Design e Função de um Turboalimentador
Sistema de controle
Objetivo e função
A dirigibilidade dos motores turbo de carros de passeio precisa atender as mesmas
exigências que a de motores de aspiração natural de mesma potência.
Ou seja, a pressão de alimentação total deve estar disponível
nas baixas rotações do motor, o que pode ser obtido com um sistema
de controle da pressão na turbina.
Controle por bypass lateral na turbina
O bypass no lado da turbina é a forma mais simples de controle da pressão
de alimentação. O tamanho da turbina é escolhido de forma que
as exigências da característica de torque para baixas rotações
do motor possam ser atendidas, alcançando-se boa dirigibilidade do veículo.
Com este design, mais gases de escape do que é preciso para produzir a pressão
de alimentação são fornecidos à turbina pouco antes
de se alcançar o torque máximo. Portanto, assim que se atinge a pressão
de alimentação específica, parte da vazão dos gases
de escape é desviada em torno da turbina por meio do bypass. O wastegate
que abre ou fecha o bypass é geralmente atuado por um diafragma de mola contra
a pressão de alimentação.
Hoje, sistemas eletrônicos de controle da pressão de alimentação
são cada vez mais usados em motores a gasolina e a diesel de carros de passeio.
Quando comparados ao controle puramente pneumático, o qual pode funcionar
apenas como limitador da pressão total, um controle flexível da pressão
de alimentação permite a obtenção de uma pressão
otimizada em carga parcial. Isso funciona de acordo com diversos parâmetros
como temperatura do ar, ponto do avanço da ignição ou injeção
e qualidade do combustível. O funcionamento da aba corresponde àquele
do elemento de comando mecânico previamente descrito. O diafragma mecânico
é submetido a uma pressão de controle modulada e não a pressão
de alimentação total.
Controle da pressão de reforço de um motor a gasolina
turboalimentado por pressão de controle proporcional
Esta pressão de controle é menor do que a de alimentação
e é gerada por uma válvula proporcional, assegurando que o diafragma
fique submetido à pressão de alimentação e à
pressão na admissão do compressor em proporções variadas.
A válvula proporcional é controlada pela eletrônica do motor.
Para motores a diesel, um elemento de comando mecânico regulado a vácuo
é usado para o controle eletrônico da pressão de alimentação.
Turbina de geometria variável
Turboalimentador para caminhões com turbina de geometria
variável (VTG)
A turbina de geometria variável permite que a área de vazão
da turbina varie de acordo com o ponto de operação do motor. Isso
permite que toda a energia dos gases de escape seja utilizada e a área de
vazão da turbina definida como ótima para cada ponto de operação.
Em conseqüência, a eficiência do turboalimentador e, portanto,
a do motor, é maior do que aquela obtida com o controle do bypass.
Controle da seção transversal de vazão por meio de palhetas
diretrizes variáveis: VTG
As palhetas móveis entre a carcaça e o rotor da turbina exercem um
efeito sobre o comportamento do aumento de pressão e, portanto, sobre a potência
da turbina. Para baixas rotações do motor, reduz-se a área
de vazão fechando-se as palhetas móveis. A pressão de alimentação
e, portanto, o torque do motor, aumentam em conseqüência do aumento na
diferença de pressão entre a entrada e saída da turbina. Para
altas rotações do motor, as palhetas móveis abrem-se gradativamente.
Obtém-se a pressão de alimentação exigida com uma baixa
vazão de pressão da turbina reduzindo-se o consumo de combustível
do motor. Durante a aceleração do veículo a partir de baixas
rotações, as palhetas móveis fecham-se para obter energia máxima
dos gases de escape. Com o aumento na rotação, as palhetas abrem-se
e adaptam-se ao ponto de operação correspondente.
Hoje, a temperatura dos gases de escape de motores a diesel modernos de alta performance
atinge cerca de 830 °C. O movimento preciso e confiável das palhetas
móveis no fluxo de gases de escape quentes impõe exigências
elevadas aos materiais e requer que as tolerâncias dentro da turbina sejam
exatamente definidas. Qualquer que seja o tamanho do turboalimentador, as palhetas
móveis precisam de folga mínimas para garantir operação
estável durante a vida útil do veículo.