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 alimentação 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
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.
Turboalimentador para caminhões com turbina de geometria variável (VTG)
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.