Autor Tópico: Turbos e Compressores.  (Lida 71925 vezes)

Offline Ricardo

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Turbos e Compressores.
« em: 28 de Junho de 2012, 12:48 pm »
Boas, aqui fica mais um tópico de informações sobre turbos e compressores. :smiley


O turbo-compressor

Tem a particularidade de aproveitar a força dos gases de escape para impulsionar uma turbina colocada na saída do colector de escape, a dita turbina une-se mediante um eixo a um compressor. O compressor está colocado na entrada do colector de admissão, com o movimento giratório que lhe transmite a turbina através do eixo comum, o compressor eleva a pressão do ar que entra através do filtro e consegue que melhore a alimentação do motor. O turbo impulsionado pelos gases de escape alcança velocidades acima das 100.000 rpm, por tanto, há que ter em conta o sistema de lubrificação dos suportes onde apoia o eixo comum dos rodetes da turbina e do compressor. Também há que saber que as temperaturas às quais está submetido o turbo durante o contacto com os gases de escape vão a ser muito elevadas (perto de 750 ºC).




Ciclos de funcionamento do Turbo

Funcionamento ao ralenti e carga parcial inferior: Nestas condições o rodete da turbina dos gases de escape é impulsionado por meio da baixa energia dos gases de escape, e o ar fresco aspirado pelos cilindros não será pré-comprimido pela turbina do compressor, simples aspiração do motor.

Funcionamento a carga parcial média: Quando a pressão no colector de aspiração (entre o turbo e os cilindros) se aproxima da atmosférica, a roda da turbina é impulsionada a um regime de rotações mais elevado e o ar fresco aspirado pelo rodete do compressor é pré-comprimido e conduzido até aos cilindros sobre pressão atmosférica ou ligeiramente superior, actuando já o turbo na sua função de sobrealimentação do motor.

Funcionamento a carga parcial superior e plena carga: Nesta fase continua a aumentar a energia dos gases de escape sobre a turbina do turbo e se alcançará o valor máximo de pressão no colector de admissão que deve ser limitada por um sistema de controlo (válvula de descarga). Nesta fase o ar fresco aspirado pelo rodete do compressor é comprimido à máxima pressão que não deve ultrapassar os 0,9 bar nos turbos normais e 1,2 nos turbos de geometria variável.

Constituição de um turbo-compressor




Os elementos principais que formam um turbo são o eixo comum (3) que tem nos seus extremos os rodetes da turbina (2) e o compressor (1) este conjunto gira sobre os suportes de apoio, os quais vão trabalhar em condições extremas e que dependem necessariamente de um circuito de lubrificação.
Por outro lado o turbo sofre uma constante aceleração à medida que o motor sobe de rotação e como não há limite algum no giro da turbina empurrada pelos gases de escape, a pressão que alcança o ar no colector de admissão submetido à acção do compressor pode ser tal que se torne mais um inconveniente que uma vantagem na hora de sobrealimentar o motor. Pelo que se torna necessário o uso de um elemento que nos limite a pressão no colector de admissão. Este elemento chama-se válvula de descarga ou válvula wastegate.


Regulação da pressão do turbo
Para evitar o aumento excessivo de rotações da turbina e compressor como consequência de uma maior pressão dos gases à medida que se aumentam as rotações do motor, torna-se necessária uma válvula de segurança (também chamada: válvula de descarga ou válvula wastegate). Esta válvula está montada em derivação, e manda parte dos gases de escape directamente à saída do escape sem passar pela turbina.

A válvula de descarga ou wastegate é formada por uma cápsula sensível à pressão composta por uma mola (3), uma câmara de pressão e um diafragma ou membrana (2). O lado oposto do diafragma está permanentemente condicionado pela pressão do colector de admissão ao estar ligado ao mesmo por um tubo (1). Quando a pressão do colector de admissão supera o valor máximo de segurança, desvia a membrana e comprime a mola da válvula tirando-a do seu assento. Os gases de escape deixam de passar então pela turbina do sobre-alimentador (passam pelo bypass (9)) até que a pressão de alimentação volte a descer e a válvula se feche de novo.





A pressão máxima a que pode trabalhar o turbo é determinada pelo fabricante e para isso ajusta a tara da mola da válvula de descarga. Este tarado deve permanecer fixo a menos que se queira intencionalmente manipular a pressão de trabalho do turbo, como se faz habitualmente. No caso de que a válvula de descarga falha-se, origina-se um excesso de pressão sobre a turbina que a faria ter cada vez mais rotações, o que poderia provocar que a lubrificação se torna-se insuficiente e se “rompe-se” a película de lubrificação entre o eixo comum e os suportes onde se apoia, aumentando a temperatura de todo o conjunto e provocando que se fundissem ou gripassem estes componentes.

