Que é un turbocompresor?
Cando se trata de combinar o rendemento cun consumo reducido de combustible, os enxeñeiros están case obrigados a optar por un motor turbo.
Fóra do pouco aire do mundo dos supercoches, onde Lamborghini aínda insiste en que os motores de aspiración natural seguen sendo a forma máis limpa e italiana de producir potencia e ruído, os días dos coches sen turbocompresor están chegando ao seu fin.
É imposible, por exemplo, conseguir un Volkswagen Golf de aspiración natural. Despois de Dieselgate, por suposto, é pouco probable que isto importe, porque xa ninguén quere xogar ao golf.
Non obstante, o certo é que os coches urbanos, os coches familiares, os grandes turismos e mesmo algúns supercoches abandonan o barco en favor dun futuro de submarinismo. Desde o Ford Fiesta ata o Ferrari 488, o futuro pertence á indución forzada, en parte polas leis de emisións, pero tamén porque a tecnoloxía evolucionou a pasos agigantados.
É un caso de aforro de combustible do motor pequeno para unha condución suave e gran potencia do motor cando o queiras.
Cando se trata de combinar un maior rendemento cun menor consumo de combustible, os enxeñeiros están case obrigados a deseñar os seus últimos motores con tecnoloxía turboalimentada.
Como pode un turbo facer máis con menos?
Todo se reduce ao funcionamento dos motores, así que imos falar un pouco da técnica. Para os motores de gasolina, a relación aire-combustible de 14.7:1 garante a combustión completa de todo o que hai no cilindro. Calquera zume máis que este é un desperdicio de combustible.
Nun motor de aspiración natural, o baleiro parcial creado polo pistón descendente atrae aire ao cilindro, utilizando a presión negativa no interior para atraer aire a través das válvulas de admisión. É un xeito doado de facer as cousas, pero é moi limitado en canto a subministración de aire, como unha persoa con apnéia do sono.
No motor turbo, o libro de regras foi reescrito. En lugar de depender do efecto de baleiro dun pistón, un motor turboalimentado usa unha bomba de aire para empurrar o aire nun cilindro, do mesmo xeito que unha máscara de apnéia do sono empurra o aire polo nariz.
Aínda que os turbocompresores poden comprimir o aire ata 5 bar (72.5 psi) por riba da presión atmosférica estándar, nos coches de estrada normalmente funcionan a unha presión máis relaxada de 0.5 a 1 bar (7 a 14 psi).
O resultado práctico é que a 1 bar de presión de sobrealimentación, o motor recibe o dobre de aire que se fose de aspiración natural.
Isto significa que a unidade de control do motor pode inxectar o dobre de combustible mantendo unha relación aire-combustible ideal, creando unha explosión moito maior.
Pero iso é só a metade dos trucos do turbocompresor. Comparemos un motor atmosférico de 4.0 litros e un motor turboalimentado de 2.0 litros cunha presión de sobrealimentación de 1 bar, asumindo que son idénticos en canto á tecnoloxía.
O motor de 4.0 litros consome máis combustible mesmo ao ralentí e baixo unha carga lixeira do motor, mentres que o de 2.0 litros consome moito menos. A diferenza é que a aceleración totalmente aberta, un motor turbo utilizará a máxima cantidade de aire e combustible posible, o dobre que un motor de aspiración natural da mesma cilindrada, ou exactamente o mesmo que un de 4.0 litros de aspiración natural.
Isto significa que o motor turboalimentado pode funcionar desde uns escasos 2.0 litros ata un potente catro litros grazas á indución forzada.
Polo tanto, é un caso de aforro de combustible do motor pequeno para unha condución suave e gran potencia do motor cando o queiras.
Que intelixente é iso?
Como corresponde a unha bala de prata de enxeñería, o propio turbocompresor é enxeñoso. Cando o motor está en marcha, os gases de escape pasan pola turbina, o que fai que xire a velocidades incribles, normalmente entre 75,000 e 150,000 veces por minuto.
A turbina está atornillada ao compresor de aire, o que significa que canto máis rápido xire a turbina, máis rápido xira o compresor, aspirando aire fresco e forzándoo no motor.
O turbo funciona nunha escala deslizante, dependendo da forza con que presione o acelerador. En ralentí, non hai suficientes gases de escape para levar a turbina a unha velocidade significativa, pero a medida que aceleras, a turbina xira e dálle impulso.
Se empurras co pé dereito, prodúcense máis gases de escape, que comprimen a máxima cantidade de aire fresco nos cilindros.
Entón, cal é a trampa?
Por suposto, hai varias razóns polas que non todos conducimos coches con turbocompresor durante anos, empezando pola complexidade.
Como podes imaxinar, construír algo que poida xirar a 150,000 RPM día tras día durante anos sen explotar non é doado e require pezas caras.
As turbinas tamén requiren un abastecemento específico de aceite e auga, o que fai máis estrés nos sistemas de lubricación e refrixeración do motor.
A medida que se quenta o aire do turbocompresor, os fabricantes tamén tiveron que instalar intercoolers para baixar a temperatura do aire que entra no cilindro. O aire quente é menos denso que o frío, o que anula os beneficios dun turbocompresor e tamén pode causar danos e detonación prematura da mestura de aire/combustible.
A deficiencia máis infame do turbocompresor é, por suposto, coñecida como lag. Como se dixo, cómpre acelerar e crear un escape para que o turbo comece a producir unha presión de sobrealimentación significativa, o que significaba que os primeiros coches turbo eran como un interruptor retardado: nada, nada, nada, TODO.
Varios avances na tecnoloxía do turbo domesticaron o peor das características de movemento lento dos primeiros Saab e Porsche con turbocompresor, incluíndo as paletas axustables na turbina que se moven en función da presión do escape e os compoñentes lixeiros e de baixa fricción para reducir a inercia.
O paso adiante máis emocionante en materia de turbocompresor só se pode atopar -polo menos por agora- nos corredores de F1, onde un pequeno motor eléctrico mantén o turbo xirando, reducindo o tempo que tarda en xirar.
Do mesmo xeito, no Campionato do Mundo de Rallyes, un sistema coñecido como anti-lag bota a mestura de aire/combustible directamente no escape por diante do turbocompresor. A calor do colector de escape fai que explote mesmo sen unha bujía, creando gases de escape e mantendo o turbocompresor fervendo.
Pero que pasa cos turbodiesel?
Cando se trata de turbocompresor, os diésel son unha raza especial. Este é realmente un caso man a man, porque sen indución forzada, os motores diésel nunca serían tan comúns como son.
Os diésel de aspiración natural poden proporcionar un par decente de gama baixa, pero aí rematan os seus talentos. Non obstante, coa indución forzada, os diésel poden aproveitar o seu par e gozar das mesmas vantaxes que os seus homólogos de gasolina.
Os motores diésel están construídos por Tonka Tough para soportar as enormes cargas e temperaturas contidas, o que significa que poden soportar facilmente a presión extra dun turbo.
Todos os motores diésel, de aspiración natural e sobrealimentados, funcionan queimando combustible en exceso de aire nun sistema de combustión pobre.
O único momento en que os motores diésel de aspiración natural se achegan á mestura "ideal" de aire/combustible é a plena aceleración cando os inxectores de combustible están ben abertos.
Debido a que o gasóleo é menos volátil que a gasolina, cando se queima sen moito aire, prodúcese unha enorme cantidade de hollín, tamén coñecido como partículas diésel. Ao encher o cilindro de aire, os turbodiésel poden evitar este problema.
Así, aínda que a turbocompresor é unha mellora sorprendente para os motores de gasolina, o seu verdadeiro flip evita que o motor diésel se converta nunha reliquia de fume. Aínda que "Dieselgate" en calquera caso pode provocar que isto suceda.
Que sentes sobre o feito de que os turbocompresores chegan a case todos os vehículos de catro rodas? Cóntanos nos comentarios a continuación.
