Sistema elétrico, como funciona

Cerca de 1000 metros de fio unem os componentes elétricos num automóvel atual. Todos os fios da instalação, à exceção das ligações à massa, à bateria e aos cabos de alta tensão da ignição, apresentam cores diversas, que correspondem a um código de identificação. Na maioria dos automóveis, o código está normalizado a fim de permitir reconhecer rapidamente os diferentes circuitos ao efetuar-se qualquer reparação.
A bateria atua como reservatório de energia que fornece ao sistema quando o motor está parado; quando trabalha a um regime superior da marcha lenta, o alternador supre todas as necessidades de energia do automóvel e carrega a bateria. Para manter o motor do automóvel em funcionamento são apenas solicitados alguns elementos do sistema elétrico; os restantes fazem funcionar as luzes, limpadores de para brisas e outros acessórios. Alguns destes, como a buzina, por exemplo, são considerados obrigatórios por lei, sendo muitos outros considerados extras.

Instalação dos diferentes circuitos – A corrente do sistema elétrico de um automóvel é fornecida pela bateria – quando o motor não esta funcionando – e pelo gerador, normalmente um dínamo que foi substituído por um alternador, que fornece a corrente necessária para o número, sempre crescente, de acessórios elétricos que os automóveis modernos incluem.
Sempre que o motor estiver parado, toda a corrente utilizada tem a voltagem (tensão) da bateria (normalmente 12 volts). Com o alternador em funcionamento, a corrente é utilizada aproximadamente à tensão de 14,8 volts, exceto a que é fornecida às velas de ignição, que é elevada para mais de 30 000 volts por meio de sistema da ignição.
Uma das principais funções do sistema elétrico consiste em produzir a faísca, que permite a explosão, nos cilindros, da mistura comprimida a gasolina e o ar, além de tornar possível o arranque do motor térmico por meio do motor de arranque. O sistema elétrico de um veículo está dividido em circuitos, cada um dos quais com diferentes funções básicas e comandos. São eles o circuito de ignição, o circuito de arranque, o circuito da carga da bateria, o circuito das luzes e os circuitos acessórios, por vezes, comandado pelo interruptor da ignição e, na maior parte dos casos, protegidos por um fusível.
Um fusível fundido (queimado) indica, quase sempre, que há uma avaria em qualquer outro ponto que não seja o próprio fusível, tal como sobrecarga de um circuito (partindo-se do principio de que foi utilizado o fusível adequado). Os componentes elétricos de um automóvel estão ligados através de interruptores a um dos lados da bateria, estando o outro lado ligado à carroceria ou ao chassi, isto é, à massa. Deste modo, o circuito de qualquer componente completa-se através da carroceria que desempenha naquele a função de um fio, o do retorno à massa.
Este processo de ligação à massa não só economiza cerca de 30 metros de fio de cobre, mas também reduz a possibilidade de interrupção no circuito e simplifica a localização de avaria e a instalação de extras. Recorre-se a fios de diferentes diâmetros para possibilitar a passagem da corrente necessária, sem causar aquecimento do fio. Assim, na ligação entre o motor de arranque e a bateria, por exemplo, utiliza-se um fio de diâmetro muito maior que as dos restantes fios, porque a corrente que o atravessa chega a atingir de 300 a 400 A. Nos esquemas elétricos, as cores dos fios são normalmente indicadas por meio de letras.

Como funciona o Bugatti Veyron

Como você escolheria o carro mais impressionante no mundo? Seria:

• o carro com maior potência?
• o carro com maior velocidade e aceleração?
• o carro mais caro?

No momento, o Bugatti Veyron parece ter tudo isso:

• um motor W-16 que pode produzir 1.015 cv;
• uma velocidade máxima de mais de 400 km/h;
• acelera de 0 a 96 km/h em 3 segundos;
• acelera de 0 a 288 km/h em 14 segundos;
• preço na faixa de US$ 1 milhão.

Cedida por Bugatti Automobiles S.A.S. O Bugatti Veyron

Nesse artigo, conheceremos detalhadamente esse automóvel incrível e veremos como é possível uma simples máquina ter um desempenho tão alto. A começar pelo motor...

