Autor T√≥pico: Turbos e Compressores.  (Lida 31332 vezes)

0 Membros e 1 Visitante estão a ver este tópico.

Offline Ricardo

  • Initiale Paris
  • 1.6 DCi Bi-Turbo
  • *
  • Mensagens: 4289
  • Garagem : Megane 3 RS 265cv / Twingo Sport 0.9
Turbos e Compressores.
« em: 28 de Junho de 2012, 12:48 pm »
Boas, aqui fica mais um t√≥pico de informa√ß√Ķes sobre turbos e compressores. :smiley


O turbo-compressor

Tem a particularidade de aproveitar a for√ßa dos gases de escape para impulsionar uma turbina colocada na sa√≠da do colector de escape, a dita turbina une-se mediante um eixo a um compressor. O compressor est√° colocado na entrada do colector de admiss√£o, com o movimento girat√≥rio que lhe transmite a turbina atrav√©s do eixo comum, o compressor eleva a press√£o do ar que entra atrav√©s do filtro e consegue que melhore a alimenta√ß√£o do motor. O turbo impulsionado pelos gases de escape alcan√ßa velocidades acima das 100.000 rpm, por tanto, h√° que ter em conta o sistema de lubrifica√ß√£o dos suportes onde apoia o eixo comum dos rodetes da turbina e do compressor. Tamb√©m h√° que saber que as temperaturas √†s quais est√° submetido o turbo durante o contacto com os gases de escape v√£o a ser muito elevadas (perto de 750 ¬ļC).




Ciclos de funcionamento do Turbo

Funcionamento ao ralenti e carga parcial inferior: Nestas condi√ß√Ķes o rodete da turbina dos gases de escape √© impulsionado por meio da baixa energia dos gases de escape, e o ar fresco aspirado pelos cilindros n√£o ser√° pr√©-comprimido pela turbina do compressor, simples aspira√ß√£o do motor.

Funcionamento a carga parcial m√©dia: Quando a press√£o no colector de aspira√ß√£o (entre o turbo e os cilindros) se aproxima da atmosf√©rica, a roda da turbina √© impulsionada a um regime de rota√ß√Ķes mais elevado e o ar fresco aspirado pelo rodete do compressor √© pr√©-comprimido e conduzido at√© aos cilindros sobre press√£o atmosf√©rica ou ligeiramente superior, actuando j√° o turbo na sua fun√ß√£o de sobrealimenta√ß√£o 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 s√£o 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 v√£o trabalhar em condi√ß√Ķes extremas e que dependem necessariamente de um circuito de lubrifica√ß√£o.
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 rota√ß√Ķes da turbina e compressor como consequ√™ncia de uma maior press√£o dos gases √† medida que se aumentam as rota√ß√Ķes do motor, torna-se necess√°ria uma v√°lvula de seguran√ßa (tamb√©m chamada: v√°lvula de descarga ou v√°lvula wastegate). Esta v√°lvula est√° montada em deriva√ß√£o, e manda parte dos gases de escape directamente √† sa√≠da do escape sem passar pela turbina.

A v√°lvula de descarga ou wastegate √© formada por uma c√°psula sens√≠vel √† press√£o composta por uma mola (3), uma c√Ęmara de press√£o e um diafragma ou membrana (2). O lado oposto do diafragma est√° permanentemente condicionado pela press√£o do colector de admiss√£o ao estar ligado ao mesmo por um tubo (1). Quando a press√£o do colector de admiss√£o supera o valor m√°ximo de seguran√ßa, desvia a membrana e comprime a mola da v√°lvula tirando-a do seu assento. Os gases de escape deixam de passar ent√£o pela turbina do sobre-alimentador (passam pelo bypass (9)) at√© que a press√£o de alimenta√ß√£o volte a descer e a v√°lvula se feche de novo.





