Especialista Automotivo: Revolução dos Turbocompressores
Por Diego Riquero Tournier
No decorrer dos últimos anos, falando especificamente do período pós-pandemia, assistimos diversas declarações de montadoras, governos, e vários representantes do setor automotivo nacional e mundial falando sobre o processo de transição energética, que envolvia a descontinuidade da produção dos motores de combustão interna, migrando todos os novos projetos para a instalação definitiva dos sistemas de eletrificação veicular.
Atualmente, com um panorama um pouco mais claro, vemos que a grande maioria das montadoras decidiram continuar com o desenvolvimento de motores de combustão interna, seja para aplicações hibridas, ou para motores 100% a combustão.
Neste cenário, a eficiência energética das novas gerações de motores a combustão interna, estão no centro do desenvolvimento como pilar central de qualquer projeto, e dentro deste desafio, o sistema com maior potencial de ganho em termos de eficiência volumétrica e consequentemente eficiência energética, está representado pelos sistemas de sobrealimentação.
Para ser mais específico, entre todas as possibilidades de sistemas de sobre alimentação, a indústria automotiva optou claramente pela aplicação massiva de turbocompressores, seja para motores ciclo Diesel ou para motores ciclo Otto.
O princípio de funcionamento de um turbo está baseado no aproveitamento da energia dos gases de escapamento, que impulsionam um rotor (turbina de escapamento), que por sua vez, mantem uma conexão solidária através de um eixo, com outro rotor localizado no lado oposto do conjunto, atuando como um rotor compressor.
Desta forma, o circuito de admissão recebe um fluxo de ar pressurizado (pressão positiva), depois de passar pelo rotor de compressão, incrementado sua pressão e velocidade, trazendo como resultado um ganho expressivo na capacidade de encher os cilindros do motor (eficiência volumétrica).
O efeito da compressão do ar de admissão dentro do turbo (4), incrementa significativamente sua temperatura, fator que prejudica o desempenho do turbo para geração de um fluxo de ar de admissão apto para uma combustão eficiente.
Por este motivo, os motores modernos incorporam um sistema de refrigeração do ar de admissão pressurizado (trocador de calor), conhecido com o nome de Intercooler; na média, a utilização de um Intercooler permite incrementar até em um 20% a eficiência volumétrica de um motor em condições de funcionamento especificas.
Faça o download gratuito aqui
Leia a edição da Revista O Mecânico completa
Acesse vídeos de procedimentos no nosso YouTube
Para quem vive de mecânica, siga no Insta: @revistaomecanico
O desenho dos rotores (admissão e escapamento), levam em conta estudos da dinâmica dos fluidos; tanto nos condutos internos, que determinam a velocidade e pressão dos gases quanto no formato e ângulo de ataque do alabes (paletas) dos respectivos rotores.
A precisão de construção deste componente é extremamente elevada, já que um turbo moderno supera facilmente as 180 mil rpm, demandando um equilíbrio dinâmico (balanceamento) muito preciso.
As exigências de giro e temperatura, também desafiam ao sistema de lubrificação, que deve garantir um filme de óleo premente nos mancais do eixo (9), através de um sistema de lubrificação forçada.
Regulagem de pressão
O sistema de sobrealimentação por turbocompressor precisa incorporar algum dispositivo que permita regular a pressão gerada para o circuito de admissão, sob o risco de danificar componentes vitais do motor, como pistões, válvulas, cabeçote, entre outros.
Entre os sistema mais utilizados de regulagem de pressão do turbo se encontram:
– Regulagem de pressão por sistema pneumático
– Regulagem de pressão por atuador elétrico
O funcionamento está baseado na utilização da pressão positiva gerada pelo turbo na saída para o coletor de admissão (9), sendo esta, recolhida pela linha de pressão pneumática (3), e direcionada através de mangueiras de conexão até a válvula de controle (4).
A válvula de controle atua por meio de pulsos modulados PWM (Pulse-Width Modulation), definindo desta forma percentuais de ativação, permitindo derivar a pressão positiva até a válvula de controle de pressão (10), que atua como uma cápsula pneumática, que deslocará uma haste permitindo o movimento mecânico da válvula Wastegate (7).
Deste modo, a válvula Wastegate passará a atuar de maneira mecânica realizando um by-pass dos gases de escapamento, redirecionando esses gases por um caminho alternativo sem incidir na turbina dos gases de escapamento (2). Portanto, o impulso da turbina diminui drasticamente reduzindo as rotações e determinando a redução da compressão de ar no lado da admissão (menos pressão de turbo).
A regulagem via o acionamento pneumático é controlada através de um pulso PWM oferecendo simplicidade e versatilidade ao sistema.
Regulagem de pressão por atuador elétrico 
Dentro do mesmo conjunto de atuador é incorporado um sensor de posição para a medição do posicionamento mecânico em graus da válvula Wastegate.
Mediante o acionamento de um motor elétrico torna-se possível ampliar a gama de atuação da válvula Wastegate em termos de posicionamento e percentuais de atuação com extrema precisão.
Somado a isso, a incorporação do sensor de posicionamento permite a ECU contar com o posicionamento mecânico real da abertura da válvula Wastegate, permitindo criar diversas estratégias de funcionamento, assim como, informações de retorno para o software de diagnóstico da ECU.
Os turbos com atuador elétrico geralmente precisam receber ajustes eletrônicos (com scanner), quando forem realizadas intervenções técnicas e/ou substituição de componentes; desta forma, a ECU precisa registrar o posicionamento do atuador, e gravar esta nova informação nos parâmetros de funcionamento do veículo.
Novas gerações de Turbo
Com este novo dispositivo, a eletrônica passa a ter um controle tanto da turbina de escapamento (através da Wastegate) quanto do compressor de admissão com a válvula By-Pass do compressor.
Este novo atuador conta com a importante função de diminuir um problema caraterístico dos turbo compressores; o tempo de resposta (Turbo-Lag).
Este fenômeno da demora no tempo de resposta acontece quando o motor está em situações de desaceleração perde rotações e, consequentemente, o fluxo dos gases de escapamento diminuem sua capacidade de impulso para movimentar a turbina. Isto faz com que, no momento de uma nova aceleração, exista um retardo em tempo, até o turbo compressor conseguir atingir novamente um número de rotações suficiente para gerar pressão.
Neste momento, a incorporação deste novo dispositivo (Válvula By-Pass do compressor), somado a uma estratégia de funcionamento controlada pela ECU, tem a função de compensar a velocidade do ar de admissão, melhorando o tempo de resposta além de contribuir com a regulagem da pressão gerada pelo turbo.
Ao igual que com o atuador eletrônico da Wastegate, a válvula de By-Pass do compressor, precisa de ajustes eletrônicos a serem realizados via scanner em caso de intervenções e/ou substituição do componentes.
