O turbo-compressor
Tem a particularidade de aproveitar a força dos gases de escape para impulsionar uma turbina colocada na saída do colector de escape, a dita turbina une-se mediante um eixo a um compressor. O compressor está colocado na entrada do colector de admissão, com o movimento giratório que lhe transmite a turbina através do eixo comum, o compressor eleva a pressão do ar que entra através do filtro e consegue que melhore a alimentação do motor. O turbo impulsionado pelos gases de escape alcança velocidades acima das 100.000 rpm, por tanto, há que ter em conta o sistema de lubrificação dos suportes onde apoia o eixo comum dos rodetes da turbina e do compressor. Também há que saber que as temperaturas às quais está submetido o turbo durante o contacto com os gases de escape vão a ser muito elevadas (perto de 750 ºC).
Ciclos de funcionamento do Turbo
Funcionamento ao ralenti e carga parcial inferior: Nestas condições o rodete da turbina dos gases de escape é impulsionado por meio da baixa energia dos gases de escape, e o ar fresco aspirado pelos cilindros não será pré-comprimido pela turbina do compressor, simples aspiração do motor.
Funcionamento a carga parcial média: Quando a pressão no colector de aspiração (entre o turbo e os cilindros) se aproxima da atmosférica, a roda da turbina é impulsionada a um regime de rotações mais elevado e o ar fresco aspirado pelo rodete do compressor é pré-comprimido e conduzido até aos cilindros sobre pressão atmosférica ou ligeiramente superior, actuando já o turbo na sua função de sobrealimentação do motor.
Funcionamento a carga parcial superior e plena carga: Nesta fase continua a aumentar a energia dos gases de escape sobre a turbina do turbo e se alcançará o valor máximo de pressão no colector de admissão que deve ser limitada por um sistema de controlo (válvula de descarga). Nesta fase o ar fresco aspirado pelo rodete do compressor é comprimido à máxima pressão que não deve ultrapassar os 0,9 bar nos turbos normais e 1,2 nos turbos de geometria variável.
Constituição de um turbo-compressor
Os elementos principais que formam um turbo são o eixo comum (3) que tem nos seus extremos os rodetes da turbina (2) e o compressor (1) este conjunto gira sobre os suportes de apoio, os quais vão trabalhar em condições extremas e que dependem necessariamente de um circuito de lubrificação.
Por outro lado o turbo sofre uma constante aceleração à medida que o motor sobe de rotação e como não há limite algum no giro da turbina empurrada pelos gases de escape, a pressão que alcança o ar no colector de admissão submetido à acção do compressor pode ser tal que se torne mais um inconveniente que uma vantagem na hora de sobrealimentar o motor. Pelo que se torna necessário o uso de um elemento que nos limite a pressão no colector de admissão. Este elemento chama-se válvula de descarga ou válvula wastegate (4).
Regulação da pressão do turbo
Para evitar o aumento excessivo de rotações da turbina e compressor como consequência de uma maior pressão dos gases à medida que se aumentam as rotações do motor, torna-se necessária uma válvula de segurança (também chamada: válvula de descarga ou válvula wastegate). Esta válvula está montada em derivação, e manda parte dos gases de escape directamente à saída do escape sem passar pela turbina.
A válvula de descarga ou wastegate é formada por uma cápsula sensível à pressão composta por uma mola (3), uma câmara de pressão e um diafragma ou membrana (2). O lado oposto do diafragma está permanentemente condicionado pela pressão do colector de admissão ao estar ligado ao mesmo por um tubo (1). Quando a pressão do colector de admissão supera o valor máximo de segurança, desvia a membrana e comprime a mola da válvula tirando-a do seu assento. Os gases de escape deixam de passar então pela turbina do sobre-alimentador (passam pelo bypass (9)) até que a pressão de alimentação volte a descer e a válvula se feche de novo.
A pressão máxima a que pode trabalhar o turbo é determinada pelo fabricante e para isso ajusta a tara da mola da válvula de descarga. Este tarado deve permanecer fixo a menos que se queira intencionalmente manipular a pressão de trabalho do turbo, como se faz habitualmente. No caso de que a válvula de descarga falha-se, origina-se um excesso de pressão sobre a turbina que a faria ter cada vez mais rotações, o que poderia provocar que a lubrificação se torna-se insuficiente e se “rompe-se” a película de lubrificação entre o eixo comum e os suportes onde se apoia, aumentando a temperatura de todo o conjunto e provocando que se fundissem ou gripassem estes componentes.
Exemplo prático de modificação da pressão de sopro do turbo.
