de lo que debe preocuparse es el control de la válvula de derivación para el control de impulso, de modo que se asegure de no sobreimpulsar ni subimpulsar", dice. “Básicamente, la válvula de derivación se cierra completamente a bajas revoluciones y, con cargas ligeras, a altas revoluciones. Digamos, por ejemplo, que estás cambiando de marcha: estás perdiendo energía térmica hacia el turbo. Si cambia a 4500 rpm, cuando llega a cero combustible, cierra la válvula de derivación para ayudar a mantener el turbo en funcionamiento mientras cambia, y luego la vuelve a abrir, suponiendo que la presión de sobrealimentación esté en su objetivo después. .”

Si bien la carga doble ofrece numerosos beneficios, hay algunas consideraciones a tener en cuenta. La pérdida parásita continua del sobrealimentador puede afectar la economía de combustible, y controlar las temperaturas de admisión se vuelve crucial para evitar el sobrecalentamiento. Aunque la doble carga ha demostrado ser muy exitosa con motores de menor cilindrada como el EcoDiesel de 3.0 L, Stauffer enfatizó que el concepto se puede aplicar a motores de cualquier tamaño.

"En teoría, la doble carga se puede implementar en cualquier motor", señala Stauffer. “La clave está en comprender la dinámica del sistema aéreo y diseñar una configuración adecuada. Es probable que pronto veamos que se vuelve más común”.

De cara al futuro, Stauffer expresó su esperanza de una adopción más amplia de configuraciones de carga doble. Él cree que una vez que el concepto gane publicidad y esté respaldado por datos del mundo real, más entusiastas y fabricantes de motores estarán ansiosos por explorar el potencial de los motores de doble carga en el mundo del rendimiento.EB