A press√£o m√°xima a que pode trabalhar o turbo √© determinada pelo fabricante e para isso ajusta a tara da mola da v√°lvula de descarga. Este tarado deve permanecer fixo a menos que se queira intencionalmente manipular a press√£o de trabalho do turbo, como se faz habitualmente. No caso de que a v√°lvula de descarga falha-se, origina-se um excesso de press√£o sobre a turbina que a faria ter cada vez mais rota√ß√Ķes, o que poderia provocar que a lubrifica√ß√£o se torna-se insuficiente e se ‚Äúrompe-se‚ÄĚ a pel√≠cula de lubrifica√ß√£o 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 cl√°ssico: Renault 5 GT Turbo, que tanto deu que falar, pelo f√°cil que era modificar a press√£o 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 press√£o se necessita para abrir a wastegate, e por conseguinte h√° mais press√£o 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 v√™ na figura abaixo, as temperaturas de funcionamento num turbo s√£o muito diferentes, tendo em conta que a parte dos componentes que est√£o em contacto com os gases de escape pode alcan√ßar temperaturas muito altas (650 ¬ļC a 750¬ļC), enquanto que os que est√£o em contacto com o ar da aspira√ß√£o s√≥ alcan√ßam 80 ¬ļC.
Estas diferen√ßas de temperatura concentrada em uma mesma pe√ßa (eixo comum) determinam valores de dilata√ß√£o diferentes, o que comporta as dificuldades na hora do design de um turbo na escolha dos materiais que suportem estas condi√ß√Ķes de trabalho adversas.
O turbo refrigera-se em parte pelo √≥leo de lubrifica√ß√£o e pelo ar de aspira√ß√£o, cedendo uma determinada parte do seu calor ao ar que for√ßa a passagem pelo rodete do compressor. Este aquecimento do ar n√£o √© nada ben√©fico para o motor, j√° que n√£o s√≥ dilata o ar da admiss√£o de forma que lhe falta densidade e por isso riqueza em oxig√©nio, como al√©m disso, um ar demasiado quente no interior do cilindro dificulta a refrigera√ß√£o da c√Ęmara de combust√£o durante o enchimento da c√Ęmara ao entrar ar a uma temperatura superior √† do pr√≥prio refrigerante liquido.




Os motores de gasolina, nos quais as temperaturas dos gases de escape s√£o entre 200¬ļ e 300¬ļC mais altas que nos motores diesel, est√£o normalmente equipados com carca√ßas centrais refrigeradas por √°gua. Quando o motor est√° em funcionamento, a carca√ßa central integra-se no circuito de refrigera√ß√£o do motor. Depois de parar o motor, o calor que resta √© expulso utilizando um pequeno circuito de refrigera√ß√£o que funciona por meio de uma bomba el√©ctrica de √°gua controlada por um term√≥stato. No principio quando se iniciou a aplica√ß√£o de turbo-compressores em motores a gasolina, n√£o se teve em conta a consequ√™ncia das altas temperaturas que se podiam alcan√ßar no colector de escape e por tanto no turbo que est√° pegado nele. A consequ√™ncia desta imprevis√£o foi uma quantidade consider√°vel de turbos carbonizados, suportes de veio empenados e pist√Ķes destru√≠dos devido a uma combust√£o detonante. Hoje em dia os carters dos suportes dos veios dos turbo-compressores utilizados para sobrealimentar motores Otto refrigeram-se exclusivamente com √°gua e desenvolveram-se para aplica√ß√£o materiais mais resistentes ao calor; (no particular caso dos turbos do Calibra a refrigera√ß√£o continua a contar com a ajuda do circuito de √≥leo). As bases dos pist√Ķes dos motores turbo quase sempre s√£o refrigeradas por meio de injec√ß√£o de √≥leo. Com estas medidas solucionou-se a maioria dos problemas que t√™m os motores turbo a gasolina, isto sim, tendo sempre em conta que se por algum motivo a temperatura de escape ultrapassar durante um largo per√≠odo o limite m√°ximo dos 1000¬ļC o turbo poder√° entregar a alma ao criador.




