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: Renault 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.
O sistema biturbo
O sistema biturbo de turbos geminados ou escalonados foi desenvolvido pelos engenheiros do departamento desportivo da Opel OPC (Opel 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.
Compressores volumétricos ou de accionamento mecânico
O compressor de accionamento mecânico também conhecido por Compressor Volumétrico ou de deslocamento positivo não é nenhuma novidade, já é usado desde há muito tempo, a Volkswagen já utilizava um compressor centrífugo inventado em França em 1905. Ford e Toyota usaram um compressor do tipo Roots inventado em 1854. A utilização do compressor volumétrico esteve em desuso a nível comercial até que em finais da década de 80 teve um novo impulso quando fabricantes como Lancia e Volkswagen iniciaram a sua aplicação em modelos de grande fabricação em série.
Os compressores volumétricos são bombas de ar. Este mecanismo pode produzir facilmente uns 50% mais de potência do que os motores atmosféricos do mesmo tamanho. Os antigos compressores produziam um ruído considerável mas os actuais são muito mais silenciosos.
Como ocorre com os alternadores, os compressores volumétricos são accionados pelo movimento natural do motor, geralmente por uma correia, noutras ocasiões, por uma corrente ou conjunto de engrenagens. Giram a uma velocidade de 10.000 a 15.000 rpm, pelo que são muito mais lentos que os turbocompressores. A pressão de sobrealimentação está limitada pela velocidade do motor (não é necessária válvula de descarga como nos turbocompressores).
Devido à sua forma de accionamento oferecem um maior par motor a baixas rpm que um turbocompressor. Outra vantagem do compressor volumétrico frente ao turbocompressor é que tem uma resposta mais rápida (não sofre do efeito "lag" do turbo). A desvantagem principal do compressor é que rouba potência ao motor devido ao seu accionamento mecânico e esta perda aumenta à medida que sobe o regime de voltas do motor, pelo que não facilita um rendimento eficaz do motor.
Existem diferentes tipos de compressores volumétricos como: Roots, Lysholm, G, Sprintex, e alguns mais mas menos importantes. O funcionamento baseia-se principalmente na aspiração de ar que entra numa câmara e que diminui de volume.
Compressor Roots:
O compressor de deslocamento mais popular é o de tipo "Roots", denominado "compressor de lóbulos". Neste caso existe um par de rotores em forma de "oitos" ligados a rodas dentadas que giram à mesma velocidade mas em sentidos contrários bombeiam e comprimem o ar conjuntamente. Este compressor mais que comprimir o ar o que realmente faz é impulsioná-lo.
Os rotores apoiam-se nuns eixos. Tendo em conta de que nunca se tocam entre si, não se desgastam. Em ocasiões, os lóbulos são helicoidais e, noutras, de corte recto.
Esta versão prática com rotores de dois óvulos origina uma pressão relativamente baixa, e consegue criá-la muito rápido ao aumentar o regime de voltas.
A potência absorvida situa-se, para una sobrepressão de 0,6 bares e passagem máxima de ar, em 12.2 CV.
O rendimento do compressor Roots não é muito alto e mais, piora com o aumento do regime de voltas.
A capacidade de incremento só supera os 50% numa gama muito limitada. O ar comprimido sobe de temperatura extraordinariamente.
Os compressores de lóbulos tendem a "pulsar" a baixas velocidades, não obstante, os de rotores helicoidais tendem a aumentar ao máximo as ditas pulsações. Os rotores podem ter dois ou três lóbulos. Um rotor de três lóbulos tende a pulsar menos que um de dois. O rotor de três lóbulos dá melhores resultados graças a uma maior complexidade na sua construção, para se mover só necessitava roubar ao motor 8 cavalos de potência, para conseguir 0,6 bares de pressão.
Quando o motor não esta submetido a uma grande carga, a descarga do colector de admissão, gira os rotores como um moinho de vento, roubando por tanto menos potencia do motor.
A altas rotações, mover o compressor, supõe para o motor uma grande perda de potência, para reduzir este esforço marcas como a japonesa Mazda utilizam um compressor com poleia de accionamento de diâmetro variável. Isto consegue-se por meio de uma poleia que é acoplada ao compressor por meio de um sistema de electroíman como o que utiliza o compressor do ar condicionado. Por meio de um botão põem-se em funcionamento o compressor à vontade do condutor.
