Turbocompressores vs. Superchargers: sua introdução à indução forçada

Os turbocompressores estão por toda parte. Na verdade, quase todas as montadoras oferecem motores turboalimentados. Mas como funcionam esses pequenos melhoradores de desempenho e por que estão se tornando tão populares?

O diretor da escola

Essencialmente, tanto os turbocompressores quanto os superalimentadores funcionam fornecendo mais ar ao motor. O oxigênio é uma perna da pirâmide de combustão, junto com o combustível e uma fonte de ignição – também conhecida como “faísca”. Para Para que a combustão aconteça de forma mais eficiente, é necessário que haja um equilíbrio cuidadoso entre oxigênio, combustível e fagulha.

Encontrar esse equilíbrio sempre foi um problema para os projetistas de motores. Durante a maior parte da história da combustão interna, o problema residia no fornecimento de combustível suficiente. Graças ao recente desenvolvimento da injeção direta de combustível de super alta pressão, isso foi basicamente resolvido. Agora é uma questão de fornecer ar suficiente para o motor respirar.

Um motor realmente de alto desempenho precisará sugar aproximadamente o ar do quarto de uma criança a cada minuto – pense Desviar do gato infernal. As leis da física normalmente não permitem isso porque a única força que puxa o ar para dentro de um motor é a baixa pressão. pressão criada quando os cilindros do motor se retiram - exatamente como acontece quando o êmbolo é puxado para trás em um seringa.

Essa força simplesmente não é poderosa o suficiente para acompanhar a quantidade de combustível que os motores modernos podem injetar em seus cilindros. Turbocompressores e superalimentadores tentam resolver isso por meio de um processo chamado indução forçada, que equivale a um termo sofisticado para forçar mais ar para dentro do motor. Cada um faz isso de maneiras diferentes, porém, com vantagens e desvantagens distintas.

Turbocompressores

A forma mais comum de indução forçada são os turbocompressores. As montadoras os adoram porque, pelo menos em teoria, podem ser usados ​​para melhorar tanto a potência quanto a economia.

Parece que qualquer coisa capaz de fazer isso deve ser incrivelmente complexa, mas os turbos são, na verdade, aparentemente simples. Por baixo de suas conchas de aparência estranhamente aquática, os turbocompressores são essencialmente um par de ventiladores ligados por um eixo.

O escapamento quente do motor gira o primeiro ventilador que, por sua vez, aciona o segundo, que é usado para comprimir o ar. Este ar comprimido é então forçado de volta para o motor. Como discutido acima, este ar adicionado significa que mais combustível pode ser injetado e que qualquer combustível existente pode ser queimado de forma mais completa.

Do ponto de vista do desempenho, os benefícios são claros. Os turbocompressores aumentaram o volume de ar, permitindo o uso de mais combustível em cada ciclo de combustão, o que leva a mais potência. Em essência, isso permite que um motor pequeno finja que é muito maior.

Quando se trata de eficiência, os benefícios da turboalimentação são um pouco mais difíceis de entender. Para começar, os turbocompressores podem oferecer alguns benefícios inerentes. Os turbocompressores podem ajudar a melhorar a eficiência, garantindo que haja ar suficiente para que cada combustão seja completa. Eles também podem ajudar a melhorar a eficiência termodinâmica de um motor, aumentando sua temperatura operacional. O melhor de tudo é que, como os turbos são movidos por energia essencialmente “livre” (exaustão do motor), a sua presença não prejudica em nada a eficiência.

A verdadeira razão pela qual as montadoras amam os turbocompressores tem menos a ver com engenharia e mais com comportamento humano. O motorista médio usa aceleração total menos de um por cento do tempo. Em um motor grande e naturalmente aspirado, isso significa que muita potência será desperdiçada, enquanto o tamanho do motor ainda reduz a eficiência.

Por outro lado, os turbocompressores são acionados pelo escapamento do motor, que só é produzido em quantidades suficientes quando o motor está trabalhando intensamente. Isso significa que quando o motorista não acelera com força, o turboalimentador não adiciona mais ar e o motor não adiciona mais combustível. Portanto, uma maneira de pensar em um turboalimentador é criar um motor que pode ser tão grande ou tão pequeno quanto a situação exigir.

Isso é ótimo em teoria, pois um carro tem potencial para ser eficiente e potente ao mesmo tempo. A realidade, como muitas vezes é, não é tão otimista. Pode-se esperar que os motores turboalimentados forneçam seus valores de potência ou de economia, mas não ambos ao mesmo tempo. Dirija a todo vapor em um carro turboalimentado e a economia de combustível não será melhor do que um carro com motor maior. Dirija devagar e o turbo simplesmente não estará sendo usado.

