MOTORES DE COMBUSTION INTERNA CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA

EVOLUCIÓN DE LA TECNOLOGÍA EN MOTORESSOBREALIMENTADOS

Edisson David Ramos Velastegui

davixoram7@gmail.com
Noveno “A”

1 INTRODUCCIÓN

Desde los inicios del automóvil uno de los objetivos

de su evolución ha sido mejorar sus prestaciones
y, sobre todo, la respuesta del motor al acelerar
incluso circulando a bajo régimen. Durante años la
forma de conseguirlo era aumentar el tamaño del
motor, es decir su cilindrada, lo que implica más
coste, consumo y contaminación. Sin embargo, se
puede conseguir con un motor de baja/media Imagen 1funcionamiento de un motor
cilindrada como seguidamente vamos a ver sobrealimentado, fuente: [1]
mediante la sobrealimentación.
La sobrealimentación de un motor utiliza medios
2 OBJETIVO mecánicos o aprovecha la dinámica de los gases, ya sea
de escape o de la propia admisión para aumentar la
cantidad de aire que entra en los cilindros. De esta
2.1 Objetivo General manera los motores tienen más potencia y normalmente
son más eficientes. [1]
Determinar el funcionamiento de sobrealimentación
en motores de maquinaria pesada y motores El uso de elementos que sirvan para sobrealimentar los
convencionales de automoviles. motores viene dado por la necesidad de aumentar la
potencia sin tener que aumentar la cilindrada. Aumentar
la potencia depende de la cantidad de combustible
2.2 Objetivos Específicos quemado en cada ciclo de trabajo y del número de
revoluciones.
 Conocer ventajas y desventajas de los motores Pero tanto en motores Diesel como en los de gasolina,
sobrealimentados y la influencia en el medio. por mucho que aumentemos el combustible que
hacemos llegar al interior de la cámara de combustión,
 Identificar la influencia de la sobrealimentación no conseguimos aumentar su potencia si este
en motores de combustión interna. combustible no encuentra aire suficiente para quemarse.
Así pues, solo conseguiremos aumentar la potencia, sin
variar la cilindrada ni el régimen del motor, si
conseguimos colocar en el interior del cilindro un
3 MARCO TEÓRICO volumen de aire (motores Diesel) o de mezcla (aire y
gasolina para los motores de gasolina) mayor que la que
La sobrealimentación ha acompañado a los hacemos entrar en una "aspiración normal" (motores
motores desde los principios de la automoción. El primer atmosféricos). [2]
diseño de un compresor para ser aplicado a un motor de La Sobrealimentación en motores de gasolina
combustión interna fue de Gottlieb Daimler y lo hizo en En el caso de los motores de gasolina, la
el año 1885. Desde entonces y hasta el día de hoy, la sobrealimentación, presenta un problema inicial que ha
historia de la sobrealimentación ha ido fluyendo a la par de tenerse en cuenta. Como se ha visto, en la
que los motores de combustión interna. [1] combustión de los motores de gasolina, el problema que
A pesar de sobrealimentar motores de tiempos acarrea sobrepasar una cierta presión de compresión
inmemoriales, la industria donde mayor evolución e puede ocasionar problemas de picado, bien por
implantación tuvo la alimentación forzada fue la autoencendido o por detonación.
aeronáutica. Los motores de pistones que utilizaban los Este problema es debido al aumento de temperatura que
aviones perdían rendimiento a medida que aumentaban sufre la mezcla de aire-combustible dentro del cilindro en
la altura a la que volaban al bajar la presión y densidad la carrera de compresión del motor que será tanto mayor
del aire, por lo que, para compensar, se optó por montar cuanto mayor sea el volumen de mezcla (precisamente
compresores mecánicos y turbocompresores a aquellos es lo que provoca la sobrealimentación).
motores. La solución para este problema consiste en reducir la
relación de compresión por debajo de 10:1 con el fin de

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que no aumente demasiado la presión y con ello la eje con un compresor interpuesto en la tubería de
temperatura de la mezcla que puede provocar el admisión de aire.
autoencendido o la detonación. [2] Esto se transforma en un aumento en la potencia y en la
eficiencia del motor. La práctica mayoría de los motores
Tipos de sobrealimentación diesel que montan los automóviles actuales cuentan con
un turbocompresor. [2]
La alimentación forzada de aire a los motores ya tiene
bastante historia y por lo tanto los tipos que hay son
cuanto menos numerosos y cada uno tiene bastantes
subtipos. La complejidad y efectividad ha ido en
aumento en estos años, hablaremos de los más
importantes en profundidad.