Offline Ricardo

  • Initiale Paris
  • 1.6 DCi Bi-Turbo
  • *
  • Mensagens: 4289
  • Garagem : Megane 3 RS 265cv / Twingo Sport 0.9
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 admiss√£o houve que incorporar sistemas de arrefecimento do ar a partir de permutadores de calor (intercooler). O intercooler √© um radiador ar-ar, o que significa que o ar quente que circula no seu interior √© arrefecido pelo ar exterior que incide e passa pelos seus alv√©olos durante o andamento do autom√≥vel; o sistema de arrefecimento do motor por outro lado √© um permutador √°gua-ar. Com o intercooler consegue-se refrigerar o ar em cerca de 40% a 60% desde os 100¬ļ-105¬ļC at√© 60¬ļ-65¬ļC, o resultado √© uma not√°vel melhora de pot√™ncia e de par motor gra√ßas ao aumento da massa de ar, al√©m de que se reduz o consumo e os n√≠veis de contamina√ß√£o.



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 press√Ķes efectivas alcan√ßadas para nos darmos conta do enorme potencial de um motor equipado com turbos geminados ou escalonados. Enquanto que nas vers√Ķes Diesel sobrealimentadas cl√°ssicas funcionam a press√Ķes inclu√≠das entre 1,7 e 1,9 bares, o motor de 1,9 l de turbos geminados chega a press√Ķes efectivas de 2,6 bares. Esta press√£o tem uma influ√™ncia directa sobre a pot√™ncia do motor: Quanto mais alta √© a cifra maior √© a pot√™ncia desenvolvida pelo motor. Para que se possa utilizar a t√©cnica dos turbos geminados, √© necess√°rio que o bloco motor seja especialmente robusto e que possa resistir a press√Ķes enormes, inclusive depois de uma alta quilometragem.




Compressores volum√©tricos ou de accionamento mec√Ęnico

O compressor de accionamento mec√Ęnico tamb√©m conhecido por Compressor Volum√©trico ou de deslocamento positivo n√£o √© nenhuma novidade, j√° √© usado desde h√° muito tempo, a Volkswagen j√° utilizava um compressor centr√≠fugo inventado em Fran√ßa em 1905. Ford e Toyota usaram um compressor do tipo Roots inventado em 1854. A utiliza√ß√£o do compressor volum√©trico esteve em desuso a n√≠vel comercial at√© que em finais da d√©cada de 80 teve um novo impulso quando fabricantes como Lancia e Volkswagen iniciaram a sua aplica√ß√£o em modelos de grande fabrica√ß√£o em s√©rie.
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 volum√©tricos s√£o accionados pelo movimento natural do motor, geralmente por uma correia, noutras ocasi√Ķes, por uma corrente ou conjunto de engrenagens. Giram a uma velocidade de 10.000 a 15.000 rpm, pelo que s√£o muito mais lentos que os turbocompressores. A press√£o de sobrealimenta√ß√£o est√° limitada pela velocidade do motor (n√£o √© necess√°ria v√°lvula de descarga como nos turbocompressores).



Devido √† sua forma de accionamento oferecem um maior par motor a baixas rpm que um turbocompressor. Outra vantagem do compressor volum√©trico frente ao turbocompressor √© que tem uma resposta mais r√°pida (n√£o sofre do efeito "lag" do turbo). A desvantagem principal do compressor √© que rouba pot√™ncia ao motor devido ao seu accionamento mec√Ęnico e esta perda aumenta √† medida que sobe o regime de voltas do motor, pelo que n√£o facilita um rendimento eficaz do motor.
Existem diferentes tipos de compressores volum√©tricos como: Roots, Lysholm, G, Sprintex, e alguns mais mas menos importantes. O funcionamento baseia-se principalmente na aspira√ß√£o de ar que entra numa c√Ęmara 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, n√£o se desgastam. Em ocasi√Ķes, os l√≥bulos s√£o 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 l√≥bulos tendem a "pulsar" a baixas velocidades, n√£o obstante, os de rotores helicoidais tendem a aumentar ao m√°ximo as ditas pulsa√ß√Ķes. Os rotores podem ter dois ou tr√™s l√≥bulos. Um rotor de tr√™s l√≥bulos tende a pulsar menos que um de dois. O rotor de tr√™s l√≥bulos d√° melhores resultados gra√ßas a uma maior complexidade na sua constru√ß√£o, para se mover s√≥ necessitava roubar ao motor 8 cavalos de pot√™ncia, para conseguir 0,6 bares de press√£o.
Quando o motor n√£o esta submetido a uma grande carga, a descarga do colector de admiss√£o, gira os rotores como um moinho de vento, roubando por tanto menos potencia do motor.
A altas rota√ß√Ķes, mover o compressor, sup√Ķe para o motor uma grande perda de pot√™ncia, para reduzir este esfor√ßo marcas como a japonesa Mazda utilizam um compressor com poleia de accionamento de di√Ęmetro vari√°vel. Isto consegue-se por meio de uma poleia que √© acoplada ao compressor por meio de um sistema de electro√≠man como o que utiliza o compressor do ar condicionado. Por meio de um bot√£o p√Ķem-se em funcionamento o compressor √† vontade do condutor.