O Bugatti Veyron é um carro construído em volta de um motor potente. Essencialmente, a Bugatti decidiu abrir as portas do mundo dos carros esportivos criando um motor de mais de 1.000 cv. Tudo mais é conseqüência desta decisão.

Imagem cedida por Bugatti Automobiles S.A.S. O Bugatti Veyron tem motor de 1.015 cv

Vamos começar pelo motor. Como você começaria o processo de projeto de um motor com essa potência? Se tiver lido Como funcionam os motores dos carros, saberá que, se quiser criar um motor de 1.000 cv, ele deverá ser capaz de queimar gasolina suficiente para gerar 1.000 cv, o que significa cerca de 5 litros por minuto.

Quanto combustível é isso?Aqui vai um cálculo rápido, que você pode ignorar se detesta matemática: 1.000 cv equivalem a aproximadamente 2,6 bilhões de joules por hora - 3,8 litros de gasolina contêm 132 milhões de joules. Então, um motor de 1.000 cv deve ser capaz de queimar mais de 76 litros de gasolina por hora; Entretanto, os motores de carros têm apenas 25% de eficiência - 75% da energia da gasolina escapa como calor em vez de potência para as rodas. Então, o motor precisa realmente ser capaz de queimar pelo menos 300 litros por hora ou 5 litros por minuto; Vamos fazer as contas - a combustão de 1 kg de gasolina requer cerca de 14,7 kg de ar. O ar pesa 1,22 kg por m3, no nível do mar. 5 litros de gasolina pesam 3,77 kg. Então, o motor deve ser capaz de processar 3,77 x 14,7 kg de ar por minuto ou aproximadamente 45 m3 de ar por minuto. Ou seja, 45.000 litros de ar por minuto; Se um motor V-8 estiver funcionando a 6.000 rpm, ele poderá inalar um total de 24.000 cilindros cheios de ar por minuto - se precisar inalar 45.000 litros de ar por minuto, ele trabalhará com aproximadamente 2 litros por cilindro cheio. Isto é, um motor de 16 litros.

Precisamos de um motor de 16 litros para queimar 5 litros de combustível por minuto. Isso realmente faz sentido - o motor do Dodge Viper (em inglês) é de 8 litros em deslocamento e produz 500 hp.

Mas existe um problema: um motor V-8 de 16 litros seria muito grande. Além disso, os pistões seriam pesados, de modo que ele não conseguiria girar a 6.000 rotações por minuto (rpm). Poderia girar a um máximo de 2.000 rpm, o que significa que você precisaria de um enorme motor de 48 litros para gerar 1.000 cv. É praticamente impossível colocar um motor desse tamanho em um carro de passageiros.

Imagem cedida por Bugatti Automobiles S.A.S.

Então, como a Bugatti colocou mais de 1.000 cv em um carro de passageiros? Vamos descobrir.

O motor: criando a mágica

Imagem cedida por Bugatti Automobiles S.A.S.

A Bugatti fez duas coisas para criar um motor compacto capaz de produzir 1.000 cv. A primeira e a mais evidente é aalimentação.

Se tiver lido Como funcionam os turbocompressores, você saberá que uma maneira fácil de tornar um motor mais potente sem deixá-lo maior é colocar mais ar nos cilindros em cada curso de admissão. Turbocompressores fazem isso. Um turbo pressuriza o ar que entra no cilindro, de modo que ele possa conter mais ar.

Se você colocou o dobro de ar em cada cilindro, poderá queimar duas vezes mais gasolina. Na verdade, não é uma relação tão perfeita quanto essa, mas serve para você pode ter uma idéia. A Bugatti utiliza uma pressão máxima de turbo de 1,2 bar para dobrar a potência de seu motor.

Por esse motivo, a alimentação permite que a Bugatti diminua o tamanho do motor de 16 litros para um tamanho mais controlável: 8 litros.

Para gerar essa pressão de ar, o Bugatti requer quatro turbocompressores separados, colocados ao redor do motor.

Imagem cedida por Bugatti Automobiles S.A.S. O motor e as saídas de ar

A segunda coisa que os engenheiros da Bugatti fizeram, tanto para manter alto o limite de giros quanto para reduzir a hesitação de turbo (demora no acionamento do compressor), foi dobrar a quantidade de cilindros. A Bugatti fez um motor de 16 cilindros, o que é bastante raro.