Exemplo prático de modificação da pressão de sopro do turbo.
Como exemplo citamos aqui o conhecido turbo Garret T2 montado no clássico: Renault 5 GT Turbo, que tanto deu que falar, pelo fácil que era modificar a pressão de sopro do turbo, para isso simplesmente havia que apertar/desapertar a vareta (2) do actuador da wastegate (4). Quanto mais curta for a vareta, mais pressão se necessita para abrir a wastegate, e por conseguinte há mais pressão de turbo.
Para realizar esta operação primeiro tira-se o clip (1) que mantém a vareta (2) no braço da válvula (5). Alivia-se a porca (3) mantendo bem segura a zona roscada (6) para que não gire e danifique a membrana do interior da wastegate, agora já se pode girar a vareta (usualmente tem dado um ponto de solda para evitar que se mude a afinação, assim que temos que eliminá-lo antes de girar a vareta).
Três voltas no sentido das agulhas do relógio deveriam aumentar a pressão em 0.2 bar (3 psi), mas é um trabalho de ensaio e erro. Quando finalmente se tenha a pressão de sopro desejada aperta-se a porca e coloca-se de novo o clip.




Temperatura de funcionamento

Como se vê na figura abaixo, as temperaturas de funcionamento num turbo são muito diferentes, tendo em conta que a parte dos componentes que estão em contacto com os gases de escape pode alcançar temperaturas muito altas (650 ºC a 750ºC), enquanto que os que estão em contacto com o ar da aspiração só alcançam 80 ºC.
Estas diferenças de temperatura concentrada em uma mesma peça (eixo comum) determinam valores de dilatação diferentes, o que comporta as dificuldades na hora do design de um turbo na escolha dos materiais que suportem estas condições de trabalho adversas.
O turbo refrigera-se em parte pelo óleo de lubrificação e pelo ar de aspiração, cedendo uma determinada parte do seu calor ao ar que força a passagem pelo rodete do compressor. Este aquecimento do ar não é nada benéfico para o motor, já que não só dilata o ar da admissão de forma que lhe falta densidade e por isso riqueza em oxigénio, como além disso, um ar demasiado quente no interior do cilindro dificulta a refrigeração da câmara de combustão durante o enchimento da câmara ao entrar ar a uma temperatura superior à do próprio refrigerante liquido.




Os motores de gasolina, nos quais as temperaturas dos gases de escape são entre 200º e 300ºC mais altas que nos motores diesel, estão normalmente equipados com carcaças centrais refrigeradas por água. Quando o motor está em funcionamento, a carcaça central integra-se no circuito de refrigeração do motor. Depois de parar o motor, o calor que resta é expulso utilizando um pequeno circuito de refrigeração que funciona por meio de uma bomba eléctrica de água controlada por um termóstato. No principio quando se iniciou a aplicação de turbo-compressores em motores a gasolina, não se teve em conta a consequência das altas temperaturas que se podiam alcançar no colector de escape e por tanto no turbo que está pegado nele. A consequência desta imprevisão foi uma quantidade considerável de turbos carbonizados, suportes de veio empenados e pistões destruídos devido a uma combustão detonante. Hoje em dia os carters dos suportes dos veios dos turbo-compressores utilizados para sobrealimentar motores Otto refrigeram-se exclusivamente com água e desenvolveram-se para aplicação materiais mais resistentes ao calor; (no particular caso dos turbos do Calibra a refrigeração continua a contar com a ajuda do circuito de óleo). As bases dos pistões dos motores turbo quase sempre são refrigeradas por meio de injecção de óleo. Com estas medidas solucionou-se a maioria dos problemas que têm os motores turbo a gasolina, isto sim, tendo sempre em conta que se por algum motivo a temperatura de escape ultrapassar durante um largo período o limite máximo dos 1000ºC o turbo poderá entregar a alma ao criador.




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Re: Turbos e Compressores.
« Responder #1 em: 28 de Junho de 2012, 12:51 pm »
Intercooler

Para evitar o problema do sobreaquecimento do ar de admissão houve que incorporar sistemas de arrefecimento do ar a partir de permutadores de calor (intercooler). O intercooler é um radiador ar-ar, o que significa que o ar quente que circula no seu interior é arrefecido pelo ar exterior que incide e passa pelos seus alvéolos durante o andamento do automóvel; o sistema de arrefecimento do motor por outro lado é um permutador água-ar. Com o intercooler consegue-se refrigerar o ar em cerca de 40% a 60% desde os 100º-105ºC até 60º-65ºC, o resultado é uma notável melhora de potência e de par motor graças ao aumento da massa de ar, além de que se reduz o consumo e os níveis de contaminação.