Offline Ricardo

  • Initiale Paris
  • 1.6 DCi Bi-Turbo
  • *
  • Mensagens: 4289
  • Garagem : Megane 3 RS 265cv / Twingo Sport 0.9
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 √© controlado por uma embraiagem electromagn√©tica (como a utilizada para activar o compressor do ar condicionado) gerido pela unidade de controlo (ECU Motronic) a que tamb√©m gere a abertura ou fecho da v√°lvula de deriva√ß√£o ou by-pass de forma que quando se desactiva abre a v√°lvula deixando o compressor fora de servi√ßo, quando n√£o √© necess√°rio, ficando assim o motor em aspira√ß√£o normal. Quando as presta√ß√Ķes requerem a ac√ß√£o do compressor, primeiro a embraiagem activa-se e quando envia suficiente press√£o fecha-se a v√°lvula, consegue-se assim uma acelera√ß√£o progressiva.



Compressor "G":

Os compressores utilizados por Volkswagen, chamados compressor centrifugo ou carregador "G", apresentam uma forma nas suas c√Ęmaras similar a esta letra. As pe√ßas alojadas no seu interior movem-se num movimento exc√™ntrico (n√£o giram). Caracteriza-se por um elemento disposto excentricamente com estrutura espiral em ambos os lados (espiras m√≥veis), que d√° lugar, junto com as carca√ßas (c√°rter fixo), tamb√©m em espiral, a c√Ęmaras de volume vari√°vel. Deixou de se utilizar na d√©cada de 90 devido aos seus problemas de lubrifica√ß√£o e estanquecidade. O compressor G era montado nos modelos VW P√≥lo, Corrado e Golf com os conhecidos motores G40 e G60.




Devido a que os compressores n√£o funcionam pela ac√ß√£o dos gases de escape, n√£o aquecem, por isso a lubrifica√ß√£o n√£o constitui um problema t√£o importante como ocorre nos turbo compressores. De facto, as unidades de compressores do tipo Roots lubrificam-se com o seu pr√≥prio fluxo de √≥leo SAE 90 das engrenagens (o mesmo da caixa de velocidades). Os compressores s√£o m√°quinas muito fi√°veis, se bem que a sujidade √© o seu grande inimigo. As fugas de descarga (do lado da admiss√£o) atraem o p√≥, que pode arruinar o compressor. As fugas de ar do lado da sa√≠da 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. Al√©m disso uma fuga no lado da press√£o aumenta em excesso a riqueza da mistura. O sensor de oxig√©nio (sonda Lambda) destes sistemas capazes √© de regular a riqueza da mistura de ar e combust√≠vel analisando as caracter√≠sticas do g√°s queimado, s√≥ pode introduzir correc√ß√Ķes menores na mistura n√£o pode contrariar o efeito de uma fuga importante. As fugas normalmente s√£o acompanhadas de um som (silvo) que se consegue localizar facilmente escutando a sua proced√™ncia.