Compressor Roots (figura inferior) utilizado nos motores TSi de Volkswagen. O compressor cujo funcionamento está baseado no principio Roots, uma característica deste tipo de compressores é a sua capacidade para manter o giro quando se produz uma mudança de velocidades. O compressor é accionado mecanicamente pelo veio de excêntricos do motor mediante uma correia que move entre outros dispositivos, a bomba de água, que forma conjunto com a embraiagem magnética que liga ou desliga a transmissão de movimento ao compressor. A conexão e desconexão da transmissão de movimento ao compressor é gerida pela centralina da injecção (ECU).
Uma variante do compressor roots de lóbulos rectos é o compressor Lysholm composto por duas peças helicoidais que giram engrenadas. O ar entra entre estas duas peças que, ao girar, diminuem o volume de onde está alojado esse ar e aumentam a sua pressão. O compressor Lysholm é movido normalmente pelo veio de excêntricos mediante uma correia. A Mercedes utiliza-o nos seus motores de gasolina sobrealimentados. O rendimento deste compressor aproximadamente de uns 80 por cento. A folga de ajuste entre os dois rotores não supera os 0,2 mm e por exemplo, os que utiliza a Mercedes nos seus modelos são de alumínio para diminuir peso e inércia, são cobertos de um material sintético altamente deslizante que melhora o fluxo de ar, gira até às 12.000 rpm garantindo uma sobrealimentação suficiente em qualquer regime para aumentar o par motor.
O funcionamento do compressor é controlado por uma embraiagem electromagnética (como a utilizada para activar o compressor do ar condicionado) gerido pela unidade de controlo (ECU Motronic) a que também gere a abertura ou fecho da válvula de derivação ou by-pass de forma que quando se desactiva abre a válvula deixando o compressor fora de serviço, quando não é necessário, ficando assim o motor em aspiração normal. Quando as prestações requerem a acção do compressor, primeiro a embraiagem activa-se e quando envia suficiente pressão fecha-se a válvula, consegue-se assim uma aceleração progressiva
Compressor "G":
Os compressores utilizados por Volkswagen, chamados compressor centrifugo ou carregador "G", apresentam uma forma nas suas câmaras similar a esta letra. As peças alojadas no seu interior movem-se num movimento excêntrico (não giram). Caracteriza-se por um elemento disposto excentricamente com estrutura espiral em ambos os lados (espiras móveis), que dá lugar, junto com as carcaças (cárter fixo), também em espiral, a câmaras de volume variável. Deixou de se utilizar na década de 90 devido aos seus problemas de lubrificação e estanquecidade. O compressor G era montado nos modelos VW Pólo, Corrado e Golf com os conhecidos motores G40 e G60.
http://img77.imageshack.us/img77/3741/gladeresquemaap9.jpg[img]
Devido a que os compressores não funcionam pela acção dos gases de escape, não aquecem, por isso a lubrificação não constitui um problema tão importante como ocorre nos turbo compressores. De facto, as unidades de compressores do tipo Roots lubrificam-se com o seu próprio fluxo de óleo SAE 90 das engrenagens (o mesmo da caixa de velocidades). Os compressores são máquinas muito fiáveis, se bem que a sujidade é o seu grande inimigo. As fugas de descarga (do lado da admissão) atraem o pó, que pode arruinar o compressor. As fugas de ar do lado da saída do compressor diminuem o rendimento do motor. Por outra parte, as fugas de descarga podem confundir a centralina (ECU), fazendo com que a mistura resulte demasiado pobre. Além disso uma fuga no lado da pressão aumenta em excesso a riqueza da mistura. O sensor de oxigénio (sonda Lambda) destes sistemas capazes é de regular a riqueza da mistura de ar e combustível analisando as características do gás queimado, só pode introduzir correcções menores na mistura não pode contrariar o efeito de uma fuga importante. As fugas normalmente são acompanhadas de um som (silvo) que se consegue localizar facilmente escutando a sua procedência.
[img]http://img129.imageshack.us/img129/4537/gadmisioncircuitjw3.jpg
Comprex
O comprex aproveita as vantagens do turbo compressor e do compressor volumétrico para fazer uma máquina mais eficaz em principio, mas logo veremos que também tem os seus inconvenientes. Transfere a energia entre os gases de escape e o ar de alimentação por meio de umas "ondas de pressão" geradas entre as finas paredes radiais de um tambor, que gira graças a uma conexão directa com o veio de excêntricos. Combina por tanto o funcionamento de um turbo compressor ao aproveitar-se da energia dos gases de escape do motor, se bem que o accionamento do seu rotor só requer uma parte muito pequena de potência do motor para o mantimento do processo das "ondas de pressão". Este tipo de compressor funciona muito bem nos motores Diesel, mas apresenta desvantagens com a sua complexidade mecânica, funcionamento ruidoso e custos de fabricação.
continua...
