Doble turbo

El sistema biturbo es un tipo de configuración de turbocompresor en la que se utilizan dos turbocompresores para comprimir la mezcla de aire y combustible de admisión (o el aire de admisión, en el caso de un motor de inyección directa ). La configuración más común consiste en dos turbocompresores idénticos o simétricos conectados en paralelo, cada uno de los cuales procesa la mitad de los gases de escape producidos por un motor en V a través de tuberías independientes. Los dos turbocompresores pueden ser del mismo tamaño o de tamaños diferentes.

Existen tres tipos de configuraciones de turbina que se utilizan en sistemas biturbo:

• Paralelo
• Secuencial
• Serie

Estas se pueden aplicar a cualquiera de los cinco tipos de configuraciones de compresor (que teóricamente podrían tener 15 configuraciones diferentes):

• Compresores compuestos
• Compresores compuestos por etapas
• Compresores secuenciales por etapas
• Compresores secuenciales paralelos
• Compresores paralelos ^{[ 1 ]}

Motor V8 de gran cilindrada de Chevrolet con doble turbocompresor en paralelo.

Motor bóxer de seis cilindros del Porsche 935 con doble turbocompresor en paralelo.

En una configuración paralela, dos turbocompresores de igual tamaño reciben cada uno la mitad de los gases de escape . ^{[ 2 ]} Algunos diseños combinan la carga de admisión de cada turbocompresor en un único colector de admisión , mientras que otros utilizan un colector de admisión separado para cada turbocompresor.

Las configuraciones en paralelo son ideales para motores V6 y V8, ya que cada turbocompresor puede asignarse a una bancada de cilindros , lo que reduce la cantidad de tuberías de escape necesarias. En este caso, cada turbocompresor recibe los gases de escape a través de un colector de escape independiente . Para motores de cuatro cilindros y de seis cilindros en línea , ambos turbocompresores pueden montarse en un único colector de escape.

El objetivo de utilizar turbocompresores gemelos en paralelo es reducir el retardo del turbo, ya que permiten usar turbocompresores más pequeños que si se utilizara un solo turbocompresor para el motor. En motores con múltiples bancadas de cilindros (por ejemplo, motores en V y motores planos ), el uso de turbocompresores gemelos en paralelo también puede simplificar el sistema de escape.

El Maserati Biturbo de 1981-1994 fue el primer automóvil de producción en utilizar turbocompresores gemelos. ^{[ 3 ]}

La sobrealimentación secuencial es una configuración en la que el motor utiliza un turbocompresor para bajas revoluciones y un segundo turbocompresor, o ambos, para altas revoluciones. Este sistema busca superar la limitación de los turbocompresores grandes, que proporcionan una presión de sobrealimentación insuficiente a bajas RPM. Por otro lado, los turbos más pequeños son efectivos a bajas RPM (cuando hay menos energía cinética en los gases de escape), pero no pueden proporcionar la cantidad de gases de admisión comprimidos necesaria a altas RPM. Por lo tanto, los sistemas de turbocompresión secuencial permiten reducir el retardo del turbo sin comprometer la potencia a altas RPM. ^{[ 4 ]}

El sistema está configurado de manera que un turbocompresor pequeño ("primario") se activa mientras el motor funciona a bajas RPM, lo que reduce el umbral de sobrealimentación (RPM a las que se proporciona una sobrealimentación efectiva) y el retardo del turbo. A medida que aumentan las RPM, una pequeña cantidad de gases de escape se dirige al turbocompresor más grande ("secundario") para que alcance su velocidad de funcionamiento. Luego, a altas RPM, todos los gases de escape se dirigen al turbocompresor secundario para que pueda proporcionar la sobrealimentación requerida por el motor a altas RPM. ^{[ 5 ]}

El primer automóvil de producción en utilizar turbocompresores secuenciales fue el Porsche 959 de 1986-1988 , que utilizaba turbos gemelos secuenciales en su motor de seis cilindros opuestos. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

Funcionamiento secuencial del turbocompresor de un Toyota 2JZ-GTE : turbocompresor primario a bajas RPM (izquierda), precalentamiento del turbocompresor secundario (centro), funcionamiento del turbocompresor secundario (derecha).

La sobrealimentación en serie consiste en conectar los turbocompresores en serie, de modo que la salida del primer turbocompresor es comprimida aún más por el segundo y, en algunos casos, alimenta la turbina de mayor tamaño.

Un turbocompresor en serie también puede ser útil en un sistema donde la presión de salida debe ser mayor que la que puede proporcionar un solo turbocompresor, comúnmente denominado sistema biturbo compuesto. En este caso, se utilizan varios turbocompresores de tamaño similar en secuencia, pero en funcionamiento continuo. El primer turbocompresor proporciona la compresión inicial (por ejemplo, hasta tres veces la presión de admisión). Los turbos subsiguientes toman la carga de la etapa anterior y la comprimen aún más (por ejemplo, hasta tres veces la presión de admisión adicional, para una sobrealimentación total de nueve veces la presión atmosférica).

Una desventaja de la turboalimentación por etapas es que a menudo produce grandes cantidades de retardo del turbo, ^{[ 8 ]} por lo que se utiliza principalmente en aeronaves con motores de pistón que normalmente no necesitan aumentar y disminuir rápidamente la velocidad del motor, y por lo tanto donde el retardo del turbo no es una consideración de diseño principal; y donde la presión de admisión es bastante baja debido a la baja presión atmosférica en altitud, lo que requiere una relación de presión muy alta. Los motores diésel de alto rendimiento también utilizan a veces esta configuración, ^{[ 9 ]} ya que los motores diésel no sufren problemas de preignición y, por lo tanto, pueden utilizar altas presiones de sobrealimentación.

http://mkiv.supras.org.nz/articles/twinturbosetups.htm