Comprex

O comprex aproveita as vantagens do turbo compressor e do compressor volum√©trico para fazer uma m√°quina mais eficaz em principio, mas logo veremos que tamb√©m tem os seus inconvenientes. Transfere a energia entre os gases de escape e o ar de alimenta√ß√£o por meio de umas "ondas de press√£o" geradas entre as finas paredes radiais de um tambor, que gira gra√ßas a uma conex√£o directa com o veio de exc√™ntricos. 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 s√≥ requer uma parte muito pequena de pot√™ncia do motor para o mantimento do processo das "ondas de press√£o". Este tipo de compressor funciona muito bem nos motores Diesel, mas apresenta desvantagens com a sua complexidade mec√Ęnica, funcionamento ruidoso e custos de fabrica√ß√£o.



Turbos de geometria vari√°vel (VTG)

Os turbos convencionais t√™m o inconveniente de que a baixas rota√ß√Ķes do motor o rodete da turbina apenas √© impulsionado pelos gases de escape, pelo que o motor se comporta como se fosse atmosf√©rico. Uma solu√ß√£o para isto √© utilizar um turbo pequeno de baixa press√£o que comece a comprimir o ar aspirado pelo motor desde rota√ß√Ķes muito baixas, mas isto tem um inconveniente, √© que a altas rota√ß√Ķes do motor o turbo de baixa press√£o n√£o tem capacidade suficiente para comprimir todo o ar que necessita o motor, por tanto, a pot√™ncia que ganhamos a baixas rota√ß√Ķes vamos perde-la em altas. Para corrigir este inconveniente procurou-se a solu√ß√£o de dotar uma mesma m√°quina ‚Äúsopradora‚ÄĚ da capacidade de comprimir o ar com efic√°cia tanto a baixas rota√ß√Ķes como em altas, para isso desenvolveram-se os turbo-compressores de geometria vari√°vel.

Funcionamento

O turbo VTG (Geometria Vari√°vel) diferencia-se do turbo convencional pela utiliza√ß√£o de um prato ou coroa no qual est√£o montados umas aletas moveis que podem ser orientadas (todas em conjunto) num √Ęngulo determinado mediante um mecanismo de vareta e alavanca empurradas por uma c√°psula pneum√°tica, sistema parecido com o utilizado na V√°lvula 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.




Offline Ricardo

  • Initiale Paris
  • 1.6 DCi Bi-Turbo
  • *
  • Mensagens: 4289
  • Garagem : Megane 3 RS 265cv / Twingo Sport 0.9
Re: Turbos e Compressores.
« Responder #3 em: 28 de Junho de 2012, 12:57 pm »
As posi√ß√Ķes 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 posi√ß√£o fechada que apenas deixa espa√ßo para a passagem dos gases de escape. Esta posi√ß√£o √© adoptada pelo turbo quando o motor gira a baixas rota√ß√Ķes e a velocidade dos gases de escape √© baixa. Com isto consegue-se acelerar a velocidade dos gases de escape, ao passar pelo estreito espa√ßo que fica entre as aletas, o que faz incidir com mais for√ßa os gases sobre a turbina. Tamb√©m adoptam esta posi√ß√£o quando se exige ao motor as m√°ximas presta√ß√Ķes partindo de uma velocidade baixa ou relativamente baixa, o que faz com que o motor possa acelerar de uma forma t√£o r√°pida como a exigida pelo condutor, por exemplo numa ultrapassagem ou numa acelera√ß√£o brusca do veiculo.
Na figura do centro: as aletas tomam uma posi√ß√£o mais aberta que corresponde a um funcionamento do motor com um regime de m√©dio de rota√ß√Ķes e marcha normal, neste caso o turbo VTG comportar-se-ia como um turbo convencional. As aletas adoptam uma posi√ß√£o interm√©dia que n√£o 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 posi√ß√£o muito aberta devido a que o motor gira a muitas rota√ß√Ķes, os gases de escape entram a muita velocidade no turbo fazendo girar a turbina muito depressa. A posi√ß√£o muito aberta das aletas actua como um trav√£o para os gases de escape pelo que se limita a velocidade da turbina. Neste caso, a posi√ß√£o das aletas realiza a fun√ß√£o que realizava a v√°lvula wastegate nos turbos convencionais, quer dizer, limita a velocidade da turbina quando o motor gira a altas rota√ß√Ķes e h√° uma press√£o muito alta no colector de admiss√£o, isto explica por que √© que os turbos VTG n√£o t√™m v√°lvula 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 adv√™m de se conseguir um funcionamento mais progressivo do motor sobrealimentado. A diferen√ßa dos primeiros motores dotados com turbo-compressor convencional onde havia um grande salto de pot√™ncia de baixas rota√ß√Ķes para altas, o comportamento deixou de ser brusco para conseguir uma curva de potencia muito progressiva com grande quantidade de par desde baixas rota√ß√Ķes e mantido durante uma ampla zona do n¬ļ de rota√ß√Ķes 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.
At√© agora, o turbo-compressor VTG s√≥ se pode utilizar em motores Diesel, j√° que nos de gasolina a temperatura dos gases de escape √© demasiado alta (200 - 300 ¬ļC mais alta) para admitir sistemas como estes.