O sistema biturbo

O sistema biturbo de turbos geminados ou escalonados foi desenvolvido pelos engenheiros do departamento desportivo da Opel OPC (Opel Performance Center). Basta considerar as pressões efectivas alcançadas para nos darmos conta do enorme potencial de um motor equipado com turbos geminados ou escalonados. Enquanto que nas versões Diesel sobrealimentadas clássicas funcionam a pressões incluídas entre 1,7 e 1,9 bares, o motor de 1,9 l de turbos geminados chega a pressões efectivas de 2,6 bares. Esta pressão tem uma influência directa sobre a potência do motor: Quanto mais alta é a cifra maior é a potência desenvolvida pelo motor. Para que se possa utilizar a técnica dos turbos geminados, é necessário que o bloco motor seja especialmente robusto e que possa resistir a pressões enormes, inclusive depois de uma alta quilometragem.




Compressores volumétricos ou de accionamento mecânico

O compressor de accionamento mecânico também conhecido por Compressor Volumétrico ou de deslocamento positivo não é nenhuma novidade, já é usado desde há muito tempo, a Volkswagen já utilizava um compressor centrífugo inventado em França em 1905. Ford e Toyota usaram um compressor do tipo Roots inventado em 1854. A utilização do compressor volumétrico esteve em desuso a nível comercial até que em finais da década de 80 teve um novo impulso quando fabricantes como Lancia e Volkswagen iniciaram a sua aplicação em modelos de grande fabricação em série.
Os compressores volumétricos são bombas de ar. Este mecanismo pode produzir facilmente uns 50% mais de potência do que os motores atmosféricos do mesmo tamanho. Os antigos compressores produziam um ruído considerável mas os actuais são muito mais silenciosos.

Como ocorre com os alternadores, os compressores volumétricos são accionados pelo movimento natural do motor, geralmente por uma correia, noutras ocasiões, por uma corrente ou conjunto de engrenagens. Giram a uma velocidade de 10.000 a 15.000 rpm, pelo que são muito mais lentos que os turbocompressores. A pressão de sobrealimentação está limitada pela velocidade do motor (não é necessária válvula de descarga como nos turbocompressores).



Devido à sua forma de accionamento oferecem um maior par motor a baixas rpm que um turbocompressor. Outra vantagem do compressor volumétrico frente ao turbocompressor é que tem uma resposta mais rápida (não sofre do efeito "lag" do turbo). A desvantagem principal do compressor é que rouba potência ao motor devido ao seu accionamento mecânico e esta perda aumenta à medida que sobe o regime de voltas do motor, pelo que não facilita um rendimento eficaz do motor.
Existem diferentes tipos de compressores volumétricos como: Roots, Lysholm, G, Sprintex, e alguns mais mas menos importantes. O funcionamento baseia-se principalmente na aspiração de ar que entra numa câmara e que diminui de volume.


Compressor Roots:

O compressor de deslocamento mais popular é o de tipo "Roots", denominado "compressor de lóbulos". Neste caso existe um par de rotores em forma de "oitos" ligados a rodas dentadas que giram à mesma velocidade mas em sentidos contrários bombeiam e comprimem o ar conjuntamente. Este compressor mais que comprimir o ar o que realmente faz é impulsioná-lo.



Os rotores apoiam-se nuns eixos. Tendo em conta de que nunca se tocam entre si, não se desgastam. Em ocasiões, os lóbulos são helicoidais e, noutras, de corte recto.
Esta versão prática com rotores de dois óvulos origina uma pressão relativamente baixa, e consegue criá-la muito rápido ao aumentar o regime de voltas.
A potência absorvida situa-se, para una sobrepressão de 0,6 bares e passagem máxima de ar, em 12.2 CV.
O rendimento do compressor Roots não é muito alto e mais, piora com o aumento do regime de voltas.
A capacidade de incremento só supera os 50% numa gama muito limitada. O ar comprimido sobe de temperatura extraordinariamente.



Os compressores de lóbulos tendem a "pulsar" a baixas velocidades, não obstante, os de rotores helicoidais tendem a aumentar ao máximo as ditas pulsações. Os rotores podem ter dois ou três lóbulos. Um rotor de três lóbulos tende a pulsar menos que um de dois. O rotor de três lóbulos dá melhores resultados graças a uma maior complexidade na sua construção, para se mover só necessitava roubar ao motor 8 cavalos de potência, para conseguir 0,6 bares de pressão.
Quando o motor não esta submetido a uma grande carga, a descarga do colector de admissão, gira os rotores como um moinho de vento, roubando por tanto menos potencia do motor.
A altas rotações, mover o compressor, supõe para o motor uma grande perda de potência, para reduzir este esforço marcas como a japonesa Mazda utilizam um compressor com poleia de accionamento de diâmetro variável. Isto consegue-se por meio de uma poleia que é acoplada ao compressor por meio de um sistema de electroíman como o que utiliza o compressor do ar condicionado. Por meio de um botão põem-se em funcionamento o compressor à vontade do condutor.



