Princípios da Turboalimentação
Para entender melhor a técnica da turboalimentação é
conveniente se familiarizar com os princípios de operação do
motor de combustão interna. Hoje, a maioria dos motores a diesel comerciais
e de carros de passeio são motores a pistão de quatro tempos, controlados
por válvulas de admissão e de escape. Cada ciclo operacional consiste
em quatro cursos do pistão durante duas voltas completas do virabrequim.
- Sucção (1º tempo)
Quando o pistão desce, o ar (motor a diesel ou motor a gasolina com injeção
direta) ou uma mistura de ar/combustível (motor a gasolina) é aspirado
pela válvula de admissão.
- Compressão (2º tempo)
O volume no cilindro é comprimido.
- Explosão (3º tempo)
No motor a gasolina, uma centelha causa ignição da mistura combustível/ar,
enquanto no motor a diesel o combustível é injetado sob alta pressão
e a mistura se queima espontaneamente.
- Exaustão (4º tempo)
Os gases de escape são expelidos quando o pistão sobe.
Esses simples princípios operacionais oferecem diversas possibilidades de
aumentar o rendimento de potência do motor:
Aumento do volume de sucção
O aumento do volume de aspiração permite maior rendimento, pois há
mais ar disponível em uma câmara de combustão maior e, portanto,
mais combustível pode ser queimado. Este aumento pode ser conseguido aumentando-se
o número de cilindros ou o volume de cada cilindro. Em geral, isso resulta
em motores maiores e mais pesados. No que diz respeito ao consumo de combustível
e emissão de gases poluentes, não podemos esperar nenhuma vantagem
significativa.
Aumento de rpm do motor
Outra possibilidade de aumentarmos a potência do motor é elevando sua
velocidade. Isto é feito com maior número de ignições
do cilindro por unidade de tempo. Em conseqüência de limites na estabilidade
mecânica, contudo, esse tipo de melhoria no rendimento é limitado.
Além disso, a maior velocidade faz com que as perdas de bombeamento e por
atrito aumentem exponencialmente e a eficiência do motor caia.
Turboalimentação
Nos procedimentos descritos acima, o motor funciona como um motor de aspiração
natural. O ar de combustão é aspirado diretamente dentro do cilindro
durante o estágio de admissão. Em motores turboalimentados, o ar de
combustão já é pré-comprimido antes de entrar no motor.
O motor aspira o mesmo volume de ar, mas em conseqüência da pressão
mais elevada, maior massa de ar entra na câmara de combustão. Conseqüentemente,
mais combustível poderá ser queimado para que a potência do
motor aumente em relação à mesma velocidade e volume aspirado.
Basicamente, precisamos distinguir entre motores turboalimentados por gás
de escape e superalimentados mecanicamente.
Superalimentação mecânica
Com a superalimentação mecânica, o ar de combustão é
comprimido por um compressor acionado diretamente pelo motor. Contudo, o aumento
no rendimento reduz-se, em parte, em conseqüência de perdas passivas
pelo acionamento do compressor. A potência para acionar um turboalimentador
mecânico é até 15 % da potência do motor. Portanto, o
consumo de combustível é maior quando comparado a um motor de aspiração
natural com a mesma potência.
Turboalimentação por gás de escape
Aqui, uma parte da energia do gás de escape, que normalmente seria perdida,
é usada para acionar uma turbina. Acoplado ao mesmo eixo da turbina está
um compressor que aspira o ar de combustão, comprime-o, fornecendo-o posteriormente
ao motor. Não há nenhum acoplamento mecânico ao motor.