Os motores diesel já tiveram a reputação de serem eficientes, mas lentos. Claro, eles beberam combustível, mas faltou urgência. Essa percepção mudou dramaticamente. Qual é o principal motivo? A popularidade dos turbocompressores.
Os motores diesel modernos são caracterizados por torque explosivo e resposta rápida. Não se trata apenas de uma parte. A injeção direta de alta pressão desempenha um papel importante. No entanto, o turbocompressor é o motor que alimenta o motor. Curiosamente, a turboalimentação não é exclusiva dos motores diesel. As equipes de F1 aproveitaram esses anos para extrair mais potência de suas unidades. A tecnologia é universal. Porém, sua aplicação se desenvolveu muito na indústria automotiva.
Mecanismo de indução forçada
Para entender a importância de um turboalimentador, você precisa entender como um motor produz potência. Vem da queima. Mais precisamente, uma mistura de combustível e ar é queimada. Mais mistura equivale a mais potência.
Historicamente, os engenheiros conseguiram isso de duas maneiras. Eles aumentaram o cilindro. Eles adicionaram cilindros. Está equipado com um motor V8 em vez de um motor de 4 cilindros em linha. Motor de grande cilindrada. Esses métodos funcionam. Mas eles acrescentam peso e complexidade.
Existe uma terceira via. Você pode forçar mais ar nos cilindros existentes. Esse é o trabalho do turboalimentador.
Os motores naturalmente aspirados dependem da pressão atmosférica para puxar o ar, enquanto os motores turbo usam gases de escape para aspirar o ar. Este é um ciclo fechado de eficiência. A energia de exaustão que de outra forma se dissiparia na atmosfera é capturada. Gira a turbina. A turbina aciona o compressor. O compressor força o ar denso para dentro da câmara de combustão.
Um processo passo a passo
Quando você visualiza o processo, é fácil ver como ele funciona. Isso não acontece por mágica. Acontece através de uma certa série de eventos físicos.
- Fluxo dos gases de escape: Os gases de escape quentes saem do motor e atingem as pás da turbina. A pressão faz a turbina girar em velocidades incrivelmente altas.
- Compressão: A turbina é conectada à roda do compressor por meio de um eixo. À medida que a turbina gira, o compressor suga o ar circundante e o comprime.
- Resfriamento: A compressão do ar aquece. O ar quente é menos denso. Resolva esse problema direcionando o ar pelo intercooler (ou intercooler). Isso reduz a temperatura. O ar mais frio é mais denso. Maior densidade do ar significa que há mais moléculas de oxigênio por centímetro cúbico.
- Fogo: Ar frio e denso entra no cilindro. Um injetor de combustível injeta combustível diesel neste ambiente pressurizado. O resultado é uma explosão mais poderosa.
“A principal vantagem é a densidade. O resfriamento do ar comprimido maximiza o oxigênio disponível para combustão sem aumentar o tamanho do motor.”
Superando a histerese com geometria variável
Os primeiros turbocompressores tinham falhas. Atraso. Este não é um bug de software. Isso é física. Em baixas rotações do motor, o fluxo dos gases de escape é fraco. Não basta girar a turbina rapidamente. O motorista pressiona o pedal do acelerador. O motor hesita. Então, de repente, o turbo acelera. A energia chega tarde.
Os engenheiros resolveram esse problema usando turbinas de geometria variável (VGT). As pás dentro da carcaça da turbina podem mudar de ângulo. Em baixas velocidades, as lâminas estreitam o tubo de escape. Isso aumenta a velocidade do gás. A turbina gira mais rápido apesar do baixo volume. Em alta velocidade, as lâminas se abrem. Isso evita o entupimento do motor devido à contrapressão.
Esta tecnologia elimina a “zona morta” entre a potência ociosa e a potência de pico. Tornou os motores diesel responsivos de uma forma que nunca foram antes.
A abordagem em duas etapas da BMW
Alguns fabricantes querem ir mais longe. A BMW introduziu um turbocompressor duplo variável no 535d. Esta é uma configuração de dois estágios. Ele usa dois turbocompressores de tamanhos diferentes.
O turbo menor dispara imediatamente em baixas velocidades. Oferece torque instantâneo e aceleração rápida para condução na cidade. Funciona de forma eficiente em uma faixa de velocidade mais baixa, o que é difícil com turbinas maiores.
À medida que a velocidade e a cilindrada do motor aumentam, um turboalimentador maior se torna mais eficiente. Ele lida com as demandas de alto fluxo da condução em alta velocidade. O sistema alterna perfeitamente entre as duas unidades. O resultado é um forte desempenho em toda a faixa de rotações. Não há atraso na parte inferior.