Gestão electrónica da pressão do turbo

Com a utiliza√ß√£o da gest√£o electr√≥nica tanto nos motores de gasolina como nos diesel, a regula√ß√£o do controlo da press√£o do turbo j√° n√£o se deixa nas m√£os de uma v√°lvula de accionamento mec√Ęnico como √© a v√°lvula wastegate, que esta submetida a altas temperaturas, e os seus componentes como: a mola e a membrana; sofrem deforma√ß√Ķes e desgastes que influem num mau controlo da press√£o do turbo, al√©m de que no t√™m em conta factores t√£o importantes para o bom funcionamento do motor como s√£o a altitude e a temperatura ambiente.
Para descrever como funciona um sistema de regula√ß√£o da press√£o do turbo, temos um esquema (figura inferior) que pertence a um motor Diesel (1.9 TDi) no qual se v√™em todos os elementos que interv√™em no controlo da press√£o do turbo. A Gest√£o Electr√≥nica Diesel (EDC Electronic Diesel Control) interp√Ķe uma electrov√°lvula de controlo da press√£o (3) entre o colector de admiss√£o e a v√°lvula wastegate (4) que controla a todo momento a press√£o que chega √† v√°lvula wastegate. Como se v√™ no circuito de controlo da press√£o do turbo, √© similar a um circuito de controlo convencional com a √ļnica diferen√ßa da incorpora√ß√£o da electrov√°lvula de controlo (3).


As características principais deste sistema são:

- Permite ultrapassar o valor m√°ximo da press√£o do turbo.
- Tem corte de injec√ß√£o a altas rota√ß√Ķes.
- Proporciona uma boa resposta ao acelerador em toda a margem de rota√ß√Ķes.
- A velocidade do turbo-compressor pode subir até às 110.000 r.p.m.




A electrov√°lvula de controlo (AMAL): comporta-se como una ‚Äúchave de acesso‚ÄĚ que deixa passar mais ou menos press√£o at√© √† v√°lvula wastegate. Esta √© comandada pela ECU (unidade de controlo) que mediante impulsos el√©ctricos provoca a sua abertura ou fecho. Quando o motor gira a baixas e m√©dias rota√ß√Ķes, a electrov√°lvula de controlo deixa passar a press√£o que h√° no colector de admiss√£o atrav√©s da sua entrada (1) at√© √† sa√≠da (2) e directamente at√© √† v√°lvula wastegate, cuja membrana √© empurrada para provocar a sua abertura, mas isto n√£o se ter√° efeito at√© que a press√£o de sopro do turbo seja suficiente para vencer a for√ßa da mola. Quando as rota√ß√Ķes do motor s√£o altas a press√£o que chega √† v√°lvula wastegate √© muito alta, o suficiente para vencer a for√ßa da sua mola e abrir a v√°lvula para derivar os gases de escape pelo bypass (baixa a press√£o de sopro do turbo). Quando a ECU considera que a press√£o no colector de admiss√£o pode ultrapassar as margens de funcionamento normais, quer seja por circular em altitude, alta temperatura ambiente ou por uma solicita√ß√£o por parte do condutor de altas presta√ß√Ķes (acelera√ß√Ķes fortes e repentinas), sem que isto ponha em risco o bom funcionamento do motor, a ECU pode modificar o valor da press√£o do turbo que chega √† v√°lvula wastegate, cortando a passagem da press√£o mediante a electrov√°lvula de controlo, fecha a passagem (1) e abre a passagem (2) a (3), pondo assim em contacto a v√°lvula wastegate com a press√£o atmosf√©rica que a manter√° fechada e assim aumenta-se a press√£o de sopro do turbo.