Existem duas maneiras fáceis de criar um motor de 16 cilindros:

• uma delas seria colocar dois motores V-8 alinhados um com o outro. Você conecta as árvores de saída dos dois V-8s juntas;
• outra maneira seria colocar dois motores de 8 cilindros em linha, um ao lado do outro.

A última técnica foi, na verdade, usada pela Bugatti para criar seus primeiros carros de 16 cilindros no início do século 20.

Para o Veyron, a Bugatti escolheu um caminho desafiador. Essencialmente, a Bugatti juntou dois motores V-8 um no outro e permitiu que eles compartilhassem o mesmo virabrequim. Essa configuração criou o motor W-16, encontrado no Veyron. Os dois "V" produzem um W. Você pode ver mais do que estamos falando em um conjunto de vídeos disponíveis no site da Bugatti (em inglês).

Então, a Bugatti começou a juntar características para melhorar ainda mais o motor.

O motor: características especiais
As características especiais do motor W-16 da Bugatti são incríveis. Por exemplo:

• o motor tem quatro válvulas por cilindro, sendo um total de 64 válvulas;
• possui um sistema de lubrificação por cárter seco semelhante ao dos carros de corrida de Fórmula 1, além de um intricado circuito de óleo interno para garantir lubrificação e resfriamento apropriados para os 16 cilindros;
• possui comando de válvulas continuamente variáveis e controladas eletronicamente para criar um ótimo desempenho em diferentes faixas de rotação do motor;
• possui um enorme radiador para cuidar de todo o calor que a queima de 5 litros de gasolina por minuto pode gerar.

Tudo neste motor é exagerado.

Além disso, é extraordinariamente compacto. Mede apenas 710 mm de comprimento, 889 mm de largura e 730 mm de altura. Essa é a perfeição da solução W-16 da Bugatti - os engenheiros foram responsáveis pela colocação de mais de 1.000 cv em um pacote de tamanho razoável.

Para domar todos esses cavalos de potência e o torque, você precisa de uma transmissão incrível...

A transmissão
A transmissão é única porque tem que suportar praticamente duas vezes mais o torque que a transmissão de qualquer carro esporte anterior. Ela possui:

• sete marchas;
• um sistema de duas embreagens;
• trocas de marchas seqüenciais;
• um sistema de câmbio controlado por computador e acionado por borboletas no volante.

O sistema controlado por computador é idêntico ao sistema encontrado em um carro de Fórmula 1 ou um carro da categoria ChampCar (ex-Fórmula Cart). Não há pedal de embreagem nem alavanca de câmbio para o motorista operar - o computador controla as embreagens, assim como as trocas de marchas. O computador é capaz de efetuar trocas em 0,2 segundos.

Veja Audi: potência contínua - detalhes técnicos (em inglês) para mais informações sobre os sistemas de duas embreagens.

Seria quase impossível o torque disponível do motor W-16 fluir para apenas duas rodas sem que houvesse patinagem constante delas. Por essa razão, o Veyron possui tração em todas as rodas em tempo integral. Com a aplicação da potência do motor em todas as rodas, através de um sistema de controle de tração controlado por computador, o carro é capaz de aproveitar toda a potência do motor, mesmo sob aceleração máxima.

Veja Audi: Quattro (em inglês) para obter explicação do sistema de tração em todas as rodas do Quattro. Veja também Como funcionam os diferenciaise Como funciona a tração nas quatro rodas.