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Re: Turbos e Compressores.
« Responder #2 em: 28 de Junho de 2012, 12:55 pm »
Compressor Roots (figura inferior) utilizado nos motores TSi de Volkswagen. O compressor cujo funcionamento está baseado no principio Roots, uma característica deste tipo de compressores é a sua capacidade para manter o giro quando se produz uma mudança de velocidades. O compressor é accionado mecanicamente pelo veio de excêntricos do motor mediante uma correia que move entre outros dispositivos, a bomba de água, que forma conjunto com a embraiagem magnética que liga ou desliga a transmissão de movimento ao compressor. A conexão e desconexão da transmissão de movimento ao compressor é gerida pela centralina da injecção (ECU).



Uma variante do compressor roots de lóbulos rectos é o compressor Lysholm composto por duas peças helicoidais que giram engrenadas. O ar entra entre estas duas peças que, ao girar, diminuem o volume de onde está alojado esse ar e aumentam a sua pressão. O compressor Lysholm é movido normalmente pelo veio de excêntricos mediante uma correia. A Mercedes utiliza-o nos seus motores de gasolina sobrealimentados. O rendimento deste compressor aproximadamente de uns 80 por cento. A folga de ajuste entre os dois rotores não supera os 0,2 mm e por exemplo, os que utiliza a Mercedes nos seus modelos são de alumínio para diminuir peso e inércia, são cobertos de um material sintético altamente deslizante que melhora o fluxo de ar, gira até às 12.000 rpm garantindo uma sobrealimentação suficiente em qualquer regime para aumentar o par motor.




O funcionamento do compressor é controlado por uma embraiagem electromagnética (como a utilizada para activar o compressor do ar condicionado) gerido pela unidade de controlo (ECU Motronic) a que também gere a abertura ou fecho da válvula de derivação ou by-pass de forma que quando se desactiva abre a válvula deixando o compressor fora de serviço, quando não é necessário, ficando assim o motor em aspiração normal. Quando as prestações requerem a acção do compressor, primeiro a embraiagem activa-se e quando envia suficiente pressão fecha-se a válvula, consegue-se assim uma aceleração progressiva.



Compressor "G":

Os compressores utilizados por Volkswagen, chamados compressor centrifugo ou carregador "G", apresentam uma forma nas suas câmaras similar a esta letra. As peças alojadas no seu interior movem-se num movimento excêntrico (não giram). Caracteriza-se por um elemento disposto excentricamente com estrutura espiral em ambos os lados (espiras móveis), que dá lugar, junto com as carcaças (cárter fixo), também em espiral, a câmaras de volume variável. Deixou de se utilizar na década de 90 devido aos seus problemas de lubrificação e estanquecidade. O compressor G era montado nos modelos VW Pólo, Corrado e Golf com os conhecidos motores G40 e G60.




Devido a que os compressores não funcionam pela acção dos gases de escape, não aquecem, por isso a lubrificação não constitui um problema tão importante como ocorre nos turbo compressores. De facto, as unidades de compressores do tipo Roots lubrificam-se com o seu próprio fluxo de óleo SAE 90 das engrenagens (o mesmo da caixa de velocidades). Os compressores são máquinas muito fiáveis, se bem que a sujidade é o seu grande inimigo. As fugas de descarga (do lado da admissão) atraem o pó, que pode arruinar o compressor. As fugas de ar do lado da saída do compressor diminuem o rendimento do motor. Por outra parte, as fugas de descarga podem confundir a centralina (ECU), fazendo com que a mistura resulte demasiado pobre. Além disso uma fuga no lado da pressão aumenta em excesso a riqueza da mistura. O sensor de oxigénio (sonda Lambda) destes sistemas capazes é de regular a riqueza da mistura de ar e combustível analisando as características do gás queimado, só pode introduzir correcções menores na mistura não pode contrariar o efeito de uma fuga importante. As fugas normalmente são acompanhadas de um som (silvo) que se consegue localizar facilmente escutando a sua procedência.





Comprex

O comprex aproveita as vantagens do turbo compressor e do compressor volumétrico para fazer uma máquina mais eficaz em principio, mas logo veremos que também tem os seus inconvenientes. Transfere a energia entre os gases de escape e o ar de alimentação por meio de umas "ondas de pressão" geradas entre as finas paredes radiais de um tambor, que gira graças a uma conexão directa com o veio de excêntricos. Combina por tanto o funcionamento de um turbo compressor ao aproveitar-se da energia dos gases de escape do motor, se bem que o accionamento do seu rotor só requer uma parte muito pequena de potência do motor para o mantimento do processo das "ondas de pressão". Este tipo de compressor funciona muito bem nos motores Diesel, mas apresenta desvantagens com a sua complexidade mecânica, funcionamento ruidoso e custos de fabricação.



Turbos de geometria variável (VTG)

Os turbos convencionais têm o inconveniente de que a baixas rotações do motor o rodete da turbina apenas é impulsionado pelos gases de escape, pelo que o motor se comporta como se fosse atmosférico. Uma solução para isto é utilizar um turbo pequeno de baixa pressão que comece a comprimir o ar aspirado pelo motor desde rotações muito baixas, mas isto tem um inconveniente, é que a altas rotações do motor o turbo de baixa pressão não tem capacidade suficiente para comprimir todo o ar que necessita o motor, por tanto, a potência que ganhamos a baixas rotações vamos perde-la em altas. Para corrigir este inconveniente procurou-se a solução de dotar uma mesma máquina “sopradora” da capacidade de comprimir o ar com eficácia tanto a baixas rotações como em altas, para isso desenvolveram-se os turbo-compressores de geometria variável.

Funcionamento

O turbo VTG (Geometria Variável) diferencia-se do turbo convencional pela utilização de um prato ou coroa no qual estão montados umas aletas moveis que podem ser orientadas (todas em conjunto) num ângulo determinado mediante um mecanismo de vareta e alavanca empurradas por uma cápsula pneumática, sistema parecido com o utilizado na Válvula Wastegate




Para conseguir a máxima compressão do ar a baixas r.p.m. devem fechar-se as aletas já que diminuindo a secção entre elas, aumenta a velocidade dos gases de escape que incidem com mais força sobre as pás do rodete da turbina (menor Secção = maior velocidade). Quando o motor aumenta de r.p.m e aumenta a pressão no colector de admissão, a cápsula pneumática detecta-o através de um tubo ligado directamente ao colector de admissão e transforma-o num movimento que empurra o sistema de comando das aletas para que estas se movam para uma posição de abertura que faz diminuir a velocidade dos gases de escape que incidem sobre a turbina (maior secção = menor velocidade).
As aletas estão montadas sobre uma coroa (como se vê na imagem abaixo), podendo regular-se o veio roscado de união à cápsula pneumática para que as aletas abram antes ou depois. Se as aletas estiverem em abertura máxima, indica que há uma avaria já que a máxima inclinação só a adoptam para a função de emergência.




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Re: Turbos e Compressores.
« Responder #3 em: 28 de Junho de 2012, 12:57 pm »
As posições fundamentais que podem adoptar as aletas podem ser descritas como no texto e imagem seguintes:

Na figura da esquerda: vemos como as aletas adoptam uma posição fechada que apenas deixa espaço para a passagem dos gases de escape. Esta posição é adoptada pelo turbo quando o motor gira a baixas rotações e a velocidade dos gases de escape é baixa. Com isto consegue-se acelerar a velocidade dos gases de escape, ao passar pelo estreito espaço que fica entre as aletas, o que faz incidir com mais força os gases sobre a turbina. Também adoptam esta posição quando se exige ao motor as máximas prestações partindo de uma velocidade baixa ou relativamente baixa, o que faz com que o motor possa acelerar de uma forma tão rápida como a exigida pelo condutor, por exemplo numa ultrapassagem ou numa aceleração brusca do veiculo.
Na figura do centro: as aletas tomam uma posição mais aberta que corresponde a um funcionamento do motor com um regime de médio de rotações e marcha normal, neste caso o turbo VTG comportar-se-ia como um turbo convencional. As aletas adoptam uma posição intermédia que não interfere na passagem dos gases de escape que incidem e sem variar a sua velocidade sobre a turbina.
Na figura da direita: as aletas adoptam uma posição muito aberta devido a que o motor gira a muitas rotações, os gases de escape entram a muita velocidade no turbo fazendo girar a turbina muito depressa. A posição muito aberta das aletas actua como um travão para os gases de escape pelo que se limita a velocidade da turbina. Neste caso, a posição das aletas realiza a função que realizava a válvula wastegate nos turbos convencionais, quer dizer, limita a velocidade da turbina quando o motor gira a altas rotações e há uma pressão muito alta no colector de admissão, isto explica por que é que os turbos VTG não têm válvula wastegate.



Se as aletas estiverem em abertura máxima, indica que há uma avaria já que a máxima inclinação só a adoptam para a função de emergência.

O funcionamento que vimos para o Turbo VTG é teórico já que o controlo da cápsula manométrica, da mesma forma que nos turbos convencionais mais modernos, se faz mediante uma gestão electrónica que se encarrega de regular a pressão que chega à cápsula manométrica nos turbos VTG e à válvula wastegate nos turbos convencionais, em todas as margens de funcionamento do motor e tendo em conta outros factores como sejam a temperatura do ar de admissão, a pressão atmosférica (altitude sobre o nível do mar) e as exigências do condutor.

As vantagens do turbo-compressor VTG advêm de se conseguir um funcionamento mais progressivo do motor sobrealimentado. A diferença dos primeiros motores dotados com turbo-compressor convencional onde havia um grande salto de potência de baixas rotações para altas, o comportamento deixou de ser brusco para conseguir uma curva de potencia muito progressiva com grande quantidade de par desde baixas rotações e mantido durante uma ampla zona do nº de rotações do motor.

O inconveniente que apresenta este sistema é a sua maior complexidade, e por isso, o preço quando comparado com um turbo-compressor convencional. Assim como o sistema de lubrificação que necessita usar óleos de maior qualidade e mudas mais frequentes.
Até agora, o turbo-compressor VTG só se pode utilizar em motores Diesel, já que nos de gasolina a temperatura dos gases de escape é demasiado alta (200 - 300 ºC mais alta) para admitir sistemas como estes.



Gestão electrónica da pressão do turbo

Com a utilização da gestão electrónica tanto nos motores de gasolina como nos diesel, a regulação do controlo da pressão do turbo já não se deixa nas mãos de uma válvula de accionamento mecânico como é a válvula wastegate, que esta submetida a altas temperaturas, e os seus componentes como: a mola e a membrana; sofrem deformações e desgastes que influem num mau controlo da pressão do turbo, além de que no têm em conta factores tão importantes para o bom funcionamento do motor como são a altitude e a temperatura ambiente.
Para descrever como funciona um sistema de regulação da pressão do turbo, temos um esquema (figura inferior) que pertence a um motor Diesel (1.9 TDi) no qual se vêem todos os elementos que intervêem no controlo da pressão do turbo. A Gestão Electrónica Diesel (EDC Electronic Diesel Control) interpõe uma electroválvula de controlo da pressão (3) entre o colector de admissão e a válvula wastegate (4) que controla a todo momento a pressão que chega à válvula wastegate. Como se vê no circuito de controlo da pressão do turbo, é similar a um circuito de controlo convencional com a única diferença da incorporação da electroválvula de controlo (3).


As características principais deste sistema são:

- Permite ultrapassar o valor máximo da pressão do turbo.
- Tem corte de injecção a altas rotações.
- Proporciona uma boa resposta ao acelerador em toda a margem de rotações.
- A velocidade do turbo-compressor pode subir até às 110.000 r.p.m.




A electroválvula de controlo (AMAL): comporta-se como una “chave de acesso” que deixa passar mais ou menos pressão até à válvula wastegate. Esta é comandada pela ECU (unidade de controlo) que mediante impulsos eléctricos provoca a sua abertura ou fecho. Quando o motor gira a baixas e médias rotações, a electroválvula de controlo deixa passar a pressão que há no colector de admissão através da sua entrada (1) até à saída (2) e directamente até à válvula wastegate, cuja membrana é empurrada para provocar a sua abertura, mas isto não se terá efeito até que a pressão de sopro do turbo seja suficiente para vencer a força da mola. Quando as rotações do motor são altas a pressão que chega à válvula wastegate é muito alta, o suficiente para vencer a força da sua mola e abrir a válvula para derivar os gases de escape pelo bypass (baixa a pressão de sopro do turbo). Quando a ECU considera que a pressão no colector de admissão pode ultrapassar as margens de funcionamento normais, quer seja por circular em altitude, alta temperatura ambiente ou por uma solicitação por parte do condutor de altas prestações (acelerações fortes e repentinas), sem que isto ponha em risco o bom funcionamento do motor, a ECU pode modificar o valor da pressão do turbo que chega à válvula wastegate, cortando a passagem da pressão mediante a electroválvula de controlo, fecha a passagem (1) e abre a passagem (2) a (3), pondo assim em contacto a válvula wastegate com a pressão atmosférica que a manterá fechada e assim aumenta-se a pressão de sopro do turbo.

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Re: Turbos e Compressores.
« Responder #4 em: 28 de Junho de 2012, 13:01 pm »


Para que fique claro, o que faz a electroválvula de controlo durante o seu funcionamento, é enganar a válvula wastegate desviando parte da pressão do turbo para que esta não actue.
A electroválvula de controlo é gerida pela ECU (unidade de controlo), ligando à massa um dos seus terminais eléctricos com uma frequência fixa, onde a amplitude do sinal determina quando deve abrir a válvula para aumentar a pressão de sopro do turbo no colector de admissão. A ECU para calcular quando deve abrir ou fechar a electroválvula de controlo tem em conta a pressão no colector de admissão por meio do sensor de pressão do turbo que vem incorporado na própria ECU e que recebe a pressão através de um tubo (7) ligado ao colector de admissão. Também tem em conta a temperatura do ar no colector de admissão por meio de um sensor de temperatura (6), o nº de r.p.m do motor e a altitude por meio de um sensor que por vezes está incorporado na ECU ou fora.

No esquema abaixo temos o circuito de admissão e escape de um motor Diesel de injecção directa (TDi) que utiliza um turbo-compressor de geometria variável (VTG). Como se vê no esquema ya não aparece a válvula de descarga ou wastegate, apesar disso a electroválvula de controlo da pressão do turbo (3) continua presente e dela sai um tubo que vai directamente ao turbo-compressor. Ainda que não se veja onde liga em concreto, o tubo, está ligado à cápsula pneumática ou actuador (nº 8 no primeiro desenho). O funcionamento do controlo da pressão do turbo é muito similar ao estudado anteriormente, a diferença é que a válvula wastegate é substituída pela cápsula pneumática, ambas têm um funcionamento parecido, enquanto que uma abre ou fecha uma válvula, a outra move um mecanismo de accionamento de aletas.
Neste caso o sensor de altitude está fora da ECU (unidade de controlo).



VGT em motores a gasolina

Tal como tudo, também a tecnologia avança, e o sonho dos VGT em motores a gasolina é já uma realidade, em finais de 2006 o Porsche 911 sai para a rua com um turbo de geometria variável fabricado pela conceituada BorgWarner, detentora da marca KKK, para contornar o problema das altas temperaturas que se verificam nos motores a gasolina a BorgWarner recorreu a ligas metálicas normalmente utilizadas na aeronáutica espacial, o permitiu que finalmente um carro de série a gasolina pudesse utilizar um turbo de geometria variável, em baixo, uma imagem do interior do KKK de geometria variável utilizado no Porsche911.





Outra forma de controlar a pressão de sopro do turbo:
Até agora vimos como se usava a pressão existente no colector de admissão para actuar sobre a válvula wastegate dos turbos convencionais e na cápsula pneumática nos turbos de geometria variável. Há outro sistema de controlo da pressão do turbo (figura da direita) que utiliza uma bomba de descarga eléctrica (2) que gera uma depressão ou descarga que actua sobre a válvula wastegate (3) através da electroválvula de controlo ou actuador de pressão de sobrealimentação (1). Na figura de baixo vemos o esquema de admissão, escape e alimentação de um motor Diesel Common Rail, assim como a sua gestão electrónica. O turbo está colocado de forma similar ao visto anteriormente (não se vê o intercooler), mas não existe nenhum tubo que leve a pressão existente no colector de admissão até à válvula wastegate através da electroválvula de controlo. Aparece como novidade a bomba de descarga que se liga através de um tubo com a electroválvula de controlo (actuador de pressão) e outros elementos actuadores que são accionados por vácuo como a válvula EGR (recirculação de gases de escape). Este sistema de controlo da pressão do turbo tem como vantagem frente aos anteriormente estudados, o facto de não depender da pressão que há no colector de admissão, que em caso de rotura do tubo que transmite dita pressão se perderia parte do ar comprimido pelo turbo que tem que entrar nos cilindros e diminui a potência do motor sensivelmente.



A lubrificação do turbo

Como o turbo está submetido a altas temperaturas de funcionamento, a lubrificação dos elementos móveis (suportes e eixo comum) é muito comprometida; por ser submetido a altas temperaturas e desequilíbrios dinâmicos existe o risco de uma má escolha ou muda tardia do óleo provocar o aparecimento de película e restos de carvão nos assentos do eixo comum, o que pode provocar vibrações com distintas frequências que ao entrar em ressonância podem provocar micro-gripagens. Além de que o eixo está sujeito a todo o momento a grandes contrastes de temperatura, em que o calor do extremo mais quente é transmitido ao extremo mais frio, o vem acentuar as exigências de lubrificação, deve-se por isso utilizar óleos homologados pela API e a ACEA e ter em conta o país onde se vive.
È recomendável que após uma utilização severa do motor em percursos longos e altas velocidades, não parar de imediato o motor, deixa-lo ao ralenti durante um mínimo de 30 seg. para garantir uma lubrificação e refrigeração adequadas. A explicação é simples e pura física; o lado mais exposto ao calor (turbina) pode sobreaquecer demasiado se desligar-mos o motor de imediato depois de uma utilização intensiva do motor, tendo em conta que o óleo arde a 221ºC pode-se carbonizar o turbo.
A lubrificação nos turbos de geometria variável é ainda mais exigente, porque além das normais peças moveis do turbo tradicional, tem que lubrificar todo o conjunto da alavancas e varetas que são movidas pelo depressor pneumático, ao apanhar sujidades (impurezas de má qualidade do óleo) as guias e comportas prendem e o turbo deixa de trabalhar correctamente provocando perda de potência no motor.




Recomendações de manutenção e cuidados para os turbo-compressores

O turbo-compressor está desenhado para durar o mesmo tempo que o motor (dizem os construtores). Não necessita de manutenção especial. Para garantir que a vida útil do turbo corresponda com a do motor, devem-se cumprir as seguintes instruções de manutenção:

- Intervalos de muda de óleo curtos.
- Muda de filtro de óleo, sempre.
- Controlo da pressão do óleo.
- Manutenção do filtro de ar.

Em 90% das falhas que se produzem nos turbos as causas são:

- Penetração de corpos estranhos na turbina ou no compressor.
- Sujidade no óleo.
- Utilização de óleo desadequado.
- Altas temperaturas nos gases de escape (deficiências no sistema de ignição e alimentação).
Estas falhas podem ser evitadas com uma manutenção frequente.

O futuro do turbo-compressor

O turbo-compressor ainda não atingiu o auge da sua potência nem desenvolvimento, enumeremos agora algumas das melhorias que já se encontram em estudo e testes, algumas já se encontram mesmo em produção embora sob o olhar atento dos engenheiros.
- Fabricação do cárter (carcaça) da turbina e do colector de escape de uma só peça. Com isto pode-se poupar na selagem e fixadores (que são caros) entre o cárter da turbina e o colector de escape. Ao mesmo tempo também se reduz o peso, alem de melhorar a resposta do motor já que existe menos material para aquecer. O primeiro turbo a recorrer a esta tecnologia foi o nosso conhecido KKK16.

- Redução da grossura das paredes do cárter da turbina. A consequência é um menor peso e um melhor comportamento na resposta.
- As turbinas de liga de titânio e alumínio são mais leves que as rodas de aço de grande qualidade. Isto também favorece o comportamento de resposta do motor, porque o turbo-compressor acelera mais rapidamente.
- A geometria variável do cárter da turbina melhora o rendimento de um turbo-compressor e, por tanto, do motor com respeito a todo o regime de rotações. No motor Diesel estes turbo-compressores já se utilizam com bons resultados, em motores de gasolina ainda não, ainda falta aperfeiçoar melhor as características térmicas dos materiais com que são construídos.
- A colocação de dois turbo-compressores pequenos (em vez de um grande) sobre tudo em motores em "V" ou motores que tenham 6 ou mais cilindros. Também a utilização de motores biturbo com turbos geminados ou escalonados (figura inferior) que utilizam um turbo pequeno para quando o motor funciona a baixas r.p.m. e um turbo maior para quando o motor funciona a altas r.p.m.

Fonte:
pcdiga.net

Turbo à géometrie Variable.


Turbo de geometria variable 2


Turbo Geometría Variable Nueva Hilux

Vídeos partilhados por: Black Phoenix
« Última modificação: 08 de Julho de 2012, 09:41 am por sls »

Offline Gonçalo

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Re: Turbos e Compressores.
« Responder #5 em: 28 de Junho de 2012, 16:15 pm »
Bom tópico :)
Vais partir, naquela estrada, onde um dia chegaste a sorrir...

Offline Rui

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Re: Turbos e Compressores.
« Responder #6 em: 28 de Junho de 2012, 16:24 pm »
Sticky. :smiley:
A Sucata consome isto:  Spritmonitor.de" border="0 :laugh:

Offline carlosjcm

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Re: Turbos e Compressores.
« Responder #7 em: 28 de Junho de 2012, 16:27 pm »
Bom tópico, obrigado pela partilha.

Offline Ricardo

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Re: Turbos e Compressores.
« Responder #8 em: 28 de Junho de 2012, 20:18 pm »
Obrigado a todos! Mas não custa nada partilhar, e ainda para mais uma informação tão boa como esta :smiley:

Offline MaNeL

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Re: Turbos e Compressores.
« Responder #9 em: 28 de Junho de 2012, 22:24 pm »
fantastico...

Offline Ricardo

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Re: Turbos e Compressores.
« Responder #10 em: 28 de Junho de 2012, 22:34 pm »
Obrigado amigo! :grin:

Offline Black Phoenix

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Re: Turbos e Compressores.
« Responder #11 em: 07 de Julho de 2012, 14:55 pm »
A parte final e repetição do que eu já tinha publicado e estava tambem como sticky. http://www.renaultpt.com/index.php?topic=6689.0. Se calhar mais vale adicionar os videos que estao no meu a este topico e apagar o que ja ca estava, dado estar muito mais completo. O meu apenas ia para os turbos de geometria variavel, este adiciona todo o tipo.

Offline Sls a GPL

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Re: Turbos e Compressores.
« Responder #12 em: 08 de Julho de 2012, 09:43 am »
Vídeos adicionados :wink:

Offline Kovinha

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Re: Turbos e Compressores.
« Responder #13 em: 08 de Julho de 2012, 16:56 pm »
Muito bom mesmo este tópico...já tinha algusn conhecimentos disto mas nao com tanto pormenor...

Excelente trabalho ;) :grin:

Offline Ricardo

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Re: Turbos e Compressores.
« Responder #14 em: 08 de Julho de 2012, 22:22 pm »
Obrigado! E obrigado também a quem colocou os vídeos e ainda enriqueceu o tópico ainda mais! :smiley: