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.
Diagrama de um motor de quatro cilindros superalimentado mecanicamente
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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.
Diagrama de um motor de quatro cilindros turboalimentado por gás de escape
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