Imagem cedida por Bugatti Automobiles S.A.S. A carroceria De acordo com um dos projetistas do Veyron, o maior desafio na sua criação foi a aerodinâmica. Como manter um carro de passageiros de 400 km/h na estrada? Imagem cedida por Bugatti Automobiles S.A.S. Carros de F-1 ou de ChampCar podem andar a 400km/h ou mais, mas eles têm uma carroceria projetada exclusivamente para isso, seu piloto fica em posição reclinada, a distância do solo é de pouco mais de 2 centímetros e um conjunto aerodinâmico com enormes asas gera uma grande força vertical descendente. O Bugatti, por outro lado, está tentando parecer-se com um carro normal para acomodar dois passageiros. As dimensões do Veyron ajudam até certo ponto. O carro tem 2 m de largura, 4,47 m de comprimento e somente 1,22 m de altura. Lembre-se de que um Hummer 2 tem 2,06 m de largura. O Bugatti é extremamente largo para sua altura. Imagem cedida por Bugatti Automobiles S.A.S. A parte inferior do Veyron, como um carro de F-1, é aerodinâmica e tem a forma de um venturi para aumentar a força vertical descendente. Existe também uma asa na parte traseira do Veyron (veja abaixo) que se estende automaticamente em alta velocidade para aumentar a força vertical descendente e manter o carro colado na estrada. De acordo com a revista Popular Science: Hypercar, "com o aerofólio traseiro móvel, agora conseguimos força vertical descendente suficiente, cerca de 100 kg na traseira e 80 kg na dianteira em velocidade máxima." Imagem cedida por Bugatti Automobiles S.A.S. A asa traseira do Bugatti Veyron produz muita força vertical descendente em altas velocidades Imagem cedida por Bugatti Automobiles S.A.S. O motor e as tomadas de ar Na foto acima, pode-se ver dois dispositivos semelhantes a um "respiro" de ar (em inglês: snorkel), um em cada lado do motor, no teto do carro. O Veyron usa esses dispositivos para controlar o fluxo de ar. O Veyron tem três razões para controlar o fluxo de ar: em potência máxima, o motor consome 45.000 litros de ar por minuto; em potência máxima, o motor queima 5 litros de gasolina por minuto e precisa dissipar todo o calor através de seus radiadores; quando freia, os freios precisam dissipar o calor - especialmente importante ao acelerar e frear rapidamente em estradas com muitas curvas. Na foto abaixo, pode-se ver como o Veyron atende a essas exigências. O motor do Veyron fica atrás do motorista, de modo que as tomadas de ar no teto, as entradas de ar na seção traseira e as tomadas de ar nas laterais levem ar para o motor e para os freios traseiros. Imagem cedida por de Bugatti Automobiles S.A.S. O tamanho do motor e da transmissão, o sistema de tração nas quatro rodas e as quatro semi-árvores de acionamento, a opulência do compartimento do passageiro (comentada mais à frente) e as dimensões enormes do carro, tudo isso acrescenta peso. Ainda que a carroceria seja modelada em fibra de carbono para minimizar sua massa, o carro pesa cerca de 1.950 kg. Para efeito de comparação, um Dodge Viper pesa aproximadamente 454 kg menos. Os pneus Imagm cedida por Bugatti Automobiles S.A.S. Até mesmo os pneus do Veyron são exclusivos. Foram especialmente projetados pela Michelin para lidar com o esforço de rodar a 400 km/h. Os pneus precisam ser aderentes como os de carros de corrida e capazes de suportar 1,3 G na pista de teste de derrapagem. Entretanto, também precisam durar mais que os 110 km de um pneu de corrida. Por isso, a Michelin criou pneus completamente novos para atender às necessidades exclusivas do Veyron. Os pneus traseiros possuem 36,6 cm de largura. Especificamente, os pneus dianteiros medem 245/690 R 520 A e os traseiros 365/710 R 540 A, em que 245 e 365 são a largura, em milímetros. Os aros têm 520 mm e 540 mm de diâmetro (aproximadamente 20 e 21 polegadas). Esses pneus, em outras palavras, são enormes - os traseiros são os mais largos já produzidos para um carro de passageiros. Os pneus usam o sistema PAX da Michelin (em inglês). Sua pressão é monitorada automaticamente, e eles podem rodar vazios por aproximadamente 200 km, a 80km/h. De acordo com a Michelin, o sistema de detecção de pneus vazios "exerce um papel importante na segurança ativa do Sistema PAX. Sua função é informar sobre a perda de pressão, gradual ou repentina". Uma vez notificado sobre o vazamento de ar pelo sistema PAX, pode-se reduzir a velocidade e dirigir até um centro de reparo de pneus. Uma vantagem do sistema PAX e sua capacidade de detectar pneus vazios é que ele elimina a necessidade de estepe. O interior O Veyron possui dois bancos com estilo exagerado. Quase todo o interior é revestido com couro - o painel, os bancos, o chão e as laterais. Apenas os instrumentos e algumas peças de acabamento são metálicas. Imagem cedida por Bugatti Automobiles S.A.S. Imagem cedida por Bugatti Automobiles S.A.S. O carro também envolve seus ocupantes com todo tipo de tecnologia, incluindo um extraordinário sistema de áudio, sistema de navegação, etc. Isso tudo vale um milhão de dólares? Quem sabe. Mas, independente disso, o Veyron representa uma façanha tecnológica notável. O Veyron provavelmente representará também, por um bom tempo, o ponto mais alto do espectro de desempenho automobilístico. A criação de um carro muito mais rápido vai exigir que se acrescente mais peso e mais potência às rodas. O acréscimo de peso significa pior resultado na relação peso-potência. Potência adicional significa mais patinagem das rodas. Observe um ChampCar e veja como sua aparência é radical se comparada a de um carro de passageiros. Considere também que um ChampCar não é mais rápido que o Veyron. Ele provavelmente atinge os limites máximos do conceito de carro de passageiros e é improvável que vejamos muito além do Veyron em termos de desempenho. Em outras palavras, é tão bom quanto parece.

Como funcionam os freios a disco

A maioria dos carros modernos tem freios a disco nas rodas dianteiras, podendo também ser encontrados nas rodas traseiras. Esta é a parte do sistema de freios que realmente faz o carro parar.

Freio a disco

O tipo mais comum de freio a disco nos carros modernos é o de pinça flutuante de um pistão. Neste artigo, vamos aprender tudo sobre o desenho deste modelo de freio a disco.

Fundamentos do freio a disco

Eis a localização dos freios a disco em um carro:

Localização dos freios a disco

Os principais componentes de um freio a disco são:

• As pastilhas de freio
• A pinça, que contém um pistão
• O disco, que é montado no cubo

Partes de um freio a disco

O freio a disco é muito parecido com o freio de uma bicicleta. Os freios de uma bicicleta têm um pinça, que comprime as sapatas de freio contra o aro de roda. Em um freio a disco, as pastilhas de freio comprimem o disco, em vez da roda, e a força é transmitida hidraulicamente em vez de através de um cabo. O atrito entre as pastilhas e o disco reduzem a velocidade deste último.

Um carro em movimento tem uma certa quantidade de energia cinética e os freios têm que remover esta energia do carro para que possam fazê-lo parar. Como é que os freios fazem isso? Cada vez que você freia o carro, os freios convertem a energia cinética em calor, gerado pelo atrito entre as pastilhas e o disco. Por isso, na maioria dos freios a disco dos carros, os discos sãoventilados.

Ventilação dos freios a disco

Os freios a disco ventilados têm um conjunto de palhetas, entre os dois lados do disco, que bombeiam o ar pelo interior do disco para prover oresfriamento.

Freios auto-ajustáveis

O freio a disco de pinça flutuante de um pistão é auto-centrante e auto-ajustável. A pinça é capaz de deslizar de um lado para o outro e se move para o centro cada vez que os freios são usados. Considerando ainda que não há mola para afastar as pastilhas do disco, elas sempre ficam em leve contato com ele (a vedação de borracha do pistão e qualquer empeno no disco podem afastar as pastilhas a uma pequena distância do disco). Isto é importante porque os pistões nos freios têm diâmetro muito maior do que os do cilindro-mestre. Se os pistões de freio se retraem para dentro dos seus cilindros, isso pode exigir diversas aplicações do pedal do freio para bombear fluido suficiente ao cilindro de freio, de modo que as pastilhas de freio readquiram contato com o disco.

Os carros mais antigos tinham pinças com dois ou quatro pistões. Um pistão (ou dois) em cada lado do disco empurrava a pastilha naquela direção. Este sistema foi amplamente eliminado porque os carros projetados com apenas um pistão são mais baratos e mais duráveis.