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: Renault 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.
O sistema biturbo
O sistema biturbo de turbos geminados ou escalonados foi desenvolvido pelos engenheiros do departamento desportivo da Opel OPC (Opel 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.
Compressores volumétricos ou de accionamento mecânico
O compressor de accionamento mecânico também conhecido por Compressor Volumétrico ou de deslocamento positivo não é nenhuma novidade, já é usado desde há muito tempo, a Volkswagen já utilizava um compressor centrífugo inventado em França em 1905. Ford e Toyota usaram um compressor do tipo Roots inventado em 1854. A utilização do compressor volumétrico esteve em desuso a nível comercial até que em finais da década de 80 teve um novo impulso quando fabricantes como Lancia e Volkswagen iniciaram a sua aplicação em modelos de grande fabricação em série.
Os compressores volumétricos são bombas de ar. Este mecanismo pode produzir facilmente uns 50% mais de potência do que os motores atmosféricos do mesmo tamanho. Os antigos compressores produziam um ruído considerável mas os actuais são muito mais silenciosos.
Como ocorre com os alternadores, os compressores volumétricos são accionados pelo movimento natural do motor, geralmente por uma correia, noutras ocasiões, por uma corrente ou conjunto de engrenagens. Giram a uma velocidade de 10.000 a 15.000 rpm, pelo que são muito mais lentos que os turbocompressores. A pressão de sobrealimentação está limitada pela velocidade do motor (não é necessária válvula de descarga como nos turbocompressores).
Devido à sua forma de accionamento oferecem um maior par motor a baixas rpm que um turbocompressor. Outra vantagem do compressor volumétrico frente ao turbocompressor é que tem uma resposta mais rápida (não sofre do efeito "lag" do turbo). A desvantagem principal do compressor é que rouba potência ao motor devido ao seu accionamento mecânico e esta perda aumenta à medida que sobe o regime de voltas do motor, pelo que não facilita um rendimento eficaz do motor.
Existem diferentes tipos de compressores volumétricos como: Roots, Lysholm, G, Sprintex, e alguns mais mas menos importantes. O funcionamento baseia-se principalmente na aspiração de ar que entra numa câmara e que diminui de volume.
Compressor Roots:
O compressor de deslocamento mais popular é o de tipo "Roots", denominado "compressor de lóbulos". Neste caso existe um par de rotores em forma de "oitos" ligados a rodas dentadas que giram à mesma velocidade mas em sentidos contrários bombeiam e comprimem o ar conjuntamente. Este compressor mais que comprimir o ar o que realmente faz é impulsioná-lo.
Os rotores apoiam-se nuns eixos. Tendo em conta de que nunca se tocam entre si, não se desgastam. Em ocasiões, os lóbulos são helicoidais e, noutras, de corte recto.
Esta versão prática com rotores de dois óvulos origina uma pressão relativamente baixa, e consegue criá-la muito rápido ao aumentar o regime de voltas.
A potência absorvida situa-se, para una sobrepressão de 0,6 bares e passagem máxima de ar, em 12.2 CV.
O rendimento do compressor Roots não é muito alto e mais, piora com o aumento do regime de voltas.
A capacidade de incremento só supera os 50% numa gama muito limitada. O ar comprimido sobe de temperatura extraordinariamente.
Os compressores de lóbulos tendem a "pulsar" a baixas velocidades, não obstante, os de rotores helicoidais tendem a aumentar ao máximo as ditas pulsações. Os rotores podem ter dois ou três lóbulos. Um rotor de três lóbulos tende a pulsar menos que um de dois. O rotor de três lóbulos dá melhores resultados graças a uma maior complexidade na sua construção, para se mover só necessitava roubar ao motor 8 cavalos de potência, para conseguir 0,6 bares de pressão.
Quando o motor não esta submetido a uma grande carga, a descarga do colector de admissão, gira os rotores como um moinho de vento, roubando por tanto menos potencia do motor.
A altas rotações, mover o compressor, supõe para o motor uma grande perda de potência, para reduzir este esforço marcas como a japonesa Mazda utilizam um compressor com poleia de accionamento de diâmetro variável. Isto consegue-se por meio de uma poleia que é acoplada ao compressor por meio de um sistema de electroíman como o que utiliza o compressor do ar condicionado. Por meio de um botão põem-se em funcionamento o compressor à vontade do condutor.
