Porque é que um Turbocompressor só produz impulso quando o motor está sob carga?

Deixem-me começar com um excelente livro sobre o tema: Corky Bell’s Maximum Boost . Há um bom tratamento dos conceitos básicos do funcionamento do turboalimentador, para além de algumas aplicações datadas e esotéricas que ainda são interessantes. Por exemplo, considero que a discussão sobre a turboalimentação de diferentes tipos de carburador é de interesse intelectual, se não mesmo prático.

Para resumir os pontos referidos na sua pergunta, aqui estão alguns dos principais aspectos do motor turboalimentado que são de interesse:

1. o fluxo de ar : lembre-se que um motor de combustão interna é efectivamente uma bomba de ar. Se estamos a falar de um motor que está a funcionar “sob carga”, podemos assumir que abriu a borboleta. Por exemplo, quando se desce a colina, não é necessário atingir o acelerador, pelo que toda a trajectória de admissão ao escape está a bombear uma massa de ar menor. No entanto, conduzir subindo a colina exigirá que se abra o acelerador (dar-lhe gás), adicionando ar à admissão. Isto faz com que o computador do motor adicione combustível à mistura. A mistura combustível-ar é queimada para produzir energia. O escape desta combustão prossegue então para …

2. A turbina : esta é parte que se parece com a frente de um motor a jacto sentado na trajectória dos gases de escape. A turbina senta-se numa extremidade de um eixo giratório. Do outro lado, está o compressor. Esta é a parte que faz realmente o impulso no lado da admissão do motor. Quanto mais os gases de escape passam pela turbina, mais ela quer girar e fazer o impulso do lado do compressor. No entanto, há também …

3. O wastegate : é uma válvula que também se senta na trajectória dos gases de escape. Proporciona um atalho para o escape se o motor não precisar realmente de reforço neste momento. Isto pode ser utilizado para o controlo do pico de reforço (demasiado reforço pode destruir fisicamente o seu motor). Esta pode ser uma válvula de mola puramente mecânica que permanece fechada até uma certa pressão positiva na trajectória de admissão e que depois se abre progressivamente à medida que a impulsão aumenta. Pode também estar sob o controlo directo do computador de bordo do motor. Por exemplo, o meu carro (em stock) era muito irritante na sua recusa de se manter no pico do impulso na terceira velocidade. Recusava-se também a impulsionar para além de um certo ponto com o acelerador parcial. O computador de motor estava efectivamente a dizer “não, já é diversão suficiente por agora”.

Por exemplo, se eu estiver a rolar para baixo em marcha com o pé fora do acelerador, o acelerador está fechado. Não há massa de ar suficiente que passe pela entrada para a via de escape para fazer girar o turbo, o wastegate ou não.

Contudo, a cena muda no fundo da colina à medida que subimos a próxima subida. Tenho de abrir o acelerador para subir a colina. Se eu estiver em marcha lenta, as RPMs serão mais altas, a energia dos gases de escape será mais elevada e a turbina girará para cima. No entanto, uma vez que necessitaria de acelerador parcial na marcha mais baixa para a mesma aceleração, o meu computador do motor poderá vetar a passagem de um certo ponto, abrindo o wastegate.

Se eu estiver em marcha alta, as RPMs serão mais baixas e terei de abrir o acelerador bem aberto para subir a colina. Contudo, o volume e a velocidade dos gases de escape serão baixos e é possível que eu não tenha energia suficiente para o turbo fazer qualquer pressão positiva significativa (por exemplo, cerca de 40 mph em quinto no meu carro). Mesmo que eu gostasse realmente de fazer impulso nesta situação, não o conseguirei fazer.

Adivinhou-o, e se não o fez wikipedia é seu amigo .

Em resumo, o turbocompressor funciona tendo duas turbinas ligadas ao mesmo eixo rotativo. Uma turbina é rodada pelos gases de escape, o que faz girar a outra turbina. A segunda é o que força o ar a entrar na admissão do motor.

Ao rpm em marcha lenta, quase não há escape para produzir impulso. Acelerador aberto => mais ar movido através do motor => mais escape => mais impulso.

Não exactamente… Lembre-se, nem todos os motores turboalimentados utilizam wastegate’s.

O que acontece é dizer que o seu motor está a rodar a 2000 RPM sem carga, agora põe-se numa carga, a queda das RPM e para o trazer de volta a 2000 RPM tem de adicionar acelerador que está a despejar combustível no motor. Ao despejar combustível, o aumento da pressão de combustão e, em última análise, as pressões de escape mais elevadas vão fazer girar a turbina rapidamente, e produzir mais impulso, o que vai aumentar ainda mais a pressão de combustão (mais O2 agora disponível). Veja, num motor sem carga, mesmo sem um wastegate o turbo não está a fazer muito.

e para tornar as coisas um pouco mais complicadas aqui, num motor diesel funciona de forma semelhante mas diferente. Não há regulação de admissão de ar num diesel, a admissão é sempre sem restrições e a saída é determinada pela quantidade de combustível injectado. É por isso que, quando a rotação do gasóleo é invertida, emitem muito fumo até que o motor recupera. O diesel com turboalimentação depende do próprio turboalimentador como uma forma de regulação do ar de admissão.

O motor do seu carro utiliza mais combustível para rodar o motor para 3000RPM quando está sob carga, em vez de ser revirado em ponto morto. Essa é a resposta curta.

Mais combustível significa mais gases de escape, o que significa mais impulso. Inversamente, quando se está a fazer marcha em ponto morto, muito menos combustível é utilizado, e portanto muito menos gás de escape para fazer girar o turbo. É também por isso que o seu carro é mais pesado com gás a subir do que a descer.

Além disso, o sistema de gestão do seu carro provavelmente desengataria a válvula de wastegate/blow-ff quando o acelerador fosse desengatado. É uma característica de segurança.