Ford ha rediseñado el twin-turbo

Ford ha rediseñado el twin-turbo

Esta nueva configuración debería mejorar el empuje en todo momento


Tiempo de lectura: 7 min.

Según una nueva patente encontrada por los compañeros de CarBuzz en la Oficina de Patentes y Marcas Registradas de los Estados Unidos (USPTO), Ford ha rediseñado el twin-turbo. Esta nueva configuración debería mejorar el empuje en todo momento, ya que, por una parte, uno de ellos se encargará de mejorar el empuje en bajas revoluciones por minuto, mientras que el otro lo hará en altas.

Los ingenieros de Ford han revisado el concepto de twin-turbo para este nuevo desarrollo, pero con una serie de modificaciones interesantes para convertirlo en una configuración turbo completamente nueva aplicable a motores diésel y de gasolina. Este nuevo sistema de sobrealimentación puede hacer que el motor V6 EcoBoost utilizado en la Ford F-150 se comporte aún más como un V8 de gran cilindrada en su respuesta a bajas revoluciones, al mismo tiempo que lo hace más potente a altas revoluciones.

La solución de Porsche pasó por partir en dos el turbo y electrificarlo para aprovechar mejor la energía generada, pero ¿y si una solución derivada de otra más clásica es la respuesta? En este sentido, podríamos estar ante la posible solución de futuro inmediato para los Ford Mustang, ya que un propulsor dotado de estas características podría reducir notablemente las emisiones y la eficiencia de los V8 de Ford. Pero fuera de las elucubraciones que podamos hacer vamos a ver las posibles ventajas e inconvenientes que puede tener esta tecnología.

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Los twin-turbo ya se habían utilizado, pero este nuevo diseño es nuevo en los motores gasolina

Los estadounidenses han elegido una configuración de turbos múltiples compuesta, aplicada generalmente a motores diésel. En esta configuración, se usa un turbo más grande como primera etapa (primaria) y envía todo su flujo de aire a un turbocompresor más pequeño (secundario). Con la turboalimentación compuesta, la salida del compresor (aire fresco) del turbo primario grande está conectada a la entrada del compresor del turbo secundario más pequeño, y la salida de la carcasa del escape del turbo primario alimenta la entrada de la carcasa de la turbina del turbo secundario.

Simplificado, esto significa que el turbo primario es el único que obtiene el aire de admisión de la atmósfera, y también es el único conectado al colector de escape del motor. El turbo secundario obtiene todos sus suministros de flujo de gas del turbo primario. Esta disposición multiplica de forma efectiva la presión de sobrealimentación, y, debido a que hay un turbo grande de alta capacidad que fuerza su salida de aire fresco a un turbo más pequeño antes de que el aire ingrese al colector de admisión del motor, el flujo de aire a altas velocidades del motor también mejora considerablemente.

Esto pretende ofrecer lo mejor de ambos mundos, con el turbo pequeño que proporciona respuesta a bajas revoluciones y el grande que proporciona potencia a altas revoluciones. Pero hay una serie de desventajas en esta configuración, ya que genera mucho calor en la carga de admisión debido a la compresión de aire de múltiples etapas, por lo que generalmente se requiere un enfriamiento intermedio adicional entre el motor y la admisión. Los colectores y las tuberías del turbo también son muy complejos, y su diseño voluminoso generalmente ocupa mucho más espacio que las soluciones más habituales.

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¿El empuje de un diesel con la estirada de un gasolina?Ford cree que es posible

Si bien el enfriamiento intermedio reduce la temperatura del aire de admisión que llega al motor, los motores de gasolina generalmente necesitan temperaturas de admisión aún más bajas que los motores diésel para evitar el autoencendido cuando se enfrentan a presiones de sobrealimentación elevadas y al aumento del flujo de aire de admisión propio de este diseño. En consecuencia, la turboalimentación compuesta generalmente solo se encuentra en motores diésel grandes, donde se colocan más fácilmente debajo de los capós de los vehículos más voluminosos.

