O que é um turbocompressor?
Quando se trata de combinar desempenho com consumo de combustível reduzido, os engenheiros são quase obrigados a optar por um motor turbo.
Fora do ar rarefeito do mundo dos supercarros, onde a Lamborghini ainda insiste que os motores naturalmente aspirados continuam sendo a maneira mais limpa e italiana de produzir potência e ruído, os dias dos carros sem turbo estão chegando ao fim.
É impossível, por exemplo, obter um Volkswagen Golf naturalmente aspirado. Depois do Dieselgate, é claro, é improvável que isso importe, porque ninguém mais quer jogar golfe.
No entanto, o fato é que carros citadinos, carros familiares, grand tourers e até alguns supercarros estão deixando o navio em favor de um futuro de mergulho. Do Ford Fiesta ao Ferrari 488, o futuro pertence à indução forçada, em parte por causa das leis de emissões, mas também porque a tecnologia evoluiu aos trancos e barrancos.
É um caso de economia de combustível do motor pequeno para uma condução suave e grande potência do motor quando você quiser.
Quando se trata de combinar maior desempenho com menor consumo de combustível, os engenheiros são quase forçados a projetar seus motores mais recentes com tecnologia turboalimentada.
Como um turbo pode fazer mais com menos?
Tudo se resume a como os motores funcionam, então vamos falar um pouco sobre a técnica. Para motores a gasolina, a relação ar-combustível de 14.7:1 garante a combustão completa de tudo no cilindro. Mais suco do que isso é um desperdício de combustível.
Em um motor naturalmente aspirado, o vácuo parcial criado pelo pistão descendente puxa o ar para dentro do cilindro, usando a pressão negativa interna para aspirar o ar através das válvulas de admissão. É uma maneira fácil de fazer as coisas, mas é muito limitada em termos de suprimento de ar, como uma pessoa com apnéia do sono.
No motor turboalimentado, o livro de regras foi reescrito. Em vez de depender do efeito de vácuo de um pistão, um motor turboalimentado usa uma bomba de ar para empurrar o ar para dentro de um cilindro, assim como uma máscara de apnéia do sono empurra o ar pelo nariz.
Embora os turbocompressores possam comprimir o ar em até 5 bar (72.5 psi) acima da pressão atmosférica padrão, em carros de estrada eles normalmente operam a uma pressão mais relaxada de 0.5 a 1 bar (7 a 14 psi).
O resultado prático é que com 1 bar de pressão de turbo, o motor recebe duas vezes mais ar do que se fosse aspirado naturalmente.
Isso significa que a unidade de controle do motor pode injetar duas vezes mais combustível, mantendo uma relação ar-combustível ideal, criando uma explosão muito maior.
Mas isso é apenas metade dos truques do turbocompressor. Vamos comparar um motor de 4.0 litros naturalmente aspirado e um motor turbo de 2.0 litros com uma pressão de alimentação de 1 bar, supondo que eles sejam idênticos em termos de tecnologia.
O motor de 4.0 litros consome mais combustível mesmo em marcha lenta e com carga leve do motor, enquanto o motor de 2.0 litros consome muito menos. A diferença é que em aceleração máxima, um motor turboalimentado usará a quantidade máxima de ar e combustível possível - duas vezes mais que um motor naturalmente aspirado com o mesmo deslocamento, ou exatamente o mesmo que um 4.0 litros naturalmente aspirado.
Isso significa que o motor turboalimentado pode funcionar desde os escassos 2.0 litros até os potentes quatro litros, graças à indução forçada.
Portanto, é um caso de economia de combustível do motor pequeno para uma condução suave e grande potência do motor quando você deseja.
Quão inteligente é isso?
Como convém a uma bala de prata da engenharia, o próprio turbocompressor é engenhoso. Quando o motor está funcionando, os gases de escape passam pela turbina, fazendo com que ela gire a velocidades incríveis - normalmente entre 75,000 e 150,000 vezes por minuto.
