[Alto-Giro Técnica] Hipercompressor

Olá amigos, bem vindos ao primeiro post técnico de Alto-Giro! A idéia desta série de posts é matar a curiosidade do leitor sobre tecnologia automotiva, introduzindo de maneira clara e concisa (espero!) o funcionamento de componentes automotivos interessantes. E, como este é um blog onde reina a tirania ditatorial e sanguinária democracia, não deixe de postar suas críticas e sugestões de temas nos comentários. São elas que vão nos guiar nos próximos posts.

Nada melhor que um começo chocante, na contramão da onda verde que reina entre os fabricantes de automóveis de hoje. Estou falando da supremacia da potência sobre o consumo, da ignorância sobre a sutileza, da força bruta sobre a eficiência, de Golias sobre David, de... (OK, menos!). É nesse ambiente que eu apresento o tema mais votado por vocês: Hipercompressor!

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A idéia é bem simples e é uma solução para o turbo-lag em motores com grandes compressores e muita potência. Vamos ao funcionamento:

A figura a seguir é uma ilustração do funcionamento do motor MB873, da empresa MTU, que equipa nada menos que o tanque de guerra alemão Leopard II, mostrado na primeira figura deste post. É um motor de 12 cilindros em V, com 2 turbo-compressores hiperalimentados, 47.64 litros de cilindrada e capacidade para 1800 HP de potência (a versão do Leopard II tem 1500HP por privilegiar o torque em baixa rotação).

Legenda:
a – Motor V12 Diesel
b – Sistema de exaustão do motor
c – Bico injetor da câmara de combustão
d – Câmara de combustão
e – Entrada “quente” da turbina
f – Turbina do turbocompressor
g – Admissão do motor
h – Válvula de admissão da câmara de combustão
i – Compressor

Quem já dirigiu um carro turbo conhece o famoso “turbo-lag”, que é uma certa falta de força do motor até a turbina entrar em rotação alta o suficiente para melhorar o desempenho do carro. Quando isso acontece, é normal se sentir o “coice” causado pelo aumento brusco do torque do motor, prejudicando a manobrabilidade e o controle do veículo. No projeto de motores turbo, esta é a dificuldade encontrado pelo engenheiro: quanto maior o turbocompressor, melhor o desempenho final do sistema, porém, neste caso, maior será a dificuldade de se alcançar a rotação desejada das pás da turbina. Em tanques como o Leopard II, a falta de força do propulsor em baixas rotações pode significar a morte de seus ocupantes em situação de combate, tornando o problema crítico.

Para resolver este problema, o sistema de hipercompressão liga uma câmara de combustão em paralelo ao motor, similar à de uma turbina de avião. A função desta câmara é misturar parte do ar comprimido vindo do turbocompressor ao combustível injetado pelo bico “c” na figura, de modo que a mistura queime espontaneamente devido às altas temperaturas de exaustão do motor. Esta combustão adiciona entalpia (energia) à massa de gases na entrada da turbina, que aumenta sua rotação. Com isso, aumenta também a pressão do ar admitido pelo motor e a potência final do veículo.

Motor MB 873 do tanque de guerra Leopard II com Hipercompressor

A vantagem óbvia deste sistema é a capacidade de se abolir totalmente o turbo-lag, possibilitando o uso de grandes turbocompressores sem perda de força em baixas velocidades, já que a rotação do turbo é independente da rotação do motor. Como desvantagem, pode-se citar o consumo de combustível deste sistema, assim como a grande queda de eficiência causada pela queima de combustível fora dos cilindros do motor. Outra desvantagem é o custo de produção, principalmente da parte quente do turbo. As pás da turbina ficam expostas a temperaturas mais altas e por mais tempo que em um motor turbo convencional, exigindo materiais mais resistentes e mais caros.

Baseando-se no mesmo princípio do Hipercompressor, alguns carros de Rallye utilizam a técnica da pós-injeção. Trata-se da instalação de um bico injetor de combustível nos tubos de escape do motor, a montante do turbo. Esta injeção extra também queima espontaneamente, gerando mais energia na entrada da turbina e o aumento de pressão no compressor, como já explicado. O problema deste sistema é a falta de controle da combustão, que acontece desordenadamente e prejudica as pás do turbo. Com isso, a durabilidade do sistema fica seriamente comprometida, tornando a técnica inadequada para veículos de série.

Outras alternativas de redução do turbo-lag como o “E-Boost”, o “Twincharger”, o Bi-Turbo, o Bi-Turbo de duas fases e o Turbocompressor de geometria variável podem ser votados por vocês para as próximas edições do Post Técnico.

Se já foi o suficiente sobre turbocompressores, outras sugestões de temas são:
- Geometrias de Suspensão
- Esterçamento Traseiro
- Suspensões Ativas e Semi-ativas
- ABS, ESP e Torque-Vectoring

Deixem seus votos e sugestões nos comentários.

-Galileu