Twincharging y twin-turbo: cómo se combinan compresor y turbos

Un turbo solo es una chapuza a medias y un compresor solo, otra. Lo saben los ingenieros desde hace cuarenta años, y por eso un buen día dejaron de elegir y empezaron a apilar: dos turbos en el mismo motor, tres en un diésel, cuatro en un Bugatti, o la herejía máxima, un turbo y un compresor a la vez para que cada uno tape el agujero del otro. Hasta ahora, en esta serie, cada motor se las apañaba con una sola forma de meter aire a presión: el compresor volumétrico robándole fuerza al cigüeñal, el turbo con su lag. Este es el capítulo en el que nadie se conforma con uno.

La idea de fondo es sencilla de contar. Cada sistema de sobrealimentación tiene una zona donde brilla y una zona donde flojea. El compresor es un rayo abajo y un lastre arriba. El turbo es un dormilón abajo y una bestia arriba. Si los juntas de modo que el fuerte de uno tape el débil del otro, ganas por los dos lados. Dicho así parece de primero de ingeniería, pero hacerlo bien es de una complejidad endiablada, y la historia está llena de intentos gloriosos y de alguna que otra pesadilla de fiabilidad. De lo más sencillo a lo más retorcido.

Dos turbos iguales: el twin-turbo paralelo

La combinación más simple es la más intuitiva: si un turbo se queda corto, pon dos. Y la forma más directa de hacerlo es el twin-turbo paralelo, que consiste en dos turbos idénticos trabajando a la vez, cada uno repartiéndose la mitad del trabajo.

Tiene todo el sentido en los motores en V, esos con los cilindros repartidos en dos bancadas formando una uve. En vez de llevar todos los gases de escape de los dos lados hasta un único turbo grande con un laberinto de tubos cruzando el motor, le pones un turbo a cada bancada, cerquita, alimentado solo por sus cilindros. Cada turbo es más pequeño que el único grande que haría falta si fuera uno solo, y un turbo más pequeño, por tener menos inercia, tiende a arrancar antes. Con matices, eso sí: cada turbina recibe solo la mitad del escape, y la respuesta real depende del dimensionado, de los colectores y del control, así que la ventaja no es automática. Lo que sí es claro es que en un motor en V la instalación queda mucho más limpia, con cada turbo pegado a su bancada y sin tubos cruzando el vano.

El primer coche de producción que llevó dos turbos fue el Maserati Biturbo, presentado el 14 de diciembre de 1981 y a la venta en Italia desde abril de 1982. Maserati lo vende todavía hoy en su web de clásicos como una primicia mundial, y lo es: un V6 a 90 grados de apenas 1.996 cc con dos turbos pequeños y 180 CV. Ese cubicaje no era casualidad. En la Italia de entonces, por encima de dos litros el IVA de un coche se disparaba, y Alejandro de Tomaso, el argentino que había rescatado Maserati, quería un deportivo de cuatro plazas que pagara impuestos de berlina. El Biturbo hizo de la palabra un nombre propio y, de paso, se ganó una fama de fiabilidad regular que lo persiguió toda la vida: un carburador soplado por los turbos en las primeras series, calor bajo el capó y mantenimiento de taller exigente en un coche que se vendía a clientes que esperaban un Alfa con tridente.

El paralelo se convirtió luego en el estándar de los superdeportivos con motor en V. El Ferrari 288 GTO de 1984 y el Ferrari F40 de 1987 llevaban dos turbos IHI, uno por bancada, igual que el V6 del Nissan GT-R o casi cualquier V8 biturbo de hoy. Hasta el Ferrari F80 mantiene el esquema, aunque con un motor eléctrico en cada turbo para que no se duerman.

El twin-turbo paralelo no resuelve el lag: en el mejor de los casos lo reduce, usando turbos más pequeños, pero los dos están montados a la par y trabajan en las mismas condiciones, así que sigues teniendo el carácter de un turbo, solo que de uno más pequeño y despierto. Para atacar el lag de forma más fina hacía falta algo más listo.

Dos turbos por turnos: el secuencial

Y ese algo más listo es el twin-turbo secuencial, una de las ideas más bonitas de toda la sobrealimentación. Aquí conviene quitarse de encima un malentendido muy repetido: secuencial no quiere decir que un turbo grande sustituya a uno pequeño, ni siquiera que los dos turbos tengan que ser de tamaños distintos. Lo que es «secuencial» es cómo se van incorporando al trabajo: no entran los dos de golpe, sino escalonados.