Offline Ricardo

  • Initiale Paris
  • 1.6 DCi Bi-Turbo
  • *
  • Mensagens: 4289
  • Garagem : Megane 3 RS 265cv / Twingo Sport 0.9
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 electrov√°lvula de controlo √© gerida pela ECU (unidade de controlo), ligando √† massa um dos seus terminais el√©ctricos com uma frequ√™ncia fixa, onde a amplitude do sinal determina quando deve abrir a v√°lvula para aumentar a press√£o de sopro do turbo no colector de admiss√£o. A ECU para calcular quando deve abrir ou fechar a electrov√°lvula de controlo tem em conta a press√£o no colector de admiss√£o por meio do sensor de press√£o do turbo que vem incorporado na pr√≥pria ECU e que recebe a press√£o atrav√©s de um tubo (7) ligado ao colector de admiss√£o. Tamb√©m tem em conta a temperatura do ar no colector de admiss√£o por meio de um sensor de temperatura (6), o n¬ļ de r.p.m do motor e a altitude por meio de um sensor que por vezes est√° incorporado na ECU ou fora.

No esquema abaixo temos o circuito de admiss√£o e escape de um motor Diesel de injec√ß√£o directa (TDi) que utiliza um turbo-compressor de geometria vari√°vel (VTG). Como se v√™ no esquema ya n√£o aparece a v√°lvula de descarga ou wastegate, apesar disso a electrov√°lvula de controlo da press√£o do turbo (3) continua presente e dela sai um tubo que vai directamente ao turbo-compressor. Ainda que n√£o se veja onde liga em concreto, o tubo, est√° ligado √† c√°psula pneum√°tica ou actuador (n¬ļ 8 no primeiro desenho). O funcionamento do controlo da press√£o do turbo √© muito similar ao estudado anteriormente, a diferen√ßa √© que a v√°lvula wastegate √© substitu√≠da pela c√°psula pneum√°tica, ambas t√™m um funcionamento parecido, enquanto que uma abre ou fecha uma v√°lvula, a outra move um mecanismo de accionamento de aletas.
Neste caso o sensor de altitude est√° 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 press√£o 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 est√° submetido a altas temperaturas de funcionamento, a lubrifica√ß√£o dos elementos m√≥veis (suportes e eixo comum) √© muito comprometida; por ser submetido a altas temperaturas e desequil√≠brios din√Ęmicos existe o risco de uma m√° escolha ou muda tardia do √≥leo provocar o aparecimento de pel√≠cula e restos de carv√£o nos assentos do eixo comum, o que pode provocar vibra√ß√Ķes com distintas frequ√™ncias que ao entrar em resson√Ęncia podem provocar micro-gripagens. Al√©m de que o eixo est√° sujeito a todo o momento a grandes contrastes de temperatura, em que o calor do extremo mais quente √© transmitido ao extremo mais frio, o vem acentuar as exig√™ncias de lubrifica√ß√£o, deve-se por isso utilizar √≥leos homologados pela API e a ACEA e ter em conta o pa√≠s onde se vive.
√ą recomend√°vel que ap√≥s uma utiliza√ß√£o severa do motor em percursos longos e altas velocidades, n√£o parar de imediato o motor, deixa-lo ao ralenti durante um m√≠nimo de 30 seg. para garantir uma lubrifica√ß√£o e refrigera√ß√£o adequadas. A explica√ß√£o √© simples e pura f√≠sica; o lado mais exposto ao calor (turbina) pode sobreaquecer demasiado se desligar-mos o motor de imediato depois de uma utiliza√ß√£o intensiva do motor, tendo em conta que o √≥leo arde a 221¬ļC 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.