Compressor Roots (figura inferior) utilizado nos motores TSi de Volkswagen. O compressor cujo funcionamento está baseado no principio Roots, uma característica deste tipo de compressores é a sua capacidade para manter o giro quando se produz uma mudança de velocidades. O compressor é accionado mecanicamente pelo veio de excêntricos do motor mediante uma correia que move entre outros dispositivos, a bomba de água, que forma conjunto com a embraiagem magnética que liga ou desliga a transmissão de movimento ao compressor. A conexão e desconexão da transmissão de movimento ao compressor é gerida pela centralina da injecção (ECU).
Uma variante do compressor roots de lóbulos rectos é o compressor Lysholm composto por duas peças helicoidais que giram engrenadas. O ar entra entre estas duas peças que, ao girar, diminuem o volume de onde está alojado esse ar e aumentam a sua pressão. O compressor Lysholm é movido normalmente pelo veio de excêntricos mediante uma correia. A Mercedes utiliza-o nos seus motores de gasolina sobrealimentados. O rendimento deste compressor aproximadamente de uns 80 por cento. A folga de ajuste entre os dois rotores não supera os 0,2 mm e por exemplo, os que utiliza a Mercedes nos seus modelos são de alumínio para diminuir peso e inércia, são cobertos de um material sintético altamente deslizante que melhora o fluxo de ar, gira até às 12.000 rpm garantindo uma sobrealimentação suficiente em qualquer regime para aumentar o par motor.
O funcionamento do compressor é controlado por uma embraiagem electromagnética (como a utilizada para activar o compressor do ar condicionado) gerido pela unidade de controlo (ECU Motronic) a que também gere a abertura ou fecho da válvula de derivação ou by-pass de forma que quando se desactiva abre a válvula deixando o compressor fora de serviço, quando não é necessário, ficando assim o motor em aspiração normal. Quando as prestações requerem a acção do compressor, primeiro a embraiagem activa-se e quando envia suficiente pressão fecha-se a válvula, consegue-se assim uma aceleração progressiva
Compressor "G":
Os compressores utilizados por Volkswagen, chamados compressor centrifugo ou carregador "G", apresentam uma forma nas suas câmaras similar a esta letra. As peças alojadas no seu interior movem-se num movimento excêntrico (não giram). Caracteriza-se por um elemento disposto excentricamente com estrutura espiral em ambos os lados (espiras móveis), que dá lugar, junto com as carcaças (cárter fixo), também em espiral, a câmaras de volume variável. Deixou de se utilizar na década de 90 devido aos seus problemas de lubrificação e estanquecidade. O compressor G era montado nos modelos VW Pólo, Corrado e Golf com os conhecidos motores G40 e G60.
Devido a que os compressores não funcionam pela acção dos gases de escape, não aquecem, por isso a lubrificação não constitui um problema tão importante como ocorre nos turbo compressores. De facto, as unidades de compressores do tipo Roots lubrificam-se com o seu próprio fluxo de óleo SAE 90 das engrenagens (o mesmo da caixa de velocidades). Os compressores são máquinas muito fiáveis, se bem que a sujidade é o seu grande inimigo. As fugas de descarga (do lado da admissão) atraem o pó, que pode arruinar o compressor. As fugas de ar do lado da saída do compressor diminuem o rendimento do motor. Por outra parte, as fugas de descarga podem confundir a centralina (ECU), fazendo com que a mistura resulte demasiado pobre. Além disso uma fuga no lado da pressão aumenta em excesso a riqueza da mistura. O sensor de oxigénio (sonda Lambda) destes sistemas capazes é de regular a riqueza da mistura de ar e combustível analisando as características do gás queimado, só pode introduzir correcções menores na mistura não pode contrariar o efeito de uma fuga importante. As fugas normalmente são acompanhadas de um som (silvo) que se consegue localizar facilmente escutando a sua procedência.
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Comprex
O comprex aproveita as vantagens do turbo compressor e do compressor volumétrico para fazer uma máquina mais eficaz em principio, mas logo veremos que também tem os seus inconvenientes. Transfere a energia entre os gases de escape e o ar de alimentação por meio de umas "ondas de pressão" geradas entre as finas paredes radiais de um tambor, que gira graças a uma conexão directa com o veio de excêntricos. Combina por tanto o funcionamento de um turbo compressor ao aproveitar-se da energia dos gases de escape do motor, se bem que o accionamento do seu rotor só requer uma parte muito pequena de potência do motor para o mantimento do processo das "ondas de pressão". Este tipo de compressor funciona muito bem nos motores Diesel, mas apresenta desvantagens com a sua complexidade mecânica, funcionamento ruidoso e custos de fabricação.
continua...
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