La jugada típica es esta. A pocas vueltas trabaja solo uno de los turbos, que al recibir todo el gas de escape disponible para él solo arranca antes y empieza a soplar cuanto antes, rebajando el lag de abajo. Conforme el motor sube de vueltas y hay cada vez más gas de escape, entra en juego el segundo turbo, y en muchos sistemas, con el Toyota Supra como ejemplo de manual, el segundo no reemplaza al primero: a partir de cierto punto, que en el Supra ronda las 4.000 rpm según carga y marcha, los dos soplan juntos. La incorporación se gobierna con un juego de válvulas que decide cuándo y cuánto gas va a cada uno. El resultado no es magia ni respuesta instantánea desde ralentí, porque el sistema sigue necesitando energía de escape y un tiempo para acelerar sus turbinas, pero sí una reducción notable del lag respecto a un solo turbo grande, sin renunciar a la potencia de arriba. Es atacar por partida doble el dilema del tamaño de turbina que vimos en la guerra contra el turbo lag.

El primer coche de producción con turbos secuenciales fue el Porsche 959, presentado en 1985 y fabricado en serie en 1987 y 1988, aquel superdeportivo de tecnología marciana que Porsche describía precisamente como una forma de rebajar el retardo de respuesta. Y aquí viene el dato que casi nadie mira: Mazda presentó en 1990 el Eunos Cosmo con el rotativo de tres rotores 20B-REW y lo vendió en Japón como el primer biturbo secuencial de producción del mundo. Tres años tarde. Lo que sí fue el Cosmo es el primer japonés, y el único coche de serie con un rotativo de tres rotores.

Antes que todos ellos, en una nave de Abarth en Turín, Claudio Lombardi ya tenía en el banco en 1986 un cuatro cilindros biturbo secuencial con una culata de válvulas cruzadas que nadie ha vuelto a usar: el motor Triflux del Lancia ECV, el coche de rally que nunca corrió porque la FISA mató al Grupo S antes de nacer. Un turbo pequeño cargaba solo a pocas vueltas y, a partir de 5.000 rpm, una válvula abría paso al segundo.

Pero los que de verdad hicieron del secuencial una leyenda fueron dos japoneses de los noventa: el Mazda RX-7 de última generación, de 1991, con su motor rotativo 13B-REW y su complejísimo sistema secuencial de dos turbos, y el Toyota Supra A80 de 1993 con el 2JZ-GTE, cuyo sistema secuencial es material de culto entre los frikis del motor. Eran sistemas endiablados de tuberías y válvulas de vacío, con una fama muy justa de ser una pesadilla cuando algo se descalibraba. En el RX-7 una manguera de vacío agrietada bastaba para que el segundo turbo entrara tarde, a destiempo o nunca, y dejara un bache en mitad de la curva de potencia; por eso medio mundo acabó arrancando el secuencial de serie para montar un solo turbo grande. Cuando funcionaban bien, eso sí, daban una curva de potencia casi perfecta, sin agujeros.

El secuencial más bestia de todos está en Molsheim. El W16 de 8,0 litros del Bugatti Chiron lleva cuatro turbos, y hasta unas 3.800 rpm solo trabajan dos; por encima, una válvula en el escape abre el paso a los otros dos. El Veyron, con el mismo motor, los llevaba los cuatro a la par. Cómo se enfría semejante cosa lo contamos en el artículo de los diez radiadores del W16.

Uno detrás de otro: el escalonado del diésel

Conviene aquí ordenar los términos, porque se mezclan constantemente: «paralelo» o «en serie» describe el recorrido del aire, si los turbos están uno al lado del otro o uno detrás del otro, mientras que «secuencial» describe cuándo entra cada turbo a trabajar. No son lo mismo ni se excluyen. El montaje en serie, también llamado de dos etapas, es ese en el que un turbo comprime el aire y se lo pasa al siguiente para que lo comprima otra vez, encadenados. No hay que imaginarlo como dos turbos apretando siempre a tope en cualquier condición: estos sistemas llevan sus propias válvulas de bypass y distintas fases de funcionamiento según las vueltas y la carga.

Esto tiene todo el sentido cuando quieres presiones muy altas, más de las que un solo turbo puede dar sin ahogarse, y por eso es terreno del diésel de altas prestaciones. No busca solo presión bruta: una de sus grandes bazas es mejorar el par y la respuesta desde muy abajo, usando una etapa pequeña que despierta enseguida. BMW llevaba años haciéndolo con dos turbos en sus seis cilindros diésel, herederos del M57 del 330d, cuando en el Salón de Ginebra de 2012 presentó el M550d xDrive con el N57S, un diésel de tres litros y tres turbos. Y aquí hay que afinar, porque tres turbos no son tres etapas de compresión encadenadas: BorgWarner le suministraba dos turbos pequeños de alta presión, con geometría variable, y uno grande de baja presión refrigerado por agua, gestionados según las condiciones para dar empuje desde muy abajo y mantenerlo arriba. El resultado eran 381 CV y 740 Nm entre 2.000 y 3.000 rpm, un par que humillaba a muchos deportivos de gasolina de la época. El mismo motor fue a los X5 y X6 M50d, y en 2016 BMW subió la apuesta en el 750d con el B57 de cuatro turbos, 400 CV y 760 Nm. No duró mucho: la complejidad, los 24 kilos que el tri-turbo pesaba de más frente al biturbo del que derivaba y una reparación de varios miles de euros cuando algo fallaba acabaron con la escalada.