Alimentación forzada dinámica

Esta sobrealimentación utiliza las propiedades

dinámicas de los gases para por medio de ondas de
choque, inercias de los gases y resonadores introducir
más aire dentro de los cilindros. Su efectividad no es
muy alta, pero algunos coches utilizan admisiones de
aire variables que se aprovechan de estas propiedades
para mejorar ligeramente la capacidad de meter aire en
sus cilindros.
Entre otros sistemas de este tipo destacan aquellos que Imagen 3 Turbocompresores fuente: [2]
orientan su admisión en dirección de la marcha,
haciendo que una mayor cantidad de aire entre en la
admisión y aumentando, muy ligeramente, la potencia Los motores sobrealimentados son el futuro, y por ello
del motor. los fabricantes están protagonizando una encarnizada
guerra por asombrar con las últimas tecnologías
Compresores mecánicos volumétricos y centrífugos relacionadas con los motores Turbo. Hay de todo y para
todos los gustos, pero cada fabricante está apostando
Los compresores mecánicos son aquellos que utilizan por una forma de entender la sobrealimentación y
un sistema de tracción mecánica, normalmente una el downsizing. Turbos eléctricos, múltiples turbos
correa, engranajes o una cadena, para operar un combinados, compresores volumétricos. [3]
sistema que, por explicarlo de forma rasa, bombea aire A continuación, los motores sobrealimentados existentes
al interior de los cilindros de manera que aportando más en la actualidad y su tecnología.
combustible el motor tenga más potencia. [2]
AUDI V6 BITURBO MIT
ELECKTRISHCHEMVERDICHTER

Audi lo tenía muy claro desde hace años, la mejor forma

de ofrecer prestaciones y eficiencia en motores
sobrealimentados tenía que ser a través del uso
de compresores eléctricos, también conocidos
como Turbos eléctricos que ya probamos en el Audi RS5
TDI Concept. Su planteamiento como sistema no podía
ser más práctico, empleando un motor eléctrico para
comprimir aire e inyectarlo directamente en la cámara de
combustión desde muy bajas revoluciones. [3]
El uso de compresores eléctricos permite ofrecer un
rendimiento óptimo sin importar la carga del motor,
siendo utilizados por Audi como sistema complementario
de turbocompresores tradicionales en grandes motores
Imagen 2 compresores mecánicos volumétricos turbodiésel. Su accionamiento requiere de apenas de
centésimas de segundo, aunque por contra requiere de
fuente: [2]
una instalación paralela de 48 voltios. Su debut
comercial se ha realizado en el Audi SQ7 TDI, la
Turbocompresores
variante más deportiva del Audi Q7 con motor 4.0 V8
TDI con 435 CV. [3]
Aprovechar parte de la energía que se desperdicia por
los escapes para impulsar el aire que entra a través de
la admisión. Ese es el resultado de interponer una
turbina en la línea de escape conectada a través de un

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potentes estrenados el Volvo S90 ha desarrollado la

tecnología Power Pulse.
Si los motores gasolina de Volvo combinan
turbocompresores y compresores volumétricos, los
motores turbodiésel emplean turbocompresores en
serie (1 Turbo de geometría variable + 1 Turbo fijo),
añadiendo el sistema Power Pulse para conseguir un
mejor rendimiento y un menor tiempo de respuesta. La
tecnología Power Pulse se basa en un sistema de aire
comprimido cuya única finalidad es acelerar la turbina de
escape cuando se realicen grandes demandas de
potencia a bajas y medias cargas de motor. Este
sistema, aparentemente sencillo, consigue que, ante la
falta de gases de escape para mover la turbina, el aire
inducido directamente sobre la turbina de escape del
Imagen 4 Ilustración motor Audi con compresores
turbocompresor eleve las revoluciones del mismo en
eléctricos fuente: [3] muy poco tiempo. [3]

BMW

BMW apostó por la sobrealimentación mediante

turbocompresores, y a día de hoy se ha olvidado de los
motores atmosféricos. En BMW han encontrado un gran
aliado en los turbocompresores Twin-Scroll para motores
gasolina y el uso combinado de turbocompresores en
motores diésel.
El diseño modular es la inspiración de BMW, integrando
un complejo diseño de 2 Turbos de geometría variable +
2 Turbos de geometría fija, que actuarían de forma
secuencial en configuración 2+1+1 Turbos. Con este
diseño consigue ofrecer un rendimiento todavía mejor
que el anterior sistema de 3 Turbos: 2 Turbos de
geometría variable + 1 Turbo fijo. No cabe la menor
duda de que el grado de complejidad es alto, siendo Imagen 6 Ilustración motor VOLVO POWER
ésta la fórmula en la que BMW confía para plantar cara PULSE fuente: [3]
a Audi y su tecnología de compresores eléctricos.