Fazendo manutenção em seus freios

O tipo de necessidade mais comum na manutenção de freios é a troca das pastilhas. As pastilhas do freio a disco normalmente têm uma peça de metal chamada indicador de desgaste.

Foto: cortesia de uma loja Autozone Pastilha de freio a disco

Quando muito material de atrito está gasto, o indicador de desgaste vai contatar o disco e produzir um som agudo. Isso significa que é hora de pôr pastilhas novas.

Também há uma abertura para inspeção na pinça para que você possa ver quanto material de atrito resta nas pastilhas de freio.

A abertura para inspeção do freio a disco

Às vezes, aparecem riscos profundos nos discos do freio. Isso pode acontecer se uma pastilha de freio gasta demais é deixada por muito tempo no carro. Os discos do freio podem também perder sua planicidade. Se isto acontecer, os freios podem trepidar ou vibrar quando você freia. Os problemas podem ser resolvidos por retífica (também chamada de usinagem ou torneamento) dos discos. Um pouco de material de ambos os lados dos discos é removido para restaurar a lisura e a planicidade da superfície.

A retífica não é exigida cada vez que as pastilhas são substituídas. Você só precisa fazê-lo se as superfícies estiverem empenadas ou muito riscadas. Retificar os discos mais freqüentemente que o necessário reduzirá sua duração. Isto acontece porque o processo remove material dos discos de freio, que ficam mais finos a cada vez que são usinados. Todos os discos de freio têm uma especificação de espessura mínima permitida antes de precisarem ser substituídos. Esta especificação pode ser encontrada no manual da reparação de cada veículo.

Como funcionam os turbocompressores

Quando as pessoas conversam sobre carros de corrida ou carros esportivos de alto desempenho, normalmente falam emturbocompressores. Eles aparecem também em motores a diesel de pequeno, médio e grande porte. Um turbo pode aumentar significativamente a potência de um motor sem elevar muito seu peso, e é isso que os torna tão populares.

Imagem cedida pela Garrett

Neste artigo, aprenderemos como um turbocompressor aumenta a potência produzida por um motor, ao mesmo tempo em que suporta condições extremas de funcionamento. Veremos também como a válvula de alívio, as palhetas de turbina de cerâmica e os mancais ajudam os turbocompressores a desempenhar sua função de forma ainda mais eficiente.

Turbocompressores são um tipo de sistema de indução forçada. Elescomprimem o ar que entra no motor (veja Como funcionam os motores de carros para uma descrição da corrente de ar em um motor normal). A vantagem da compressão do ar é que isso permite ao motor receber mais ar dentro de um cilindro - e mais ar significa que mais combustível pode ser adicionado. Obtém-se, portanto, mais potência das explosões em cada cilindro. Um motor turbocomprimido produz mais potência do que o mesmo motor sem o dispositivo. Isso pode melhorar significativamente a relação peso/potência do motor (veja Como funciona a potência do motor para mais detalhes).

Para conseguir essa compressão do ar, o turbocompressor utiliza o fluxo dos gases de escapamento do motor para girar uma turbina, que, por sua vez, gira um compressor. A turbina no turbocompressor gira a velocidades de até 150 mil rotações por minuto (rpm), aproximadamente 30 vezes mais rápido do que a maioria dos motores de automóveis, e, como está ligada ao escapamento, as temperaturas dentro dela também são bem elevadas.

Princípios básicos
Uma das maneiras mais garantidas de se obter mais potência de um motor é aumentar a quantidade de ar e de combustível que ele pode queimar. Uma forma de se fazer isso é adicionando cilindros ou tornando maiores os cilindros existentes. Porém, algumas vezes, essas alterações não são possíveis. Um turbo pode ser uma forma mais simples e compacta de adicionar potência, especialmente como acessório vendido em lojas ou oficinas de preparação de motores.

Local onde o turbocompressor está localizado

Turbocompressores permitem que um motor queime mais ar e combustível ao colocá-los em maior quantidade dentro dos cilindros existentes. A pressão de superalimentação típica fornecida por um turbocompressor é de 6 a 8 libras por polegada quadrada (lb/pol²). Como a pressão atmosférica normal é de 14,7 lb/pol² ao nível do mar, o turbo coloca 50% mais ar no motor. Com isso, espera-se um ganho de 50% na potência do motor mas, por não haver eficiência na mesma proporção, é normal atingier um ganho de 30% a 40%.

