Na indústria, gostamos de dizer, “Os turbos fazem os motores pequenos pensarem que são grandes!” Independentemente do tamanho do motor e se é a gasolina ou diesel, para cada 14,68 psi de pressão de aumento, o motor pensa que dobrou de tamanho.
Isso está enraizado no fato de que a pressão atmosférica é nominalmente considerada 14,68 psi. Então, se o motor vê o mesmo valor na pressão de alimentação, então ele tem o potencial de produzir a potência de um duas vezes o seu deslocamento.
Embora a maioria dos fabricantes monitore ou avalie o aumento do turbocompressor em psi, alguns usarão a abreviatura atm, que representa a atmosfera. O equivalente métrico desta medida é bar. Para converter atm em psi, multiplique por 14,68.
Por exemplo, se a folha de especificações do motor indicar que a pressão máxima de turbo é 2,1 atm, seria 14,68 vezes 2,1, que é igual a 30,83 psi. Uma barra é igual a 0,9869 atm, ou 14,5 psi. Assim, uma pressão de 3 bar seria igual a 43,5 psi.
Para um cálculo rápido, a maioria das pessoas usa 15 psi como leitura atmosférica nominal.
Com isso estabelecido, O impulso do turbocompressor conforme lido no coletor de admissão é a pressão acima da atmosférica. Em um motor normalmente aspirado com acelerador totalmente aberto, a pressão no sistema de indução é considerada atmosférica. É um pouco menor do que devido às perdas de fluxo. Em contraste, vácuo é qualquer pressão inferior à atmosférica.
Um turbocompressor tem dois componentes principais:uma turbina e um compressor. Coloquialmente, estes são os lados quente e frio, respectivamente. A turbina é conectada ao escapamento do motor e ao compressor por meio de um eixo.
As aletas neste eixo são anguladas para o lado oposto. Conforme o gás de escape quente sai da cabeça do cilindro, ele expande e gira a roda da turbina da mesma maneira que um rio opera uma roda d'água. Uma vez que o compressor está no mesmo eixo, conforme a turbina gira, o mesmo acontece com a roda do compressor. A turbina é o membro de acionamento, enquanto o compressor é o membro acionado.
A ação do compressor envia ar para o caminho de indução do motor, que tem dois efeitos importantes. Ele aumenta a pressão que entra no cilindro acima da pressão atmosférica, e aumenta o volume do fluxo de ar para o motor medido em cfm (pés cúbicos por minuto).
O efeito cumulativo do aumento da pressão e da massa do ar que entra resulta na pressão de sobrealimentação. A velocidade da turbina e, por sua vez, a pressão de alimentação é controlada pelo fluxo de gases de escape e pela temperatura. A necessidade de regular a pressão é necessária e é realizada na maioria das aplicações com uma wastegate.
O wastegate
Se não houvesse meios para controlar a pressão de impulso, é possível, por meio de uma série de eventos, que a pressão do cilindro ultrapasse os limites de segurança do projeto do motor.
A wastegate é empregada para controlar a pressão de alimentação através do desvio de uma quantidade controlada de gás de exaustão da interação com a roda da turbina. Ele consiste em nada mais do que um disco que se fecha contra uma passagem que redireciona uma parte do fluxo de exaustão.
Quando a passagem está aberta, a pressão do turbo é limitada. Quando está fechado, todo o potencial do turbocompressor pode ser realizado.
Deve-se reconhecer que todo turboalimentador é uma peça sofisticada de engenharia, já que existe uma ciência dedicada ao formato e ao tamanho da turbina e das rodas do compressor. O fluxo de ar e o potencial de pressão são criados pelo design das duas rodas e, como acontece com todos os aspectos da engenharia, existem compromissos.
Prevenindo overboosting
A wastegate permite que o engenheiro crie um turboalimentador que pode fornecer o desempenho desejado em velocidades de motor de gama baixa a média, sem sobrecarregar sob carga total do motor. Também pode permitir que a roda da turbina acelere mais rapidamente em baixas temperaturas e fluxo de exaustão, trazendo a pressão de alimentação mais cedo e tornando o motor mais tratável ao ser arrastado.
Um benefício adicional da turboalimentação além da potência do motor é uma redução geral nas emissões do motor e maior eficiência.
O aumento da pressão de ar e do fluxo para o cilindro cria mais turbulência no orifício e, por sua vez, melhora a velocidade da chama e mistura o combustível e o ar de maneira mais completa. A wastegate permite que um engenheiro use o movimento da mistura para diminuir as emissões, ao mesmo tempo que mantém a pressão de combustão sob controle. Ainda, o wastegate não pode realizar isso sozinho.
Um turbocompressor, quando equipado com uma wastegate, também usa um atuador. O atuador se assemelha a uma vasilha com uma haste e é conectado ao turbocompressor.
Esta unidade se conecta à wastegate com uma haste e é responsável por afastar o disco da passagem para controle do fluxo de exaustão. Dentro da vasilha, há um fole e uma mola junto com uma porta que conecta uma mangueira de borracha para detectar o impulso. A mola interna posiciona a haste para manter a porta wastegate fechada. Agora, todo o escapamento irá para a roda da turbina.
Do outro lado do coletor de fole (impulso), a pressão funciona em oposição à mola, querendo mover a haste e abrir a wastegate. Dependendo da tensão da mola a uma pressão de impulso desejada, o fole assumirá e abrirá a passagem de desvio, portanto, limitar a velocidade da turbina e a pressão no cilindro.
A maioria dos motores com controles eletrônicos também emprega um solenóide para sinalizar para o fole do atuador. Isso permite um spool-up mais rápido do turbo em velocidades baixas, enquanto adiciona mais controle finito ao impulso máximo. Alguns motores a diesel mais antigos não usam wastegate. Nesses aplicativos, o turbo é projetado para produzir o impulso máximo desejado, de forma que nenhuma segurança seja empregada. Um turbo sem wastegate não é tão eficiente, pois não compensa as condições climáticas e de combustão. Também é preguiçoso para enrolar, tornando o motor menos responsivo.
Problemas potenciais
Embora o sistema de wastegate seja muito confiável, as seguintes são condições comuns e facilmente corrigidas.
- Baixo impulso. A causa do problema, neste caso, é que o disco na carcaça do wastegate não está vedando por causa do carbono e do escapamento de desvio. A mola do atuador está fraca ou com defeito.
- Overboost. A causa aqui é uma borracha rachada, falha na linha de detecção de impulso, fole com falha ou um fole com vazamento interno. Se assim equipado, outra causa é o solenóide de reforço falhou ou perdeu seu sinal elétrico.
- Impulso tremulante. A mola do atuador está fraca.
Para qualquer um desses problemas, o turbocompressor não precisa ser substituído ou reconstruído. Todas essas são peças externas e muitas vezes podem ser reparadas com a unidade no motor. Se a haste wastegate for rosqueada com uma contraporca, quando você encurta a haste, a pressão do turbo aumenta antes que a exaustão seja contornada. Se você alongar a haste, o impulso será menor.
