Trabalho “sobre pressão”: os segredos de eficiência de um turbo moderno

QUATRO RODAS participou da montagem do sistema, novo queridinho das fabricantes que buscam desempenho sem abrir mão da eficiência

Popularizado nas pistas, o turbo agora é sinônimo de eficiência

Popularizado nas pistas, o turbo agora é sinônimo de eficiência (Total 911/Divulgação)

Carcaça, dois rotores e um eixo (árvore).

De forma bem simplificada, essas são as peças que compõe o turbocompressor, componente que foi de motivo de orgulho a peça essencial para as fabricantes atenderem às legislações de emissões sem penalizar no desempenho dos motores.

Só que, por trás dessa aparente simplicidade há uma miríade de pequenos componentes e, sobretudo, engenharia, que transformou essa peça de poucos quilos em uma pequena maravilha técnica.

Os rotores são feitos de materiais nobres, incluindo ligas de titânio

Os rotores são feitos de materiais nobres, incluindo ligas de titânio (Divulgação/Porsche)

O lado bom é que nunca os turbos foram tão eficientes e robustos. O ruim: sem chance de fazer manutenção neles.

“Os turbocompressores modernos são desenvolvidos para durar a vida útil do motor”, explica Luis Fernando Pinto, supervisor de assistência técnica da BorgWarner do Brasil.

Para isso, as diferenças partes do turbo são montadas com tolerâncias milimétricas e materiais nobres, feitos para resistirem a temperaturas acima dos 1.000 ºC.

A proximidade com o coletor de escape faz o turbo esquentar ainda mais

A proximidade com o coletor de escape faz o turbo esquentar ainda mais (Hennessey/Divulgação)

“Se houver um problema ocasionado por falha na manutenção, por exemplo, dificilmente será viável fazer o reparo do turbo. Neste caso é feita a troca completa da peça”, conclui.

E, se esta situação for a daquele Volkswagen Up! TSI usado que você estava namorando, mas foi maltratado pelos donos anteriores, melhor preparar o bolso: um turbo completo de reposição dificilmente sai por menos de R$ 5.000.

Diferentes soluções para o mesmo problema

As peças do turbo são desmontadas e analisadas individualmente após os testes

As peças do turbo são desmontadas e analisadas individualmente após os testes (BorgWarner/Divulgação)

Para detalhar o que está por trás do turbo, a norte-americana BorgWarner convidou jornalistas para uma apresentação íntima do sistema, que incluiu até a montagem de um componente completo, como detalharemos a seguir.

Mas, antes, executivos da empresa resumiram os diferentes conceitos usados em turbos modernos para atender às demandas das empresas, quase sempre relacionadas à eficiência energética e emissões de poluentes.

O leitor de QUATRO RODAS já conhece de cor as soluções mais populares da indústria.

A válvula wastegate elétrica deu mais versatilidade aos turbos modernos

A válvula wastegate elétrica deu mais versatilidade aos turbos modernos (BorgWarner/Divulgação)

São elas: o turbo com válvula de alívio elétrica (usada no motor EA211 da Volkswagen), o de dupla voluta (popular em diferentes modelos e oferecida em todos os modelos da PSA com motor 1.6 THP), o de geometria variável (ainda raro em carros a gasolina, mas usado pela Porsche e no Golf 1.5 europeu) e o sequencial.

Este último é raro em veículos de ciclo Otto, mas tem se popularizado em veículos diesel, incluindo carros de passeio, como o BMW X5 M50d e Volvo XC90 D5.

A última e mais moderna solução é, literalmente, metade de um turbocompressor. Erroneamente chamado de “turbo elétrico”, o sistema é, na verdade, um compressor.

motor tDI triturbo elétrico Audi SQ7 usa configuração do motor V8 4.0 com dois turbos convencionais e um compressor (e não turbo) elétrico

Audi SQ7 usa configuração do motor V8 4.0 com dois turbos convencionais e um compressor (e não turbo) elétrico (Divulgação/Audi)

No lugar do turbo, um motor elétrico capaz de girar o rotor do compressor a mais de 100 mil rpm para virtualmente eliminar o temido turbo-lag. Essa estratégia, entretanto, ainda é cara e tende a ficar restrita a modelos que já possuem sistema elétrico de 48V.

Técnica do século passado

Motor TSI da Volkswagen: no meio disso tudo é preciso colocar um turbo

Motor TSI da Volkswagen: no meio disso tudo é preciso colocar um turbo (Pedro Danthas/Quatro Rodas)

Os turbos têm ficados cada vez menores e mais apertados. “O espaço que as fabricantes nos dão para posicionar a peça no cofre do carro tem encolhido ao longo do tempo”, revela Pinto.

Para piorar, turbos usados em motores de baixa cilindrada precisam girar mais rápido para obter o desempenho exigido pela montadora.

Os gases do escapamento já vêm quentes, enquanto a compressão do ar esquenta o conjunto na parte “fria”

Os gases do escapamento já vêm quentes, enquanto a compressão do ar esquenta o conjunto na parte “fria” (Divulgação/Porsche)

O resultado é que você tem uma peça de massa considerável a temperaturas elevadíssimas. Quer piorar? A árvore que une os dois rotores do turbocompressor só não encosta na carcaça central da peça graças a um pequeno filme de óleo entre elas.

O problema é que esse óleo pode literalmente cozinhar (ou coqueificar, usando o termo técnico) dentro do turbo quando o carro é desligado após uso intenso.

E não estamos falando de track day. Uma simples parada no posto em uma viagem já resulta nesse cenário potencialmente catastrófico.

Em veículos preparados a solução antiga era manter o motor ligado por alguns minutos em marcha lenta para esfriar o óleo, mas isso é inviável para um veículo de passeio.

Em diversos carros a solução foi adotar uma bomba d’água extra elétrica, que independe do funcionamento do motor. Ela fica ligada, circulando fluido de arrefecimento pelo turbo, até a temperatura do óleo cair.

Os motores THP da PSA possuem bomba d’água pilotada para refrigerar o turbo com o motor desligado

Os motores THP da PSA possuem bomba d’água pilotada para refrigerar o turbo com o motor desligado (Christian Castanho/Quatro Rodas)

Desligue um Peugeot 308 THP em um dia quente, após uso intenso, e repare num ruído mecânico que o motor faz, mesmo desligado: é a bomba elétrica em funcionamento.

Nem sempre é preciso apelar a esse subterfúgio. As empresas também adotam a técnica de termossifão, que usa a alteração dinâmica da água por conta da temperatura para refrigerar o turbo de forma automática.

O conceito é simples: a água quente sobe e a fria desce. Então, o próprio desenho do arrefecimento do turbo faz com que essa água circule naturalmente pela diferença de temperatura e, por tabela, esfrie o componente.

Fãs de carros antigos conhecem essa técnica há priscas eras: ela foi usada desde sempre no icônico carro alemão-oriental Trabant IFA e também por alguns veículos da DKW.

Cuidado com o anel

Durante o desenvolvimento, o novo turbo é instrumentado antes de ser colocado no carro

Durante o desenvolvimento, o novo turbo é instrumentado antes de ser colocado no carro (BorgWarner/Divulgação)

Aula teórica à parte, chegou a hora de meter a mão na massa. Ou melhor, em uma série de ferramentas em uma bancada limpa como a de um laboratório.

QUATRO RODAS contou com a ajuda de um funcionário da BorgWarner para montar o turbo usado na linha Accelo da Mercedes-Benz. Logo de cara a quantidade de peças surpreende: já montei Legos com muito mais elementos.

A simplicidade esconde a precisão por trás de cada componente. Os rotores, “corações” do turbo, são usinados por uma máquina e tem tolerância medidas em duas casas depois da vírgula: 0,01 milímetro.

O tamanho das peças exige cuidado na montagem do turbo

O tamanho das peças exige cuidado na montagem do turbo (BorgWarner/Divulgação)

O balanceamento das peças também é crítico. Já viu como o volante vibra quando uma roda do carro está desbalanceada? Agora imagine o sacolejar provocado por um eixo girando a mais de 300 mil rpm.

Felizmente os engenheiros já haviam passado dessas etapas, então restou a mim apenas colocar os anéis que retêm o óleo dentro da árvore do turbo (similares aos anéis de pistões), colocar a turbina e seu eixo nos mancais de apoio, travá-los dentro da carcaça, montar o controle de óleo da parte do compressor e fechar tudo com a carcaça fria do turbocompressor.

Engenheiros da empresa auxiliaram os jornalistas na produção do turbo

Engenheiros da empresa auxiliaram os jornalistas na produção do turbo (BorgWarner/Divulgação)

O processo todo levou cerca de 15 minutos, mas um especialista leva menos de um terço do tempo para fazer a mesma tarefa — e com uma qualidade infinitamente superior a este jornalista de mãos trêmulas que vos escreve.

Algumas coisas são similares à outros componentes do carro. Os anéis retentores, por exemplo, devem ser posicionados com cuidado e não podem ficar alinhados, exatamente como é feito na montagem de pistões em motores.

Todos os parafusos são apertados com a força exata e presos em sequência de cruz, como é feito ao trocarmos um pneu.

Pareceu tão fácil que levantamos novamente a questão: por que a reparabilidade é tão complexa? “Os rotores são aquecidos antes de serem posicionados na árvore. Quando esfriam, se contraem e são quase impossíveis de serem soltos”, explica Pinto.

O resultado disso comprovamos na prática. O parafuso que travaria o compressor do nosso turbo não entrava corretamente, pois a rosca estava danificada após o técnico ter desmontado o turbo para tentarmos remontá-lo.

Mas você, interessado em comprar um Mercedes Accelo, pode ficar tranquilo: esse turbo não será usado em nenhum motor e tem fins apenas “acadêmicos”.

Curiosidades e segredos de uma boa convivência

– Sempre troque o óleo seguindo o intervalo solicitado pela fabricante (e que se reduz pela metade em uso severo) e só use lubrificante que se enquadre ou supere as especificações indicadas no manual.

– Não economize no filtro de ar. Se ele estiver saturado, mesmo que o intervalo de troca não tenha sido alcançado, troque a peça. Se a entrada de ar do motor estiver obstruída, o turbocompressor pode ultrapassar sua velocidade máxima de funcionamento e sofrer danos permanentes.

– O primeiro carro turbo de produção do Brasil foi o Fiat Uno. Entretanto, algumas unidades do Puma GTB chegaram a ganhar turbocompressor.

– Os turbos de livre fluxo, mais simples e que precederam as peças modernas, ainda são usados em motores estacionários, como geradores.

– Sabe aquele espirro do turbo, típico de carros modificados? Ele não só desapareceu de veículos originais como danifica a peça, ao impedir que os rotores desacelerem de forma adequada.

– Turbos modernos têm proteções contra altas temperaturas. Mesmo assim, após uso severo ou uma longa viagem, mantenha o motor em marcha-lenta por alguns segundos antes de desligá-lo.

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