Como exemplo citamos aqui o conhecido turbo Garret T2 montado no clássico: R#n@ult 5 GT Turbo, que tanto deu que falar, pelo fácil que era modificar a pressão de sopro do turbo, para isso simplesmente havia que apertar/desapertar a vareta (2) do actuador da wastegate (4). Quanto mais curta for a vareta, mais pressão se necessita para abrir a wastegate, e por conseguinte há mais pressão de turbo.
Para realizar esta operação primeiro tira-se o clip (1) que mantém a vareta (2) no braço da válvula (5). Alivia-se a porca (3) mantendo bem segura a zona roscada (6) para que não gire e danifique a membrana do interior da wastegate, agora já se pode girar a vareta (usualmente tem dado um ponto de solda para evitar que se mude a afinação, assim que temos que eliminá-lo antes de girar a vareta).
Três voltas no sentido das agulhas do relógio deveriam aumentar a pressão em 0.2 bar (3 psi), mas é um trabalho de ensaio e erro. Quando finalmente se tenha a pressão de sopro desejada aperta-se a porca e coloca-se de novo o clip.
Temperatura de funcionamento
Como se vê na figura abaixo, as temperaturas de funcionamento num turbo são muito diferentes, tendo em conta que a parte dos componentes que estão em contacto com os gases de escape pode alcançar temperaturas muito altas (650 ºC a 750ºC), enquanto que os que estão em contacto com o ar da aspiração só alcançam 80 ºC.
Estas diferenças de temperatura concentrada em uma mesma peça (eixo comum) determinam valores de dilatação diferentes, o que comporta as dificuldades na hora do design de um turbo na escolha dos materiais que suportem estas condições de trabalho adversas.
O turbo refrigera-se em parte pelo óleo de lubrificação e pelo ar de aspiração, cedendo uma determinada parte do seu calor ao ar que força a passagem pelo rodete do compressor. Este aquecimento do ar não é nada benéfico para o motor, já que não só dilata o ar da admissão de forma que lhe falta densidade e por isso riqueza em oxigénio, como além disso, um ar demasiado quente no interior do cilindro dificulta a refrigeração da câmara de combustão durante o enchimento da câmara ao entrar ar a uma temperatura superior à do próprio refrigerante liquido.
Os motores de gasolina, nos quais as temperaturas dos gases de escape são entre 200º e 300ºC mais altas que nos motores diesel, estão normalmente equipados com carcaças centrais refrigeradas por água. Quando o motor está em funcionamento, a carcaça central integra-se no circuito de refrigeração do motor. Depois de parar o motor, o calor que resta é expulso utilizando um pequeno circuito de refrigeração que funciona por meio de uma bomba eléctrica de água controlada por um termóstato. No principio quando se iniciou a aplicação de turbo-compressores em motores a gasolina, não se teve em conta a consequência das altas temperaturas que se podiam alcançar no colector de escape e por tanto no turbo que está pegado nele. A consequência desta imprevisão foi uma quantidade considerável de turbos carbonizados, suportes de veio empenados e pistões destruídos devido a uma combustão detonante. Hoje em dia os carters dos suportes dos veios dos turbo-compressores utilizados para sobrealimentar motores Otto refrigeram-se exclusivamente com água e desenvolveram-se para aplicação materiais mais resistentes ao calor; (no particular caso dos turbos do Calibra a refrigeração continua a contar com a ajuda do circuito de óleo). As bases dos pistões dos motores turbo quase sempre são refrigeradas por meio de injecção de óleo. Com estas medidas solucionou-se a maioria dos problemas que têm os motores turbo a gasolina, isto sim, tendo sempre em conta que se por algum motivo a temperatura de escape ultrapassar durante um largo período o limite máximo dos 1000ºC o turbo poderá entregar a alma ao criador.
Intercooler
Para evitar o problema do sobreaquecimento do ar de admissão houve que incorporar sistemas de arrefecimento do ar a partir de permutadores de calor (intercooler). O intercooler é um radiador ar-ar, o que significa que o ar quente que circula no seu interior é arrefecido pelo ar exterior que incide e passa pelos seus alvéolos durante o andamento do automóvel; o sistema de arrefecimento do motor por outro lado é um permutador água-ar. Com o intercooler consegue-se refrigerar o ar em cerca de 40% a 60% desde os 100º-105ºC até 60º-65ºC, o resultado é uma notável melhora de potência e de par motor graças ao aumento da massa de ar, além de que se reduz o consumo e os níveis de contaminação.
Intercooler
Para evitar o problema do sobreaquecimento do ar de admissão houve que incorporar sistemas de arrefecimento do ar a partir de permutadores de calor (intercooler). O intercooler é um radiador ar-ar, o que significa que o ar quente que circula no seu interior é arrefecido pelo ar exterior que incide e passa pelos seus alvéolos durante o andamento do automóvel; o sistema de arrefecimento do motor por outro lado é um permutador água-ar. Com o intercooler consegue-se refrigerar o ar em cerca de 40% a 60% desde os 100º-105ºC até 60º-65ºC, o resultado é uma notável melhora de potência e de par motor graças ao aumento da massa de ar, além de que se reduz o consumo e os níveis de contaminação.
O sistema biturbo
O sistema biturbo de turbos geminados ou escalonados foi desenvolvido pelos engenheiros do departamento desportivo da op#l OPC (op#l Performance Center). Basta considerar as pressões efectivas alcançadas para nos darmos conta do enorme potencial de um motor equipado com turbos geminados ou escalonados. Enquanto que nas versões Diesel sobrealimentadas clássicas funcionam a pressões incluídas entre 1,7 e 1,9 bares, o motor de 1,9 l de turbos geminados chega a pressões efectivas de 2,6 bares. Esta pressão tem uma influência directa sobre a potência do motor: Quanto mais alta é a cifra maior é a potência desenvolvida pelo motor. Para que se possa utilizar a técnica dos turbos geminados, é necessário que o bloco motor seja especialmente robusto e que possa resistir a pressões enormes, inclusive depois de uma alta quilometragem.
O sistema biturbo
O sistema biturbo de turbos geminados ou escalonados foi desenvolvido pelos engenheiros do departamento desportivo da op#l OPC (op#l Performance Center). Basta considerar as pressões efectivas alcançadas para nos darmos conta do enorme potencial de um motor equipado com turbos geminados ou escalonados. Enquanto que nas versões Diesel sobrealimentadas clássicas funcionam a pressões incluídas entre 1,7 e 1,9 bares, o motor de 1,9 l de turbos geminados chega a pressões efectivas de 2,6 bares. Esta pressão tem uma influência directa sobre a potência do motor: Quanto mais alta é a cifra maior é a potência desenvolvida pelo motor. Para que se possa utilizar a técnica dos turbos geminados, é necessário que o bloco motor seja especialmente robusto e que possa resistir a pressões enormes, inclusive depois de uma alta quilometragem.
O sistema biturbo
O sistema biturbo de turbos geminados ou escalonados foi desenvolvido pelos engenheiros do departamento desportivo da op#l OPC (op#l Performance Center). Basta considerar as pressões efectivas alcançadas para nos darmos conta do enorme potencial de um motor equipado com turbos geminados ou escalonados. Enquanto que nas versões Diesel sobrealimentadas clássicas funcionam a pressões incluídas entre 1,7 e 1,9 bares, o motor de 1,9 l de turbos geminados chega a pressões efectivas de 2,6 bares. Esta pressão tem uma influência directa sobre a potência do motor: Quanto mais alta é a cifra maior é a potência desenvolvida pelo motor. Para que se possa utilizar a técnica dos turbos geminados, é necessário que o bloco motor seja especialmente robusto e que possa resistir a pressões enormes, inclusive depois de uma alta quilometragem.
O sistema biturbo
O sistema biturbo de turbos geminados ou escalonados foi desenvolvido pelos engenheiros do departamento desportivo da op#l OPC (op#l Performance Center). Basta considerar as pressões efectivas alcançadas para nos darmos conta do enorme potencial de um motor equipado com turbos geminados ou escalonados. Enquanto que nas versões Diesel sobrealimentadas clássicas funcionam a pressões incluídas entre 1,7 e 1,9 bares, o motor de 1,9 l de turbos geminados chega a pressões efectivas de 2,6 bares. Esta pressão tem uma influência directa sobre a potência do motor: Quanto mais alta é a cifra maior é a potência desenvolvida pelo motor. Para que se possa utilizar a técnica dos turbos geminados, é necessário que o bloco motor seja especialmente robusto e que possa resistir a pressões enormes, inclusive depois de uma alta quilometragem.
O sistema biturbo
O sistema biturbo de turbos geminados ou escalonados foi desenvolvido pelos engenheiros do departamento desportivo da op#l OPC (op#l Performance Center). Basta considerar as pressões efectivas alcançadas para nos darmos conta do enorme potencial de um motor equipado com turbos geminados ou escalonados. Enquanto que nas versões Diesel sobrealimentadas clássicas funcionam a pressões incluídas entre 1,7 e 1,9 bares, o motor de 1,9 l de turbos geminados chega a pressões efectivas de 2,6 bares. Esta pressão tem uma influência directa sobre a potência do motor: Quanto mais alta é a cifra maior é a potência desenvolvida pelo motor. Para que se possa utilizar a técnica dos turbos geminados, é necessário que o bloco motor seja especialmente robusto e que possa resistir a pressões enormes, inclusive depois de uma alta quilometragem.