Uma causa da ineficiência vem do fato de que a potência para girar a turbina não é livre. Ter uma turbina no fluxo de escapamento aumenta a restrição de saída dos gases queimados. Isso significa que, no curso de escapamento, o motor tem que empurrar uma contrapressão. Isso faz diminuir um pouco a potência.

Altitudes elevadas
Um turbocompressor ajuda em altitudes elevadas, onde o ar é menos denso. Motores normais têm perda de potência em altitudes elevadas, pois, para cada curso do pistão, o motor recebe uma massa de ar menor. Um motor turbocomprimido pode ter também redução de potência, mas a redução é menos problemática, já que o ar mais fino é mais fácil de ser bombeado pelo tubocompressor.

Carros mais velhos, com carburadores, aumentam automaticamente a vazão de combustível para se ajustar ao maior fluxo de ar que entra nos cilindros. Carros modernos com injeção de combustível também fazem isso até um certo ponto. O sistema de injeção depende dos sensores de oxigênio no escapamento para determinar se a relação ar-combustível está correta, de forma que esses sistemas aumentarão a quantidade de fluxo de combustível automaticamente se um turbo for adicionado.

Se um turbocompressor com muita pressão é instalado num carro com injeção de combustível, o sistema pode não fornecer combustível suficiente. Dessa maneira, ou o software programado no controlador não permite que isso ocorra, ou a bomba e os injetores não são capazes de fornecê-lo. Nesse caso, outras modificações terão que ser feitas para se conseguir o máximo benefício do turbocompressor.

Como funciona
O turbocompressor é parafusado ao coletor de escapamento do motor. O fluxo dos gases queimados que sai dos cilindros gira a turbina, que funciona como um motor de turbina a gás. A turbina é conectada por uma árvore aocompressor localizado entre o filtro de ar e o coletor de admissão. O compressor pressuriza o ar que vai para os cilindros.

Imagem cedida pela Garrett Como um turbocompressor é instalado em um carro

Os gases de escapamento, ao deixar os cilindros, passam pelas palhetas da turbina, fazendo-a girar. Quanto mais gases passam pelas palhetas, mais rapidamente elas giram.

Imagem cedida pela Garrett Dentro de um turbocompressor

Do outro lado da árvore à qual a turbina está conectada, o compressorbombeia ar para dentro dos cilindros. O compressor é um tipo de bomba centrífuga que suga o ar para dentro no centro de suas palhetas e lança-as para fora à medida que gira.

Imagem cedida pela Garrett Palhetas do turbocompressor

Para agüentar velocidades de até 150 mil rpm, a árvore da turbina tem que estar cuidadosamente sustentada. A maioria dos rolamentos explodiria a velocidades como essa, portanto, a maioria dos turbocompressores utiliza um mancal fluido. Esse tipo de mancal mantém a árvore em uma fina camada de óleo que é constantemente bombeada em torno dela. Isso serve a dois propósitos: resfria a árvore e algumas das outras peças do turbocompressor e permite que o eixo gire sem muito atrito.

Existem muitos compromissos envolvidos no projeto de um turbocompressor para motor. Na próxima seção, veremos alguns desses compromissos e como eles a fetam o desempenho do carro.

Pressão demais Com o ar sendo bombeado pelo turbocompressor para dentro dos cilindros sob pressão e depois sendo comprimido ainda mais pelo pistão (veja Como funcionam os motores de carros para uma demonstração), há um maior risco de provocar a detonação ou "batida de pino". A detonação acontece porque, à medida que o ar é comprimido, sua temperatura aumenta. A temperatura pode aumentar o suficiente para dar ignição à parte da mistura ar-combustível que ainda não queimou, estando a combustão em andamento. Carros com turbocompressor frequentemente necessitam de combustível com maior octanagem para evitar a detonação. Se a pressão do turbo for muito alta, a taxa de compressão do motor pode necessitar ser reduzida a fim de evitar a detonação.

