Turbos
Princípio
O turbo-compressor, conhecido apenas como turbo, foi inventado pelo engenheiro Suíço Alfred Buchi em 1905. Em 1920 foi utilizado em locomotivas a diesel, sendo aplicado, pela primeira vez, num motor não diesel na General Electric.
A Renault foi a primeira equipe de Formula 1 a usar o turbo em 1977, proibido em 1989 pela FIA.
Sabe-se que o torque de um motor está diretamente relacionado à de ar que o mesmo consegue aspirar por ciclo de admissão. O turbo comprime o ar antes de ser admitido pelo motor. Assim, dado um mesmo volume de ar, têm-se muito mais massa de ar devido à compressão.
Um turbo-compressor pode ser dividido em duas partes: a turbina (também conhecida como parte quente) e o compressor (parte fria), o nome se dá devido à diferença de temperatura das duas partes que pode exceder centenas de graus durante o trabalho.
Mecanismo
A turbina utiliza a oriunda dos gases de escape do motor para acionar o compressor. Esta, por sua vez, através de um eixo, transfere esta energia ao compressor localizado na admissão do motor. Ao atingir determinada rotação e carga, o compressor começa a gerar pressão positiva no coletor de admissão. Ou seja, ele aumenta a massa de ar que o motor admite por ciclo, fazendo isso ao comprimir o ar (e com isto adiciona calor ao ar, com aumento da entropia).
Motor aspirado e Compressor mecânico
Os motores aspirados são os que não utilizam de nenhum artifício para aumento do fluxo de ar a não ser a aspiração natural resultante do movimento de descida do pistão no início de cada ciclo. Neste movimento o pistão gera vácuo parcial, que resulta na entrada de ar, pois a pressão no cilindro é menor que a atmosférica.
A segunda forma se dá através da colocação de um sistema de comprensão de ar que seria um compressor mecânico.
Os motores equipados com compressor mecânico não apresentam o turbo-lag e se baseiam em princípio semelhante ao turbo-compressor. Contudo a energia necessária para seu funcionamento, parte diretamente do motor. Uma ligação por correia em um sistema de polias entre o > e o compressor.
O compressor mecânico é mais simples: sua pressão se autolimita, sendo desnecessária a válvula de alívio do motor turbo. A pressão é limitada pela relação de diâmetros entre as polias do virabrequim e do compressor.
Sendo um sistema muito utilizado em motores com disposição dos cilindros em V (V6, V8, V12...), pois a instalação do turbo se torna complexa e bastante trabalhosa ao ter que unir a saída dos gases, que ficam em lados opostos do motor, enquanto as entradas ficam justamente no vão interno e como o compressor não depende da saída de gases e as entradas estão próximas a sua instalação é bem mais simples. Motores em "V" turbo-alimentados normalmente utilizam duas ou mais turbinas.
O turbo-compressor tem a grande vantagem de aproveitar a energia - conforme explicado acima - que seria descarregada ao ambiente pelo tubo de escapamento para aumentar a massa de ar admitida pelo motor enquanto o compressor de polias consome parte do torque do motor para o mesmo efeito.
O baixo custo de instalação e o alto ganho de potência do turbo-compressor são responsáveis por sua popularização.
Contudo o turbo-compressor e o compressor mecânico têm um ponto em comum: ambos têm duas variáveis para a geração de pressão. São elas: a carga do motor e a rotação. Em ambos é possível ter alta rotação praticamente sem pressão positiva, do mesmo modo, em baixas rpm pode-se obter pressão máxima.
Para a proteção do sistema turbo-compressor e motor a pressão máxima admitida pelo motor é limitada por uma válvula wastegate ou válvula de alívio. Em alguns carros turbo originais (equipados com injeção eletrônica) a atuação da válvula wastegate geralmente é controlada pela central da injeção eletrônica.
Outro meio de controlar a pressão máxima gerada pelo turbo é a válvula "Blow off", que fica localizada na admissão do motor, antes da borboleta de aceleração. O controle da pressão é um pouco diferente: enquanto a válvula wastegate desvia uma parcela dos gases de escape, controlando o fluxo de gases para a turbina, a válvula Blow off desvia uma parcela do ar comprimido pelo turbo. Assim a turbina está girando sempre na rotação máxima, causando desgaste consideravelmente maior.
Contudo, ao utilizar a válvula Blow off, as retomadas de velocidade ficam superiores às de um veículo que utiliza waste gate. Essa característica é desejada somente em competições em circuitos, pois em um veículo de "arrancada" não existe retomada de velocidade e para um veículo de uso em rua o desgaste mais acentuado não compensa o ganho.
Aplicações do turbo
Podem ser aplicados apenas em motores de explosão 4 tempos, pois motores 2 tempos exigem a transferência de ar pelo virabrequim, com o turbo isso fica impossível pois a quantidade de ar seria muito grande e impossibilitaria a explosão, pois a mistura ficaria pobre. Em caso de turbos adaptados, o ganho de potência deve acarretar em diminuição da vida útil do motor. O exagero no aumento da força pode fazer necessárias alterações estruturais em outras parte do motor e até no chassi no veículo, que pode vir a sofrer torção.
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