A turbina é aparafusada ao compressor de ar, o que significa que quanto mais rápido a turbina gira, mais rápido o compressor gira, sugando ar fresco e forçando-o a entrar no motor.
O turbo funciona em uma escala deslizante, dependendo de quão forte você pressiona o pedal do acelerador. Em marcha lenta, não há gás de exaustão suficiente para levar a turbina a qualquer velocidade significativa, mas à medida que você acelera, a turbina gira e fornece impulso.
Se você empurrar com o pé direito, são produzidos mais gases de escape, que comprimem a quantidade máxima de ar fresco nos cilindros.
Então, qual é o problema?
Há, é claro, várias razões pelas quais nem todos nós dirigimos carros turboalimentados por anos, começando pela complexidade.
Como você pode imaginar, construir algo que pode girar a 150,000 RPM dia após dia por anos sem explodir não é fácil e requer peças caras.
As turbinas também requerem um abastecimento de óleo e água dedicado, o que coloca mais pressão sobre os sistemas de lubrificação e refrigeração do motor.
À medida que o ar no turbocompressor aquece, os fabricantes também tiveram que instalar intercoolers para diminuir a temperatura do ar que entra no cilindro. O ar quente é menos denso que o ar frio, anulando os benefícios de um turbocompressor e também pode causar danos e detonação prematura da mistura ar/combustível.
A falha mais infame da turboalimentação é, obviamente, conhecida como lag. Como dito, você precisa acelerar e criar um escapamento para fazer com que o turbo comece a produzir uma pressão de aumento significativa, o que significava que os primeiros carros turbo eram como um interruptor atrasado - nada, nada, nada, TUDO.
Vários avanços na tecnologia turbo domaram o pior das características de movimento lento dos primeiros Saabs e Porsches turboalimentados, incluindo palhetas ajustáveis na turbina que se movem com base na pressão de exaustão e componentes leves e de baixo atrito para reduzir a inércia.
O passo mais empolgante em turboalimentação só pode ser encontrado – pelo menos por enquanto – em pilotos de F1, onde um pequeno motor elétrico mantém o turbo girando, reduzindo o tempo necessário para girá-lo.
Da mesma forma, no Campeonato Mundial de Rally, um sistema conhecido como anti-lag despeja a mistura ar/combustível diretamente no escapamento à frente do turbocompressor. O calor do coletor de escape faz com que ele exploda mesmo sem uma vela de ignição, criando gases de escape e mantendo o turbocompressor em ebulição.
Mas e os turbodiesel?
Quando se trata de turboalimentação, os diesels são uma raça especial. Este é realmente um caso de mão em mão, porque sem indução forçada, os motores a diesel nunca seriam tão comuns quanto são.
Os diesels naturalmente aspirados podem fornecer torque decente, mas é aí que seus talentos terminam. No entanto, com a indução forçada, os diesels podem capitalizar seu torque e desfrutar dos mesmos benefícios que seus equivalentes a gasolina.
Os motores a diesel são construídos pela Tonka Tough para lidar com as enormes cargas e temperaturas contidas, o que significa que podem lidar facilmente com a pressão extra de um turbo.
Todos os motores a diesel - naturalmente aspirados e superalimentados - operam queimando combustível em excesso de ar em um sistema chamado de combustão enxuta.
A única vez que os motores a diesel naturalmente aspirados chegam perto da mistura ar/combustível "ideal" é em plena aceleração quando os injetores de combustível estão totalmente abertos.
Como o diesel é menos volátil que a gasolina, quando é queimado sem muito ar, é produzida uma enorme quantidade de fuligem, também conhecida como partículas de diesel. Ao encher o cilindro com ar, os turbodiesels podem evitar esse problema.
Assim, embora a turboalimentação seja uma melhoria incrível para os motores a gasolina, sua verdadeira virada evita que o motor a diesel se torne uma relíquia esfumaçada. Embora "Dieselgate" em qualquer caso possa fazer com que isso aconteça.
Como você se sente sobre o fato de que os turbocompressores chegam a quase todos os veículos de quatro rodas? Conte-nos nos comentários abaixo.