Considerações de projeto

Um dos principais problemas com turbocompressores é que eles não propiciam aumento imediato de potência quando o motorista acelera. Leva um segundo para que a turbina alcance a velocidade antes da pressão da alimentação ser produzida. O resultado é uma sensação de hesitação (chamada de turbo lag em inglês) entre a aceleração e o início do efeito do turbo.

Uma maneira de reduzir a hesitação é reduzir a inércia das partes rotativas, principalmente pela redução do seu peso. Isso permite que a turbina e o compressor acelerem rapidamente e iniciem o fornecimento de pressão adicional mais cedo. Uma maneira garantida de se reduzir a inércia da turbina e do compressor é diminuir o tamanho do turbocompressor. Um turbocompressor pequeno irá fornecer pressão mais rapidamente e em rotações mais baixas, mas pode não ser capaz de fornecer muita pressão em rotações mais altas, quando um volume realmente grande de ar estiver requerido pelo motor. Ele também corre o risco de girar muito rápido em rotações mais altas, quando muitos gases do escapamento passam pela turbina.

Um turbocompressor pode fornecer muita pressão em rotações altas do motor, mas pode ter uma hesitação acentuada devido ao tempo que a turbina e compressor mais pesados levam para acelerar. Felizmente, há alguns truques usados para superar esses desafios.

A maioria dos turbocompressores automotivos tem uma válvula de alívio, o que permite a utilização de um turbocompressor menor para reduzir a hesitação, ao mesmo tempo em que o impede de girar muito rapidamente em rotações altas do motor. A válvula de alívio permite que os gases de escapamento sejam desviados das palhetas da turbina. A válvula de alívio percebe a pressão da alimentação. Se a pressão ficar muito elevada, isso pode indicar que a turbina está girando muito rapidamente, com o que a válvula de alívio desvia parte dos gases que estão ao redor das palhetas da turbina, enviando-a para a atmosfera, fazendo com que elas diminuam a rotação.

Alguns turbocompressores utilizam rolamentos de esferas em vez de mancais fluidos para sustentar a árvore da turbina, mas eles não sãorolamentos normais, são do tipo superprecisos, feitos de materiais avançados para agüentar as rotações e as temperaturas do turbocompressor. Eles permitem que a árvore da turbina gire com menos atrito que os mancais fluidos utilizados na maioria dos casos. Eles permitem também que uma árvore ligeiramente menor e mais leve seja utilizada. Isso ajuda o turbocompressor a acelerar mais rapidamente, reduzindo a hesitação.

As palhetas da turbina em cerâmica são mais leves do que as palhetas de aço utilizadas na maioria dos turbocompressores. Mais uma vez, isso permite que a turbina aumente sua rotação mais rapidamente, o que diminui a hesitação.

Alguns motores utilizam dois turbocompressores de tamanhos diferentes. O menor ganha rotação mais rapidamente, reduzindo a hesitação, enquanto o maior assume nas rotações mais altas do motor para fornecer maior pressão.

Quando o ar é comprimido, ele esquenta - e quando isso acontece, ele se expande. Assim, parte do aumento da pressão produzida por um turbocompressor é o resultado do aquecimento do ar antes de entrar no motor. Para aumentar a potência do motor, devem-se inserir mais moléculas de ar no cilindro, não necessariamente mais pressão de ar.

Imagem cedida pela Garrett Como um turbocompressor é instalado (incluindo o resfriador do ar de admissão)

Um intercooler ou resfriador do ar de admissão é um componente adicional que se parece com um radiador, exceto pelo fato de que o ar passa tanto pelo interior quanto pelo exterior da peça. Por isso é chamado de radiador ar-ar. O ar de admissão passa através de passagens seladas no interior do radiador, enquanto o ar mais frio da parte externa é soprado através de aletas pelo ventilador de arrefecimento do motor.

O intercooler aumenta ainda mais a potência do motor, resfriando o ar pressurizado proveniente do compressor antes que ele entre no motor. Isso significa que se o turbocompressor estiver operando a uma pressão de 7 lb/pol², o sistema com intercooler irá inserir 7 lb/pol² de ar, que é mais denso e contém mais moléculas do que o ar aquecido.

Para mais informações sobre turbocompressores e tópicos relacionados, confira os links da próxima página.