La herejía suprema: turbo y compresor a la vez (twincharging)

Y ahora la combinación más atrevida de todas, la que mezcla dos mundos que parecían enemigos: meterle a un mismo motor un compresor volumétrico y un turbo al mismo tiempo. Se llama twincharging, y sobre el papel es la solución perfecta al dilema de toda la serie.

El compresor es inmediato pero se come la potencia del motor y flojea arriba. El turbo es eficiente y bestia arriba, pero tiene lag abajo. Pon el compresor para que tape el agujero de abajo, dando presión instantánea desde ralentí, y el turbo para que haga el trabajo pesado arriba, cuando ya hay gas de escape de sobra. Cada uno cubre exactamente el punto débil del otro: el compresor mata el lag y el turbo pone la eficiencia y la potencia alta. En teoría, la sobrealimentación perfecta.

En la práctica es un laberinto de tuberías, válvulas y correas, y coordinar el relevo entre los dos sopladores es de una complejidad considerable. La clave está en una válvula de bypass: a pocas vueltas sopla el compresor, y cuando el turbo coge velocidad y puede hacerlo él solo, esa válvula deja que el aire rodee el compresor para que el turbo trabaje sin estorbos. En los sistemas más refinados, como el del grupo Volkswagen, el compresor incluso se desacopla del todo con un embrague electromagnético cuando ya no hace falta, para no seguir robando potencia en balde. Algunas instalaciones añaden además etapas extra de refrigeración del aire, pero eso es un refinamiento de cada diseño, no una condición del invento.

El caso más famoso es el Lancia Delta S4 del Grupo B, de 1985, aquel monstruo del rally que montaba un compresor volumétrico Abarth Volumex y un turbo KKK a la vez. El compresor le daba una respuesta fulminante a la salida de las curvas, donde un turbo puro habría tenido lag, y el turbo le daba la potencia descomunal en recta. En su versión de calle homologada, la Stradale, el motor de 1,8 litros daba 250 CV; en competición rondaba los 480. Era la respuesta de Lancia a la guerra del Grupo B, y una evolución directa del Lancia 037, que ya ganaba con compresor volumétrico solo. Hay que decir que el circuito exacto de aire del S4 y los umbrales de relevo entre compresor y turbo se cuentan de muchas maneras distintas por ahí, no siempre bien; lo que está claro es el principio, el compresor tapando abajo y el turbo mandando arriba, con el bypass haciendo de árbitro.

Lo que casi nunca se cuenta es que el primer twincharger que se pudo comprar en un concesionario no fue alemán ni italiano. Fue un utilitario japonés. Nissan sacó en 1988 el March R para rallies y en 1989 el March Super Turbo de calle, con un motor de 930 cc, recortado desde 987 para entrar en la clase de 1,6 litros una vez aplicado el coeficiente de los turbos, que llevaba compresor volumétrico y turbo. El compresor empujaba abajo y el turbo cogía el relevo arriba, hasta 110 CV en un coche del tamaño de un Micra. Solo se vendió en Japón, y Nissan lo retiró a comienzos de los noventa.

El twincharging volvió a la calle con Volkswagen, que a mediados de los 2000 estrenó en el Golf GT el 1.4 TSI con compresor Roots y turbo: hasta 170 CV y el título absoluto del International Engine of the Year en 2009 y 2010. Volvo tomó el relevo con su T6 Drive-E de 2014, un cuatro cilindros de dos litros con compresor Eaton y turbo que superaba los 300 CV y desembragaba el compresor hacia las 3.500 rpm. Y Claudio Lombardi, el mismo del S4 y del Triflux, asesoró décadas después a Kimera en el EVO37, un restomod del 037 que vuelve a llevar compresor y turbo.

La pista española: el twincharging que pudiste comprar en un concesionario

Suena a que el twincharging es cosa de Lancias de rally inalcanzables y de japoneses exóticos que nunca salieron de su isla. Falso. El twincharging lo tuviste a la venta en España, fabricado en España, en un utilitario deportivo que no costaba un dineral.