La nueva patente de Ford adopta un enfoque diferente, ya que ambos turbos tienen carcasas de escape de tamaño idéntico, y ambos obtienen el flujo de entrada de gases de escape directamente del motor. La principal diferencia se puede encontrar en las carcasas de sus compresores, donde los turbos están vinculados en una configuración twin-turbo, pero con un intercooler primario para reducir la temperatura del aire de admisión antes de que el aire entre en el turbo secundario. El lado del compresor del turbo primario más grande alimenta la entrada de la carcasa del compresor más pequeño del turbo secundario, desde donde el aire se comprime nuevamente antes de ingresar al motor después de pasar por un segundo intercooler.

Esto significa que, mientras que el turbo más grande tardará más en generar presión efectiva, su capacidad de flujo adicional asegurará una potencia mantenida a altas revoluciones, mientras que la rueda del compresor más ligera del turbo más pequeño brindará la respuesta rápida necesaria para garantizar la capacidad de conducción a bajas revoluciones. Este nuevo diseño twin-turbo se puede utilizar independientemente del tipo de combustible, ya sea gasolina o diésel.

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El sistema es complejo y en principio solo podría instalarse en vehículos de cierto tamaño

Además, la patente menciona específicamente el uso de turbos de geometría variable (VGT), que mejorarán aún más la respuesta de los turbos primarios y secundarios. Los VGT generalmente solo se aplican en motores turbodiésel porque un motor de gasolina generalmente tiene temperaturas de gas de escape mucho más altas que un diésel. Hasta ahora, esto ha tendido a hacer que los VGT no sean confiables cuando se combinan con motores de gas, a menos que se usen materiales de alta tecnología en la construcción de la carcasa del escape para contrarrestar la temperatura más alta del escape. Porsche lo logra con sus motores turbo de última generación, pero las implicaciones de costos simplemente hacen que sea antieconómico llevarlo al mercado masivo.

Ford adopta un enfoque diferente para la aplicación de turbos VGT en un motor de gasolina al alterar la sincronización de la válvula de admisión del motor para lograr un ciclo de combustión Miller. Este ciclo de combustión mantiene abiertas las válvulas de admisión durante la parte inicial de la carrera de compresión, lo que hace que parte de la carga de admisión salga de la cámara de combustión antes de que se cierre la válvula de admisión. Esto conduce a una relación de expansión que es mayor que la relación de compresión, lo que no solo mejora la eficiencia térmica del motor, sino que también conduce a temperaturas más bajas de los gases de escape debido a la carrera de expansión prácticamente prolongada.
La combinación de esto con un control electrónico fino sobre la recirculación juiciosa de los gases de escape significa que la temperatura de los gases de escape cae a un nivel en el que una carcasa de escape VGT normal se vuelve adecuada para su aplicación en un motor de gasolina, evitando así materiales caros en la producción en masa. Todas estas innovaciones se suman a una forma radicalmente nueva de turboalimentar un motor de gasolina. El impulso combinado y el tamaño asimétrico del turbo permiten una respuesta rápida, así como una gran potencia a altas revoluciones, los turbos VGT mejoran aún más la respuesta del turbo y el ciclo de combustión Miller mejora la eficiencia térmica del motor.
Si consiguen hacer fiable un VGT barato en un motor gasolina podríamos vivir una revolución en estos motores

Este motor será más limpio y más eficiente de lo que permitirá la tecnología establecida, y también muestra que, si bien Ford ya está en el carro de los vehículos eléctricos, claramente tampoco ha renunciado al motor de gasolina, como muchos otros fabricantes.

 

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Sobre mí

Francisco Javier Rodriguez

En la época en la que pasaba el día dibujando coches, alguien me preguntó: ¿pero a ti te gusta más la mecánica o la carrocería de los coches? Esa misma semana leí el Manual del Automóvil de Arias Paz. Tenía 14 años, esa simple pregunta es la razón por la que estoy aquí, desde entonces no he parado de aprender sobre lo que se convirtió en mi pasión.

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