PORSCHE Y WOLKSWAGEN

Aunque el Honda Legend Wing Turbo fue el primer

coche que usó turbocompresores de geometría variable
en motores gasolina, tuvimos que esperar
hasta Porsche y sus Porsche 911 Turbo para ver
perfeccionado este diseño en coches de mayor
producción. Aunque los turbocompresores de geometría
variable son muy conocidos en los motores
turbodiésel, su uso en motores gasolina siempre ha
estado limitado por culpa de las altas temperaturas de
escape (950-1000ºC) que obligaban al uso de materiales
más caros y comprometía la fiabilidad del sistema.
Ahora, tras ver a Porsche trasladar esta idea a más de
sus modelos como los Porsche 718 Cayman y Porsche
718 Boxster, el Grupo Volkswagen ha presentado
Imagen 5 Ilustración motor BMW con su nuevo motor 1.5 TSI donde una de sus principales
turbocompresores fuente: [3] novedades será la integración de un turbocompresor de
geometría variable. Este motor que desarrollará
potencias de hasta 175 CV hará posible el uso de
Volvo Power Pulse
turbocompresores de geometría variable en motores
gasolina de gran volumen de producción gracias al
Volvo es capaz de todo y el sistema Power Pulse es la diseño específico de su sistema de escape para no
prueba. En lugar de recurrir a los compresores eléctricos sobrepasar los 880ºC. [3]
que ya ha presentado en formato prototipo en su motor
2.0 Turbo de 450 CV, para sus motores turbodiésel más

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tiempos, pero realizadas todas ellas en sólo 2

tiempos, es decir, en dos movimientos del
pistón. [1]

En un motor 2 tiempos se produce una

explosión por cada vuelta de cigüeñal mientras
que en un motor 4 tiempos se produce una
explosión por cada dos vueltas de cigüeñal, lo
que significa que a misma cilindrada se genera
mayor potencia, pero también un mayor
Imagen 6 Ilustración motor PORSCHE Y consumo de combustible.[1]
WOLKSWAGEN con turbocompresores fuente: [3] Como cada Válvula del motor ha de abrir y
cerrar una vez por cada Ciclo completo, es
decir, la de Admisión durante la Fase de
4 CONCLUSIONES
Admisión y la de Escape durante la Fase de
 Los motores sobrealimentados son el futuro de Escape, la Leva correspondiente ha de girar
la auto movilización, ya que estos emplean una vuelta por cada Ciclo completo, lo cual
diferentes elementos como son los supone que el Árbol de Levas ha de dar 1
turbocompresores los cuales aprovechar parte
de la energía que se desperdicia por los vuelta por cada 2 del Cigüeñal. [2]
escapes para impulsar el aire que entra a Al analizar la Leva en sí hay que destacar su
través de la admisión. Perfil, que determina el movimiento de
 El uso de elementos que sirvan para
sobrealimentar los motores viene dado por la apertura de la Válvula y el tiempo que
necesidad de aumentar la potencia sin tener permanece abierta. Este Perfil puede ser
que aumentar la cilindrada ya que la potencia diferente para las Válvulas de Admisión y para
depende de la cantidad
de combustible quemado en cada ciclo de las de Escape, dados los ángulos de apertura y
trabajo y del número de revoluciones. cierre de las mismas, fijados por el Diagrama
 La sobrealimentación es realmente útil en los de Distribución, del cual veremos su concepto.
motores Diésel, donde la aspiración es solo
de aire, mientras que su uso en los motores Para terminar de estudiar las Levas, decir que
de gasolina, donde se aspira la mezcla de aire con un Perfil adecuado en las Levas de un
con combustible. Cilindro se consigue levantar las Válvulas a
una altura conveniente y mantenerlas abiertas
5 REFERENCIAS
durante un tiempo ideal para obtener un buen
[1] Hermógenes Gil. Técnicas de Sobrealimentación. Rendimiento Volumétrico, esto es que los
Ediciones Ceac 2002 Barcelona España. Cilindros se llenen de la máxima cantidad de
[2] Motor pasión. Sobrealimentación de motores gases posible en la Fase de Admisión, y así el
concepto y tipos. 2014, recuperado de:
http://www.motorpasion.com/tecnologia/sobrealimentacio motor produzca un rendimiento óptimo. [2]
n-de-motores-concepto-y-tipos. La máxima apertura lograda en la Válvula se
[3] Diario motor. Motores sobrealimentados, la guerra de denomina Alzada. El Perfil típico de una Leva
los motores turbo. 2016, recuperado de:
http://www.diariomotor.com/2016/05/05/tecnologias- lo podemos ver en la figura [2]
turbo/

DIAGRAMA MOTOR DE 2T
El motor de 2 tiempos es, junto al motor de 4
tiempos, un motor de combustión interna con
un ciclo de cuatro fases de admisión,
compresión, combustión y escape, como el 4

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En la figura se representan las medidas más
importantes de una Leva simétrica o estándar.
El diámetro d2 se define como Círculo Base al
que corresponde el período de cierre de la Representando en un sistema de coordenadas
Válvula. La Cresta de la Leva representada en el funcionamiento teórico de estos motores, se
la figura como la altura b corresponde al obtiene un diagrama análogo al de los motores
momento de máxima apertura de la Válvula. El de cuatro tiempos, ya que el funcionamiento
punto 1 corresponde al inicio de apertura y el teórico en sus fases de transformación de
punto 2 corresponde al momento exacto del energía es idéntico. [3]
cierre de la Válvula. El Ángulo a de apertura
de la Válvula es el comprendido entre los Durante el recorrido 1-2, las lumbreras de
puntos 1 y 2, y corresponde al determinado por carga y escape permanecen abiertas. Por ello la
el Diagrama de Distribución, este Ángulo presión en el interior del cilindro se mantiene
puede ser diferente en las Válvulas de constante y, teóricamente, igual a la presión
Admisión que en las de Escape. [2] atmosférica. Cerradas las lumbreras de carga y
Diagrama del ciclo teórico de un motor de escape se inicia la fase de compresión que dura
dos tiempos hasta el final del recorrido 2-3, cuando el
Ya sabemos que el diagrama teórico de un pistón se encuentra en su punto muerto
motor corresponde a los cálculos que el superior PMS. Es en este recorrido cuando el
constructor ha previsto para ese motor. En volante de inercia acoplado al eje del cigüeñal
principio el motor funcionaría perfectamente aporta trabajo para realizar la compresión, y
con este diagrama de distribución, o sea, con que es transformado en calor que es absorbido
unas aperturas y cierres de las lumbreras de por la mezcla. [3]
admisión y escape situadas a una distancia del Es en este punto 3 donde llega, pues, el pistón
PMS tal que permitiría un intercambio de comprimiendo la mezcla con una presión pc y
gases frescos y quemados adecuado para su una temperatura Tc, directamente proporcional
funcionamiento, sin tener en cuenta posibles a la relación de compresión del motor. [3]
inercias de las masas de los mismos, ni
interacción entre ellos, ni retardo al encendido,
etc. Por eso se llama teórico. [3]

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Diagrama del ciclo real de un motor de dos

tiempos Durante el recorrido ascendente del pistón, se
cierra primero la lumbrera de carga en 2;
El funcionamiento real de este motor está después de 10 grados de giro la de escape en 3,
sujeto a una serie de condicionantes que siendo inevitable que durante este corto
modifican su ciclo teórico ocasionando una trayecto 2-3 escapen algunos gases frescos al
deformación del mismo, tales como las exterior, con la ventaja de un mejor barrido de
pérdidas de calor a través de las paredes del gases residuales. A partir de ahí se inicia la
cilindro, el retraso en la combustión y la forma compresión, que dura hasta el punto 4, donde
de llenado de los cilindros. En estos motores es se produce el encendido, unos grados antes del
de suma importancia el correcto posicionado PMS, lo que compensa el retraso de la
de las lumbreras de admisión, escape y carga. combustión, la cual termina en el punto 5 de
[3] máxima presión. [3]
La mejora del ciclo real en estos motores se En su carrera descendente se produce la
consigue, además, actuando sobre las cotas de expansión y el trabajo hasta el punto 6, donde
la distribución. Pare ello se sitúan las se abre la lumbrera de escape. Con ello la
lumbreras de carga y escape a la distancia mayor parte de los gases quemados escapan al
adecuada, a fin de conseguir los máximos exterior sin arrastrar gases frescos. [3]
efectos de llenado y barrido. Se da un pequeño A continuación se abre la lumbrera de
adelanto a la lumbrera de escape con respecto a admisión, se llena el cilindro y se barre el resto
la de carga y, a su vez, se adelanta el encendido de los gases quemados hasta el final del
para que la combustión se realice dentro de la recorrido. La presión interna 7-1 se mantiene
máxima compresión. De esta manera se debido a que la presión de entrada de los gases
aprovecha toda la fuerza de la explosión, lo compensa el descenso de presión motivado por
que mejora el par motor y la potencia. [3] la evacuación de los gases residuales, y se
En estas condiciones, el ciclo práctico o real llega al final de la carrera con una presión
corregido es superior al real, aunque nunca interna algo mayor que la atmosférica, presión
llega al teórico. [3] a la cual se inicia el nuevo ciclo. [3]

Diagrama del ciclo práctico de un motor de Diagrama de la distribución

dos tiempos

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6 REFERENCIAS

[1] Frank Jardine (Alcoa), "Thermal Expansion in

Automotive Engine Design", SAE paper 300010, también
en SAE Journal, Sept 1930, p 317..
[2]http://laspalmastecnologica.blogspot.com/2015/02/mot
ores-tema-41-introduccion-sistema.html
[3] http://www.geocities.ws/jam49_es/page20.html