El SEAT Ibiza Cupra de 2009, fabricado en Martorell, montaba exactamente esa herejía con el 1.4 TSI de 180 CV y cambio DSG de siete marchas: un compresor volumétrico y un turbo trabajando juntos sobre un motorcito de apenas 1,4 litros, con 250 Nm entre 2.000 y 4.500 rpm. El Ibiza FR llevaba el mismo motor con 150 CV. Era el twincharger del grupo Volkswagen, el mismo principio del Delta S4 pero metido en un coche de calle asequible, con su compresor tapando el lag de abajo, su turbo soplando arriba y el embrague que desacoplaba el compresor cuando el turbo ya se bastaba solo. Sacarle 180 CV a 1,4 litros en un Ibiza es la prueba de que la alta tecnología del motor acaba siempre bajando al coche del vecino.

Y luego está el apellido. SEAT presentó en el Salón de Ginebra de 2008 el prototipo Ibiza SportCoupé Bocanegra, y desde la segunda mitad de 2009 vendió el Ibiza Bocanegra como edición especial sobre las versiones FR y Cupra, con su frontal negro. El nombre no se lo inventó marketing: era el apodo popular del SEAT 1200 Sport de 1975, el primer coche desarrollado de principio a fin en el centro técnico de Martorell, que llevaba un enorme parachoques de poliuretano negro abrazando faros y parrilla. Un frontal de los setenta bautizando el motor más sofisticado que SEAT había vendido en un utilitario. El Bocanegra no era un juguete exótico: era ingeniería de competición democratizada. Más tarde, en la renovación de 2015, el Cupra cambió el 1.4 bisoplador por un 1.8 turbo más convencional y potente, de 192 CV, pero el twincharger fue el que escribió la página curiosa.

Apilar sopladores es admitir una derrota

Las combinaciones son el ingenio llevado al límite: ante un dilema físico que parecía irresoluble, pequeño o grande, inmediato o potente, la ingeniería respondió con un «¿por qué elegir?» y construyó sistemas que se quedan con lo mejor de cada mundo. El secuencial y el twincharging, cuando funcionan, dan curvas de potencia que un solo soplador no puede ni soñar.

Pero cada turbo extra, cada compresor añadido, cada válvula de relevo es una confesión: lo que había no bastaba, no ha aparecido una solución limpia y se apila complejidad hasta que el problema se disimula. El Delta S4, el RX-7 secuencial y el tri-turbo de BMW son maravillas y también monumentos a la complejidad, con una fama de fragilidad que no es casualidad: cuantas más piezas coordinando un relevo milimétrico, más cosas que se pueden descalibrar, gripar o reventar. Lo pagamos en tuberías, en peso, en coste y en averías. Y la prueba de que era un parche está en lo que vino después: en cuanto el turbo de geometría variable y el turbo eléctrico maduraron, Volkswagen jubiló su twincharger, BMW volvió a menos turbos y el secuencial de válvulas de vacío desapareció. Es ingeniería magnífica, pero nace de no haber encontrado una sola máquina que lo haga todo bien.

En el próximo capítulo bajamos del soplador al aire mismo: la temperatura. Comprimir el aire lo calienta, y el aire caliente es menos denso, de modo que parte de lo que ganas metiéndolo a presión se te va en calentarlo; además, una admisión más caliente favorece la detonación de la mezcla en los motores de gasolina, ese picado que destroza pistones. Enfriar el aire comprimido no es imprescindible para sobrealimentar, pero mejora mucho el resultado. Intercooler aire-aire contra agua-aire, por qué el intercooler no «da potencia» sino que devuelve densidad perdida, y la inyección de agua como truco para engañar al calor.

Y todo ese aire a presión sale caliente. Cómo se enfría, con radiador o con agua y metanol, está en el capítulo seis: intercooler: aire-aire, agua-aire e inyección de agua.

Los caminos que no ganaron, del Comprex que sobrealimentaba con ondas de presión al turbo con cámara de combustión propia del carro Leclerc, los contamos en sobrealimentación por ondas de presión, Hyperbar y otros caminos raros.

Qué se hace con todo este aire una vez que sabemos meterlo lo cuenta el capítulo 8: downsizing, por qué un motor pequeño turbo gasta menos que uno grande, con el superknock que partía pistones incluido.

Comprueba que sigues vivo.

Fotos: Mr.choppers (CC BY-SA 3.0), Thilo Parg (CC BY-SA 4.0), Sfoskett (CC BY-SA 3.0), Tokumeigakarinoaoshima (CC BY-SA 4.0), 先従隗始 (CC0), Calreyn88 (CC BY-SA 4.0), Spanish Coches (CC BY 2.0). Wikimedia Commons.