Portanto, talvez a melhor maneira de pensar nos turbocompressores seja dar flexibilidade aos motoristas. Eles podem escolher o quão eficientes querem ser e o quanto querem se divertir. Infelizmente, os turbos não são mágicos, por isso nem sempre podem fornecer os dois ao mesmo tempo.

Superalimentadores

Os superalimentadores podem funcionar segundo o mesmo princípio dos turboalimentadores, mas são um pouco mais complicados.

Em vez de serem movidos por gases de escape, os superalimentadores são acionados mecanicamente. Normalmente, os compressores são conectados ao virabrequim do motor por meio de uma corrente ou correia. A potência do motor é então usada para acionar um dos dois tipos de compressor.

A maioria dos superalimentadores usa alguma variação do soprador do tipo “Roots”. Esses superalimentadores usam rotores duplos sobrepostos para comprimir o ar. O design do Roots é relativamente simples e pode ser feito de acordo com uma ampla variedade de especificações. Os superalimentadores avançados construídos pela Eton podem ser encontrados em uma ampla variedade de veículos, como o Cadillac CTS-V de saída e o Audi S4.

O design menos comum é o impulsor “Lysholm”. Este projeto força o ar entre dois parafusos de Arquimedes sobrepostos, comprimindo-o a pressões tremendamente altas. Os compressores de impulsor são eficientes e fornecem potência em uma ampla gama de rotações do motor, mas são caros de construir. Os parafusos duplos devem encaixar perfeitamente e isso requer tolerâncias de fabricação incrivelmente finas. Por esta razão, os superalimentadores Lysholm tendem a ser encontrados em aplicações de alto desempenho, como carros Mercedes AMG ou Dodge Hellcats.

Em ambos os casos, os superalimentadores oferecem várias vantagens importantes quando comparados aos turbos acionados pelo escapamento. Os superalimentadores não têm atraso, pois são acionados diretamente pelo eixo de transmissão. Isto é especialmente importante em motores de grande cilindrada e baixa rotação, razão pela qual os V8 americanos de alto desempenho são frequentemente sobrealimentados em vez de turboalimentados.

Os superalimentadores também fornecem torque em uma faixa mais ampla de rotações do motor, tornando-os atraentes do ponto de vista de desempenho.

Infelizmente, também existem desvantagens. Os superalimentadores tendem a ser mecanicamente mais complexos que os turboalimentadores, devido à sua conexão direta com o motor. Simplificando, os superalimentadores usam energia para criar energia. Eles também são grandes, pesados ​​e geralmente precisam ser montados diretamente no topo do motor, o que representa um sério problema para as montadoras modernas, para quem o espaço é escasso.

Ao contrário dos turboalimentadores, os superalimentadores reduzem a eficiência do motor, pois um superalimentador usa constantemente parte da potência do motor para girar. Quando não é necessária muita energia, esta energia é essencialmente desperdiçada. É por isso que os superalimentadores raramente – ou nunca – são encontrados fora das aplicações de desempenho.

Conclusão

Qualquer pessoa que comprar um carro nos próximos anos provavelmente enfrentará a escolha de adquirir ou não um modelo turboalimentado. Não existe uma resposta simples. É importante notar, porém, que embora ofereçam muitas vantagens, especialmente no desempenho, nem sempre cumprem a sua promessa de eficiência.

Os turbocompressores podem não ser uma solução mágica, mas podem ser um excelente compromisso. Eles oferecem potência adicional quando necessário – ou apenas desejado – ao mesmo tempo em que são capazes de manter o consumo de mpg ao dirigir normalmente. Os superalimentadores, por outro lado, têm desempenho 24 horas por dia, 7 dias por semana.

Para compradores que desejam experimentar a potência do V8 de grande cilindrada, um superalimentador é uma excelente opção. Considere por um momento que alguns dos carros mais emocionantes deste ano vêm todos com grandes ventiladores acoplados: o novo Cadillac CTS-V, o Corveta Z06, e o poderoso Desviar dos gatos infernais.

Em última análise, a decisão de adquirir um turboalimentador, um superalimentador ou nenhum dos dois vai depender do carro e do estilo de direção do comprador. Independentemente disso, a indução forçada tem muito a oferecer para quase qualquer tipo de motorista.

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