COMO O DESIGN DO TURBOCOMPRESSOR ESTÁ MUDANDO À MEDIDA QUE AS EMPRESAS DE CARROS PERSEGUEM A EFICIÊNCIA
Para um componente cujo futuro está tão intimamente ligado ao do motor de combustão, o ritmo do desenvolvimento tecnológico dos turbocompressores é extraordinário. De coletores integrados com projetos de rolagem dupla e voluta dupla com geometria variável, a turbocompressores elétricos, aqui estão os desenvolvimentos mais recentes.
De acordo com Tobias Jakobi, Gerente Global de Produto Face Milling da Seco Tools, existem dois grandes fatores que impulsionam a crescente complexidade do design do turbocompressor: a pressão para reduzir o tamanho e o peso dos motores para aumentar a eficiência de combustível e o surgimento de carros híbridos.
Os turbocompressores melhoram a eficiência de combustível usando os gases de escape de um carro para girar uma turbina, que então bombeia ar para os cilindros do motor.
O desafio hoje é que motores menores significam menos escape para acionar a turbina, o que significa que os projetistas precisam fazer tudo o que puderem para garantir que os gases ainda produzam a mesma pressão na roda da turbina e a façam funcionar na mesma velocidade.
Componente do turbocompressorConseguir isso começa no coletor de escape, que agora deve ser integrado ao turbocompressor em uma única peça de metal, para que o volume reduzido de gases de escape seja direcionado da forma mais eficiente possível para a turbina.
"É uma transição muito suave de todo o turbo no flange para a carcaça", diz Jakobi sobre o coletor integrado. "Você não pode obter uma transição tão suave se são duas partes que precisam ser unidas."
Em seguida, o coletor normalmente precisa ter dois canais separados para diferentes grupos de cilindros, que então entregam os gases na turbina através de duas entradas separadas, ou "pergaminhos". Também é comum ter dois canais, ou "volutas", dentro da carcaça da turbina para entregar os gases para lados opostos da turbina.
Um design twin-scroll, de voluta dupla com um coletor integrado é um requisito próximo para turbocompressores que apresentam "desativação do cilindro", quando um ou mais cilindros param de disparar durante o cruzeiro para reduzir o consumo de combustível. Eles também são necessários pelas taxas de compressão mais altas dos motores modernos, que economizam combustível, mas tornam ainda mais importante que os gases de escape atinjam as turbinas nos pontos precisos.
Os designers de hoje também estão buscando melhorar o desempenho em baixas rotações por minuto (RPM), tornando as lâminas do turbocompressor ajustáveis.
Esses chamados turbocompressores de "geometria variável" têm uma quantidade mínima de atraso, fornecem potência extra em baixas rotações e também têm maior eficiência em velocidades mais altas do motor.
Eles também procuram fazer com que os turbocompressores funcionem bem em altas e baixas rotações, incluindo um "wastegate", que libera gases da turbina quando as pressões ficam muito altas para evitar a sobrecarga da turbina.
Cada um desses recursos de design cria desafios para a fabricação.
As formas orgânicas dos coletores integrados são mais complexas para a ferramenta e, particularmente, para a braçadeira, o que significa mais problemas com vibrações. Para suportar temperaturas mais altas, eles geralmente são feitos de ligas avançadas com uma maior quantidade de metais pesados, que são mais pesados e mais desgastantes nas ferramentas. Os fabricantes então compensam o aumento do peso da turbina reduzindo a seção transversal, exigindo cada vez mais precisão.
A geometria variável normalmente significa uma carcaça turbo maior, enquanto a válvula de descarga no interior do turbocompressor pode ser difícil de alcançar.
Embora os recursos de design acima estejam se tornando muito mais comuns em turbocompressores modernos, nenhum deles é novo. Os verdadeiros desenvolvimentos de ponta hoje são em torno de turbocompressores elétricos, ou e-turbos.
Componente do turbocompressor
Com um e-turbo, o turbocompressor é assistido com um pequeno motor elétrico, que é anexado ao eixo do turbo entre a roda da turbina e a roda do compressor, ou então localizado em um desvio de gás no lado do compressor.
Além de dar um impulso adicional, os e-turbos podem compensar as lacunas no fornecimento de gás comprimido do motor, levando a um desempenho mais suave.
"Os E-turbos são realmente a nova tendência porque podem aumentar significativamente o desempenho, especialmente em carros híbridos", diz Jakobi.
"Eles estão pensando em ter até oito turbos elétricos em um carro, ou colocar um e-turbo em cada cilindro. Há algumas ideias realmente loucas acontecendo."