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 TGV (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
Turbos de geometria variável (TGV)
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 diretamente 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.
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.
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.
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