Recomenda√ß√Ķes de manuten√ß√£o e cuidados para os turbo-compressores

O turbo-compressor est√° desenhado para durar o mesmo tempo que o motor (dizem os construtores). N√£o necessita de manuten√ß√£o especial. Para garantir que a vida √ļtil do turbo corresponda com a do motor, devem-se cumprir as seguintes instru√ß√Ķes de manuten√ß√£o:

- 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 s√£o:

- 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 tit√Ęnio e alum√≠nio s√£o mais leves que as rodas de a√ßo de grande qualidade. Isto tamb√©m favorece o comportamento de resposta do motor, porque o turbo-compressor acelera mais rapidamente.
- A geometria vari√°vel do c√°rter da turbina melhora o rendimento de um turbo-compressor e, por tanto, do motor com respeito a todo o regime de rota√ß√Ķes. No motor Diesel estes turbo-compressores j√° se utilizam com bons resultados, em motores de gasolina ainda n√£o, ainda falta aperfei√ßoar melhor as caracter√≠sticas t√©rmicas dos materiais com que s√£o constru√≠dos.
- 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
« √öltima modifica√ß√£o: 08 de Julho de 2012, 09:41 am por sls »

Offline Gonçalo

  • Administrator
  • 1.6 V6 Turbo Energy F1
  • *
  • Localidade: Castelo Branco
  • Utilizador: Coolwater
  • Mensagens: 13334
  • Jean Pierre, tu v√°s tomber!
  • Garagem : Aixam Vision
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

  • Administrator
  • 1.6 V6 Turbo Energy F1
  • *
  • Localidade: Alverca
  • Utilizador: Rui_N
  • Mensagens: 13919
  • Garagem : Megane III Sport Tourer 1.5 dCi
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

  • 3.8 V6 TwinTurbo
  • *
  • Localidade: viseu
  • Mensagens: 8968
  • Garagem : Clio II 1.2 / Clio III 1.2 / GT Line 1.5dci
Re: Turbos e Compressores.
« Responder #7 em: 28 de Junho de 2012, 16:27 pm »
Bom tópico, obrigado pela partilha.

Offline Ricardo

  • Initiale Paris
  • 1.6 DCi Bi-Turbo
  • *
  • Mensagens: 4289
  • Garagem : Megane 3 RS 265cv / Twingo Sport 0.9
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

  • Initiale Paris
  • 1.6 DCi Bi-Turbo
  • *
  • Localidade: Viana do Castelo
  • Mensagens: 2519
  • Garagem : Clio E7F 94 - Clio mk3 dci 70cv - Laguna 2.0dci 07
Re: Turbos e Compressores.
« Responder #9 em: 28 de Junho de 2012, 22:24 pm »
fantastico...

Offline Ricardo

  • Initiale Paris
  • 1.6 DCi Bi-Turbo
  • *
  • Mensagens: 4289
  • Garagem : Megane 3 RS 265cv / Twingo Sport 0.9
Re: Turbos e Compressores.
« Responder #10 em: 28 de Junho de 2012, 22:34 pm »
Obrigado amigo! :grin:

Offline Black Phoenix

  • 2.0 TCe
  • *
  • Localidade: Pinhal Novo - Portugal
  • Mensagens: 5145
  • Fotografo da treta!!!
    • MTPhotography
  • Garagem : Renault Clio Sport Tourer 1.5dCi 78kW
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

  • Moderadores
  • 1.6 V6 Turbo Energy F1
  • *
  • Utilizador: sls
  • Mensagens: 13470
  • Garagem : Renault Clio II 1.2 16v
Re: Turbos e Compressores.
« Responder #12 em: 08 de Julho de 2012, 09:43 am »
Vídeos adicionados :wink:

Offline Kovinha

  • 1.6 DCi Bi-Turbo
  • *
  • Localidade: Porto
  • Mensagens: 3571
  • Garagem : Peugeot 308 1.6HDi 120cv Allure
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

  • Initiale Paris
  • 1.6 DCi Bi-Turbo
  • *
  • Mensagens: 4289
  • Garagem : Megane 3 RS 265cv / Twingo Sport 0.9
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: