Un controlador de impulso es un dispositivo para controlar el nivel de impulso producido en el colector de admisión de un motor turboalimentado o sobrealimentado al afectar la presión de aire entregada al actuador neumático y mecánico de la válvula de descarga .
Un controlador de refuerzo puede ser un control manual simple que se puede fabricar fácilmente, o puede incluirse como parte de la computadora de gestión del motor en un automóvil turboalimentado de fábrica, o un controlador de refuerzo electrónico del mercado de accesorios.
Principios de Operación
Sin un controlador de refuerzo, la presión de aire se alimenta desde el aire de carga (lado comprimido) del turbocompresor directamente al actuador de la válvula de descarga a través de una manguera de vacío. Esta presión de aire puede provenir de cualquier parte de la admisión después del turbo, incluso después del cuerpo del acelerador , aunque eso es menos común. Esta presión de aire empuja contra la fuerza de un resorte ubicado en el actuador de la compuerta de descarga para permitir que la compuerta de descarga se abra y redirija los gases de escape para que no lleguen a la rueda de la turbina. En esta configuración simple, la tasa de resorte y la precarga del resorte determinan cuánta presión de sobrealimentación alcanzará el sistema. Los resortes se clasifican según la presión de sobrealimentación que alcanzan normalmente, como un " resorte de 7 psi " que permitirá que el turbocompresor alcance el equilibrio a aproximadamente 7 psi (0,48 bar).
Un problema principal de este sistema es que la válvula de descarga comenzará a abrirse mucho antes de que se alcance la presión de sobrealimentación deseada. Esto afecta negativamente el umbral de inicio del impulso y también aumenta el retraso del turbocompresor. Por ejemplo, un resorte de 7 psi puede permitir que la compuerta de descarga comience a abrirse (pero no completamente) a tan solo 3,5 psi (0,24 bar).
Lograr niveles de impulso moderados de manera constante también es problemático con esta configuración. Con el acelerador parcial , aún se puede alcanzar el impulso máximo, lo que dificulta el control del vehículo con precisión. Los sistemas electrónicos pueden permitir que el acelerador controle el nivel de impulso, de modo que solo a plena aceleración se alcanzarán los niveles de impulso máximos y los niveles intermedios de impulso se pueden mantener de manera constante en niveles de aceleración parcial.
También debe tenerse en cuenta la forma en que se logra el control de impulso, dependiendo del tipo de válvula de descarga utilizada. Por lo general, los controladores de refuerzo manuales "tipo purga" solo se utilizan en actuadores de compuerta de descarga de tipo oscilante (puerto único). Para aumentar el impulso, la presión se quita de la línea de control del actuador, aumentando así la presión de salida del turbo requerida para contrarrestar la presión de reducción de fugas de los controladores que actúa sobre la válvula de descarga. Los actuadores de compuerta de descarga de doble puerto y las compuertas de descarga externas generalmente requieren un control de refuerzo electrónico, aunque el control de refuerzo ajustable también se puede lograr en ambos con un regulador de presión de aire, esto no es lo mismo que un controlador de refuerzo de tipo purga. Para aumentar el impulso con una válvula de descarga externa o de doble puerto, se agrega presión al puerto de control superior para aumentar el impulso. Cuando el control de refuerzo no está instalado, este puerto de control está abierto a la atmósfera.
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Control de impulso electrónico
El control de refuerzo electrónico agrega un solenoide de control de aire y / o un motor paso a paso controlado por una unidad de control electrónico . El mismo principio general de un controlador manual está presente, que es controlar la presión de aire que se presenta al actuador de la válvula de descarga. Se pueden introducir más control y algoritmos inteligentes, refinando y aumentando el control sobre la presión de sobrealimentación real entregada al motor.
A nivel de los componentes, la presión de sobrealimentación puede purgarse de las líneas de control o bloquearse por completo. Cualquiera puede lograr el objetivo de reducir la presión que empuja contra la compuerta de descarga. En un sistema de tipo purga, se permite que el aire salga de las líneas de control, lo que reduce la carga en el actuador de la válvula de descarga. En una configuración de bloqueo, el aire que viaja desde el suministro de aire de carga al actuador de la compuerta de descarga se bloquea al mismo tiempo que purga cualquier presión que se haya acumulado previamente en el actuador de la compuerta de descarga.
Detalles de control
El control de los solenoides y los motores paso a paso puede ser de bucle cerrado o de bucle abierto. Los sistemas de circuito cerrado dependen de la retroalimentación de un sensor de presión del colector para cumplir con una presión de sobrealimentación predeterminada. Los sistemas de circuito abierto tienen una salida de control predeterminada donde la salida de control se basa simplemente en otras entradas, como el ángulo del acelerador y / o las RPM del motor . El circuito abierto omite específicamente un nivel de refuerzo deseado, mientras que el circuito cerrado intenta apuntar a un nivel específico de presión de refuerzo. Dado que los sistemas de circuito abierto no modifican los niveles de control basados en el sensor MAP, se pueden alcanzar diferentes niveles de presión de refuerzo en función de variables externas, como las condiciones climáticas o la temperatura del refrigerante del motor. Por esta razón, los sistemas que no cuentan con operación de circuito cerrado no están tan extendidos.
Los controladores de impulso a menudo usan técnicas de modulación de ancho de pulso (PWM) para purgar la presión de impulso en su camino hacia el puerto de referencia en el diafragma del actuador de la válvula de descarga para (en ocasiones) reportar la presión de impulso de tal manera que la válvula de descarga permite que un turbo generar más presión de sobrealimentación en la ingesta de lo que normalmente podría. En efecto, una válvula solenoide de control de refuerzo se encuentra en la compuerta de descarga bajo el control de la unidad de control del motor (ECU). El solenoide de control de refuerzo contiene una válvula de aguja que puede abrirse y cerrarse muy rápidamente. Al variar el ancho del pulso al solenoide, se puede ordenar a la válvula solenoide que se abra un cierto porcentaje del tiempo. Esto altera efectivamente el caudal de presión de aire a través de la válvula, cambiando la velocidad a la que el aire sale de la T en la línea de referencia de presión del colector hacia la válvula de descarga. Esto cambia efectivamente la presión de aire según lo ve el diafragma del actuador de la válvula de descarga. Los solenoides pueden requerir la instalación de limitadores de diámetro pequeño en las líneas de control de aire para limitar el flujo de aire e igualar la naturaleza de encendido / apagado de su operación.
Se puede ordenar al solenoide de control de la compuerta de descarga que funcione en una variedad de frecuencias en varios engranajes, velocidades del motor o de acuerdo con varios otros factores en un modo determinista de bucle abierto. O, al monitorear la presión del múltiple en un circuito de retroalimentación, el sistema de gestión del motor puede monitorear la eficacia de los cambios de PWM en la tasa de purga del solenoide de control de impulso al alterar la presión de impulso en el múltiple de admisión, aumentando o disminuyendo la tasa de purga para alcanzar un impulso máximo particular. .
El algoritmo básico a veces implica que el EMS (sistema de gestión del motor) "aprenda" la rapidez con la que el turbocompresor puede ponerse en marcha y la rapidez con la que aumenta la presión de sobrealimentación. Armado con este conocimiento, siempre que la presión de sobrealimentación esté por debajo de un límite máximo permitido predeterminado, el EMS abrirá el solenoide de control de sobrealimentación para permitir que el turbocompresor genere un overboost más allá de lo que normalmente permitiría la válvula de descarga. A medida que el overboost alcanza el máximo programable, el EMS comienza a disminuir la tasa de purga a través del solenoide de control para aumentar la presión de impulso como se ve en el diafragma del actuador de la válvula de descarga, de modo que la válvula de descarga se abra lo suficiente para limitar el impulso al nivel máximo configurado de sobre-impulso.
Los motores paso a paso permiten un control preciso del flujo de aire en función de la posición y la velocidad del motor, pero pueden tener una capacidad de flujo de aire total baja. Algunos sistemas utilizan un solenoide junto con un motor paso a paso, con el motor paso a paso que permite un control fino y el control grueso del solenoide.
Son posibles muchas configuraciones con solenoides de 2, 3 y 4 puertos y motores paso a paso en serie o en paralelo. Los sistemas de purga de solenoide de dos puertos con un controlador PID tienden a ser comunes en los automóviles turboalimentados de fábrica.
Ventajas
Dado que puede haber menos presión positiva en el actuador de la compuerta de descarga a medida que se acerca el impulso deseado, la compuerta de descarga permanece más cerca de un estado completamente cerrado. Esto mantiene los gases de escape enrutados a través de la turbina y aumenta la energía transferida a las ruedas del turbocompresor. Una vez que se alcanza el impulso deseado, los sistemas basados en circuito cerrado reaccionan permitiendo que más presión de aire llegue al actuador de la compuerta de descarga para detener el aumento adicional de la presión de aire, de modo que se mantengan los niveles de impulso deseados. Esto reduce el retraso del turbocompresor y reduce el umbral de impulso . La presión de refuerzo aumenta más rápido cuando se presiona el acelerador rápidamente y permite que la presión de refuerzo se acumule a RPM del motor más bajas que sin dicho sistema.
Esto también permite el uso de un resorte mucho más suave en el actuador. Por ejemplo, un resorte de 7 psi (0,48 bar) junto con un controlador de impulso aún puede alcanzar un nivel de impulso máximo de más de 15 psi (1,0 bar). La unidad de control electrónico se puede programar para controlar 7 psi (0,48 bar) psi a media aceleración, 12 psi (0,83 bar) a 3/4 de aceleración y 15 psi (1,0 bar) a máxima aceleración, o cualquier nivel que indique el programador o diseñador. de la unidad de control se propone. Este control de aceleración parcial aumenta en gran medida el control del conductor sobre el motor y el vehículo.
Limitaciones y desventajas
Incluso con un controlador electrónico, los resortes del actuador que son demasiado blandos pueden hacer que la compuerta de descarga se abra antes de lo deseado. La contrapresión de los gases de escape sigue presionando contra la propia válvula de descarga. Esta contrapresión puede superar la presión del resorte sin la ayuda del actuador en absoluto. El control electrónico aún puede permitir el control del impulso a una presión manométrica superior al doble de la presión nominal del resorte.
Los motores de solenoide y paso a paso también deben instalarse de tal manera que se maximicen las ventajas de los modos de falla . Por ejemplo, si se instala un solenoide para controlar el impulso de forma electrónica, debe instalarse de manera que si el solenoide falla en el modo de falla más común (probablemente la posición sin energía), el control de impulso vuelve a los niveles de impulso del actuador de válvula de descarga simple. Es posible que un solenoide o motor paso a paso se atasque en una posición que no permita que la presión de sobrealimentación llegue a la compuerta de descarga, provocando que la sobrealimentación se salga de control rápidamente.
Los sistemas electrónicos, mangueras adicionales, solenoides, etc., agregan complejidad al sistema de turbocompresor. Esto va en contra del principio de "mantenerlo simple", ya que hay más cosas que pueden salir mal. Vale la pena señalar que prácticamente todos los automóviles turboalimentados de fábrica modernos, los mismos automóviles con largos períodos de garantía, implementan un control de impulso electrónico. Fabricantes como Subaru , Mitsubishi y Saab integran el control de impulso electrónico en todos los modelos turbo.
Disponibilidad y aplicaciones
Los sistemas de control de impulso electrónico están disponibles como sistemas independientes del mercado de accesorios, como HKS EVC y VBC, Apex-i AVC-R, GFB G-force o Gizzmo IBC / MS-IBC como una característica incorporada de los vehículos turboalimentados de fábrica modernos. como el Subaru Impreza WRX STi y, a menudo, como características integradas en los sistemas de gestión de motor independientes completos del mercado de accesorios, como Holley EFI , Hydra Nemesis, AEM EMS y MegaSquirt .
Peligros en uso
La instalación de un controlador de impulso en un motor que ya está sobrealimentado para "alto rendimiento", como un automóvil "deportivo" o "muscular" de fábrica, generará temperaturas de funcionamiento, cargas y salida de par más altas que las que el tren motriz está diseñado y construido. reduciendo la durabilidad, confiabilidad, eficiencia de combustible y "desempeño" general del vehículo en / para su propósito diseñado. Los "límites" de existencias de fábrica del motor de fábrica y las piezas, componentes y sistemas del tren motriz se superarán invariablemente y se producirán "fallas prematuras" como resultado de "ajustes" y "actualizaciones" que "controlan" el impulso y permiten superar las especificaciones de existencias de fábrica. y parámetros.
Todos los "sumadores de potencia" tienen esa "desventaja" inevitable y, en última instancia, las llamadas "actualizaciones" "baratas" y "fáciles" agregadas a los vehículos de fábrica de bajo rendimiento (más) que no tienen suficientes "caballos de fuerza" en stock en un esfuerzo para "aumentar" su potencia y rendimiento a los de vehículos "idénticos" o "comparables" o "competidores" con motores y / o trenes de potencia "opcionales" de alto (más) rendimiento, en última instancia, será más costoso y más difícil de "actualizar" y fabricar y mantener la "competitividad" con marcas y modelos de alto rendimiento más costosos y / o complejos de fábrica.
Muchos fabricantes de "sintonizadores" y "actualizaciones" del mercado de accesorios intentan separar las fallas del motor / tren motriz / vehículos en categorías "menores", "mayores" y "catastróficas" y también separar los "motores" de los turbocompresores, sistemas de combustible, gestión del motor y otros componentes , piezas y sistemas "externos" al "bloque del motor", pero en realidad cualquier falla que dañe o destruya una pieza, componente o sistema hasta el punto de necesitar "reconstrucción" o "reemplazo" en lugar de "reparación" es una "catástrofe falla "y muy pocas o ninguna de esas fallas SÓLO involucran, afectan y" dañan "una sola pieza, componente o sistema.
Refiriéndose a las piezas dañadas / destruidas que requieren "reconstrucción" o "reemplazo" o "reacondicionamiento" como solo "heridas" e implicando que, al igual que las "heridas" humanas, pueden "curarse" y / o no disminuir gravemente el rendimiento o la durabilidad del vehículo y la confiabilidad hasta "curarse" es también una táctica común de marketing y manipulación del cliente utilizada por los "sintonizadores" para vender sus "bienes y servicios" y mantenerlos "vendidos" después de una falla catastrófica.
Pasado y futuro
Hay otros métodos obsoletos de control de refuerzo, como la restricción de la ingesta o el sangrado. Por ejemplo, es posible instalar una válvula de mariposa grande en la entrada para restringir el flujo de aire a medida que se acerca el impulso deseado. También es posible liberar grandes cantidades de aire ya comprimido de forma similar a una válvula de purga, pero de forma constante para mantener el impulso deseado en el colector de admisión. La derivación de gases de escape actualmente popular a través de la válvula de descarga es bastante superior si se compara con la creación de restricciones de admisión o el desperdicio de energía al liberar aire que ya ha sido comprimido. Estos métodos rara vez se utilizan en sistemas modernos debido a los grandes sacrificios en eficiencia, calor y confiabilidad.
Otros métodos pueden llegar a ser de uso generalizado en el futuro, como los turbocompresores de geometría variable . Con una turbina suficientemente grande, no es necesaria una válvula de descarga. La respuesta a baja velocidad y la puesta en marcha más rápida se obtienen utilizando tecnologías de turbina variable en lugar de una turbina más pequeña. Estos sistemas pueden reemplazar o complementar las compuertas de desperdicio típicas a medida que se desarrollan. Los métodos de control para los controles mecánicos variables, como los principios de circuito cerrado, se seguirán aplicando incluso si ya no involucran neumáticos .