Ajustar motores turboalimentados suele asustar a muchos preparadores novatos. Incluso si eres experto en la optimización de motores atmosféricos, la idea de hacerlo puede resultar abrumadora. Sigue leyendo para descubrir las técnicas necesarias y déjanos demostrarte que no hay nada que temer.
En este artículo: Ajuste de turbo vs. NA | Explicación del mapa objetivo AFR | Enfoque en el mapa turbo | Problemas comunes de sobrealimentación | Gestión de la temperatura
Ajuste turboalimentado vs. N/A
Ya sea que estés ajustando un motor turboalimentado o de aspiración natural (N/A), lo que intentas hacer es optimizar el suministro de combustible para que se ajuste a la masa de aire que entra al motor y optimizar la sincronización del encendido para generar una chispa en el punto correcto del ciclo del motor y alcanzar el par máximo; esto se conoce como sincronización MBT. Esto significa que, básicamente, estás haciendo lo mismo si estás ajustando un motor turboalimentado o uno de aspiración natural; sin embargo, hay algunas consideraciones adicionales para el primero.
Si bien el proceso de ajuste es básicamente el mismo, los motores turboalimentados suelen tener un margen de ajuste más estrecho en cuanto a lo que necesitamos para mantener su funcionamiento fiable y producir buena potencia. Dado que los motores turboalimentados suelen generar más potencia que un motor N/A comparable, los daños en el motor pueden producirse con mayor rapidez si el combustible o el encendido no son correctos. Entender las necesidades del motor es el primer paso para crear un ajuste fiable y reducir la carga de trabajo en el banco de pruebas.
Uno de los conceptos que debemos abordar es el significado de la presión de sobrealimentación. En muchos sentidos, la presión de sobrealimentación como valor numérico no nos dice mucho, y el aspecto mucho más importante es que la presión de sobrealimentación genera flujo de aire. En realidad, el flujo de aire es clave para las necesidades del motor en términos de combustible y encendido. Esto significa que decir que utilizamos 20 psi de sobrealimentación no es tan útil, ya que la cantidad de flujo de aire y, por lo tanto, la potencia que podemos generar con un turbocompresor de mayor tamaño, como un Garrett GTX55, es completamente diferente a la misma presión de sobrealimentación en un turbo de tamaño moderado, como un Borg Warner EFR 7163.
Olvídate por un momento de que normalmente se usa presión de sobrealimentación en el eje de carga de una ECU independiente. Lo importante es entender que, al superar la presión atmosférica de 100 kPa (que es aproximadamente el máximo que podemos alcanzar con un motor atmosférico) y alcanzar la sobrealimentación positiva, el turbocompresor simplemente se utiliza para impulsar más aire hacia los cilindros. Esto tiene dos efectos en nuestros requisitos de ajuste, y comenzaremos con el suministro de combustible.
A medida que quemamos más combustible y aire en el cilindro, generamos más calor. Debemos tener cuidado con este calor o corremos el riesgo de dañar el motor o crear condiciones que aumenten la probabilidad de detonación. Aunque pueda parecer contradictorio, añadir un poco de combustible adicional mediante una relación aire-combustible más rica significará que parte del combustible adicional pasará por la cámara de combustión sin quemarse, lo que reducirá la temperatura de la carga de combustión. Teniendo esto en cuenta, a medida que aumenta el flujo de aire y la presión de sobrealimentación, conviene avanzar hacia una relación aire-combustible más rica. Por supuesto, hay un límite en la riqueza de combustible que se puede alcanzar antes de que la potencia comience a disminuir o surjan problemas con una falla de encendido.
En segundo lugar, avanzar hacia una sobrealimentación positiva también afecta la sincronización del encendido. La tendencia que observamos aquí es que una mayor sobrealimentación requiere retrasar la sincronización, es decir, iniciar la chispa más tarde en el ciclo del motor. Se podría suponer que necesitamos retrasar la sincronización para evitar la detonación, y si bien esto puede ser un factor a considerar, incluso antes de que el motor comience a sufrir detonación, veremos esta tendencia en nuestra tabla de sincronización. Esto se debe a que, en igualdad de condiciones, al quemar más combustible y aire en el cilindro, el proceso de combustión es más rápido. Esto significa que no necesitamos tanto avance del encendido para alcanzar la temperatura media de combustión (MTB) .
Como acabo de mencionar el golpeteo, esto es otra consideración para nosotros, y casi todos los motores turboalimentados que funcionan con combustible de surtidor tendrán lo que llamo "golpeteo limitado". Esto simplemente significa que, a medida que se avanza la sincronización hacia la MBT, se experimentará golpeteo antes de alcanzarla. El golpeteo puede destruir rápidamente el motor , así que, en ese caso, será necesario detener y retrasar un poco la sincronización para tener un margen de seguridad.
Explicación del mapa de objetivos del AFR
Ahora que hemos cubierto los conceptos básicos, profundizaremos un poco más en los detalles y comenzaremos considerando el mapa objetivo de AFR , que divide las regiones operativas del motor en varias zonas diferentes, cada una de las cuales tendrá diferentes requisitos de relación aire-combustible . En el eje vertical, tenemos la presión de sobrealimentación y en el horizontal, las RPM. Con un motor atmosférico, como se mencionó anteriormente, no se puede acceder al área por encima de los 100 kPa. Sin embargo, con motores turboalimentados, la situación es bastante diferente.
La línea roja en el gráfico anterior muestra una aproximación de cómo podría esperarse que se vea una curva de impulso típica. Qué tan lejos se mueva en la región impulsada, por supuesto, dependerá de su turbo, la presión del resorte de la válvula de descarga y sus objetivos de impulso. Un área en la que pasará una gran cantidad de tiempo es la región de transición, donde es probable que esté en quizás un 25-40% del acelerador. Esto podría ser, por ejemplo, cuando conduce subiendo una colina ligera o usando un poco de acelerador para pasar a un automóvil en carretera abierta. Como su nombre lo indica, también pasará por esta región a medida que el turbo comienza a girar cuando pasa al acelerador a fondo. Al seleccionar nuestros objetivos de relación aire-combustible , queremos considerar la cantidad de carga que se aplica en el motor y luego podemos seleccionar objetivos de AFR que sean adecuados en función de esto.
Para un motor típico que funciona con gasolina de surtidor, podríamos esperar ajustar una AFr estequiométrica en las zonas de ralentí y crucero. Sin embargo, en la zona de transición, hay mayor flujo de aire hacia el motor y necesitaremos ajustar una AFr más rica; una relación de alrededor de 14.0:1 sería bastante típica. A medida que aumenta la presión y pasamos de la presión media a la alta, enriqueceremos progresivamente la mezcla desde aproximadamente 12.0-12.5:1 hasta quizás 11.5:1. Tenga en cuenta que estas son solo directrices y, en última instancia, debemos realizar pruebas para determinar las necesidades del motor.
Usando el Dyno
Cuando estoy tuneando un auto en el banco de potencia, intento usarlo para replicar el rendimiento del motor en carretera. Por ejemplo, si aceleras a fondo en carretera, el auto acelerará y las rpm del motor aumentarán rápidamente. En condiciones de aceleración a fondo, tendría sentido ajustar el combustible y el encendido realizando rampas de aceleración en el banco de potencia. Sin embargo, si usamos alrededor del 20-30% del acelerador, es más probable que las rpm del motor se mantengan estables o aumenten lentamente. En este caso, ajustaríamos estas áreas en condiciones de estado estable en el banco de potencia, donde el banco de potencia aplicará una cantidad variable de carga para mantener las rpm constantes a medida que cambiamos la posición del acelerador.
Para desglosarlo un poco más, usaremos el dinamómetro en modo de estado estable para ajustar las zonas de crucero y transición del mapa, pero una vez que lleguemos a WOT, cambiaremos a usar el dinamómetro para realizar carreras de rampa. Esto nos brinda las condiciones de operación más realistas, lo que garantiza que, una vez en la carretera o la pista, el AFR coincida con lo que vimos en el dinamómetro y el tiempo de encendido sea óptimo. Esta técnica también ayuda a limitar la cantidad de calor que se genera, ya que no necesitamos estar a WOT y con alta sobrealimentación en estado estable durante períodos prolongados. En definitiva, son las zonas de crucero y transición las que vamos a utilizar más tiempo en un coche de calle, por lo que tiene sentido centrar nuestros esfuerzos en ellas.
Si hacemos nuestro trabajo correctamente, obtendremos un motor suave al conducir, con mayor respuesta al acelerador y, además, con un mejor consumo de combustible. Si bien no podemos ignorar otras áreas del mapa de combustible, la zona de altas revoluciones y baja carga, por ejemplo, es a la que solo accederemos al cambiar de marcha o al levantar el acelerador, por lo que la precisión es menos importante y, en todo caso, es mejor tener una mezcla ligeramente rica.
Con un motor turboalimentado, puedes operar con diferentes niveles de sobrealimentación según el control de sobrealimentación. Por ejemplo, con los gráficos anteriores, supongamos que el resultado final es tu presión mínima de sobrealimentación. Esta podría ser la presión del resorte de la válvula de descarga, lo que significa que la presión de sobrealimentación no se puede reducir físicamente por debajo de este nivel a máxima aceleración. A partir de aquí, puedes aumentar la presión de sobrealimentación electrónica o neumáticamente. En el dinamómetro, siempre comenzaremos nuestro ajuste con la presión mínima de sobrealimentación que podamos lograr. Luego, podemos ajustar el combustible y el encendido antes de aumentar lentamente la sobrealimentación. Esto nos permite comenzar con una carga y un estrés mínimos en el motor, además de que podemos comenzar a extrapolar las tendencias en las tablas de combustible y encendido a las áreas de mayor sobrealimentación. Esto significa que cuando aumentamos la sobrealimentación, es probable que nuestro ajuste ya esté muy cerca y solo necesite ajustes menores.
Problemas comunes del control de impulso
Aunque nos encantaría que cada sesión de ajuste fuera fluida, lamentablemente rara vez es así, y existen un par de problemas comunes que encontramos al ajustar motores turboalimentados . Comprender estos problemas te permitirá detectar rápidamente cuándo ocurren y comprender cuál es el problema, así como las posibles soluciones:
El problema más común que veo es un sistema de control de sobrealimentación mal conectado. Esto aplica tanto a sistemas electrónicos como neumáticos, y puede consumir mucho tiempo en el banco de pruebas. En algunos casos, no podrá aumentar la sobrealimentación al intentarlo, pero en otros, es probable que tenga una presión de sobrealimentación excesiva, lo que podría dañar el motor. Por eso siempre es importante asegurarse de que la ECU esté configurada con un corte de sobrealimentación antes de realizar cualquier ajuste. Afortunadamente, la solución es sencilla: lea el manual que venía con la válvula de descarga o el controlador de sobrealimentación y asegúrese de que la conexión sea correcta.
El segundo problema que probablemente encontrará, especialmente con los turbocompresores de serie, es que la sobrealimentación tiende a disminuir a altas revoluciones. Esto puede impedirle mantener la sobrealimentación deseada y suele deberse a que el turbo empieza a ser restrictivo a altas revoluciones. Si bien instalar un resorte más rígido podría ser útil en este caso, la solución definitiva es considerar un turbo de tamaño más adecuado. Por supuesto, no hay nada gratis y, generalmente, al liberar la parte caliente del turbocompresor, se sacrifica el umbral de sobrealimentación y la respuesta de sobrealimentación.
La última situación, y potencialmente la más peligrosa, es cuando la presión de sobrealimentación aumenta exponencialmente a medida que aumentan las rpm del motor y no se puede controlar. Es comprensible que esto pueda destruir rápidamente el motor si se deja sin control. Existen diversas causas potenciales, pero suponiendo que el sistema de control de sobrealimentación esté correctamente conectado, la razón habitual es una válvula de descarga demasiado pequeña o una que está colocada de tal manera que los gases de escape tienen dificultades para fluir hacia ella.
Gestión del calor
El calor es uno de los principales aspectos de la puesta a punto de un motor turboalimentado que desalienta a los preparadores. Con una gestión adecuada del calor, no hay nada que temer. Sin embargo, es fácil concentrarse tanto en optimizar el combustible y el encendido que se olvida controlar las distintas temperaturas. Es importante acostumbrarse a hacerlo y los siguientes son parámetros que conviene controlar:
- Temperatura del refrigerante del motor: en particular, a medida que avanza hacia las regiones de RPM más altas durante el ajuste de estado estable, la temperatura del refrigerante del motor puede aumentar rápidamente, lo que requiere que vuelva al ralentí y permita que se estabilice antes de continuar.
- Temperatura del aire de admisión: Si bien es casi seguro que un motor turboalimentado tenga un intercooler, bajo carga alta en régimen constante, puede acumularse calor. Esto también puede ocurrir después de varias pruebas de rampa consecutivas. Sobre todo en un banco de pruebas, es difícil replicar el flujo de aire real y el intercooler podría no disipar el calor tan bien como a alta velocidad en carretera o circuito. Tener a mano un pulverizador de agua para rociar el núcleo del intercooler entre pruebas es una excelente manera de obtener temperaturas del aire más consistentes y realistas en el banco de pruebas.
- Temperatura del aceite: Esto suele ser menos preocupante y muchas ECU de posventa no cuentan con un sensor para ello. Si puede monitorearla, hágalo como un ajuste estable bajo carga alta y aplicando mucha temperatura al aceite.
Para mantener las temperaturas mencionadas bajo control, si lleva el motor a una celda donde se encuentra en presión de sobrealimentación positiva y observa que es necesario realizar un cambio, no es necesario mantener el motor en esa celda para realizarlo. En su lugar, puede reducir el acelerador, realizar el cambio y luego volver a la celda para verificar si ahora está en el objetivo. Esta es una forma mucho más segura de ajustar, aunque tomará un poco más de tiempo. Lo mismo ocurre con la detonación. En lugar de mantener el motor en esa celda donde experimenta detonación mientras retrasa lentamente la sincronización, es mejor reducir el acelerador inmediatamente, realizar el cambio y luego volver a esa celda para ver si el cambio ha funcionado.
Esperamos que esto te haya dado una buena idea del mundo del tuning de motores turboalimentados. Empieza a aprender más sobre cómo puedes tuning de un coche NA o turboalimentado aquí con nuestras lecciones gratuitas de tuning EFI .
