A primeira coisa a entender é o que é o “lag”. Em motores sobrealimentados, quando o motorista pressiona o acelerador com força, o motor não responde de forma linear à sua demanda por “mais potência”. Em vez disso, o que ele faz é ganhar algum torque à medida que os fluxos de gases de escape aceleram. Quando estes atingem uma velocidade crítica para empurrar efetivamente o turboalimentador, o motor de repente fornece uma dose repentina de torque “extra”.

O verdadeiro problema com motores altamente turboalimentados está nos tempos de resposta do acelerador

Aquele tempo entre exigir mais potência e conseguir aquele “chute” é chamado de “lag”.

O lag vem das inércias do sistema do turboalimentador. Como você já deve saber, o turboalimentador utiliza a energia dos gases de combustão deixando o coletor de escape para girar uma turbina. Esta turbina está ligada a outra turbina, que comprime o ar que entra na admissão do motor.

Porque estas duas turbinas têm uma massa não negligenciável, acelerá-las e travá-las não é uma questão de milissegundos. Além disso, eles têm uma zona de operação ótima, abaixo da qual não fornecem “pressão de alimentação” efetiva.

Isto é, quando a turbina do turboalimentador está girando a baixas rpm, ela não é capaz de comprimir o ar no coletor de admissão. Como o motor foi projetado para ser turboalimentado, a taxa de compressão efetiva na câmara de combustão quando o turbo não está soprando é muito baixa e, portanto, não é possível injetar gasolina no acelerador, ou obter grandes doses de potência.

Quando o motorista pressiona com força o acelerador, um efeito em cadeia se inicia: a borboleta do acelerador se abre e a quantidade de ar e gasolina que entra no motor aumenta. Com mais ar e combustível, os gases de escape e sua energia são aumentados, de modo que eles acionam a turbina do turboalimentador um pouco mais rápido. Isso comprime um pouco mais o ar de admissão, o que gera mais fluxo de ar na câmara de combustão, mais potência, mais energia nos gases de escape, que aciona ainda mais a turbina do turboalimentador… E assim por diante, até que seja atingida aquela velocidade crítica do turbo que consegue responder à demanda do motorista.

Para um condutor, ser capaz de gerir “até ao milímetro” com o pé direito a resposta do motor em termos de binário enviado para as rodas é vital para ser capaz de gerir o guincho do carro através das curvas, para deixar cair a traseira à vontade, ou para corrigir linhas.

Este efeito de arrastamento faz com que o condutor tenha de pisar no acelerador até dois segundos antes de precisar de binário nas rodas, antecipando o que está à frente, para eliminar o tempo perdido para o atraso, enquanto carrega o turbocompressor.

Esta grande desvantagem dos motores turbo foi uma das grandes dores de cabeça das equipes de corrida, que reconheceram a potência extra específica do motor com turboalimentação, mas tiveram que mitigar esses efeitos negativos no controle do carro.

O primeiro passo para melhorar a resposta do motor foi reduzir as dimensões dos turboalimentadores, para reduzir a inércia. Também foi possível jogar com turbos de duas entradas, ou mesmo com geometria variável, para poder responder melhor em toda a gama de rotações.

Mas foi em 1994, no rali mundial, que “a grande solução perfeita” foi alcançada, com a introdução do “bang-bang”, o sistema anti-lag, para eliminar o tempo de resposta.

Como funciona?

Todos os elementos começam quando o condutor liberta o acelerador. Em motores normais, para evitar que o ar comprimido continue a empurrar para dentro dos cilindros, impedindo que o motor se contenha, uma válvula liberta o ar comprimido.

Com o sistema antilag, o ar comprimido da turbina de admissão é desviado directamente para o colector de escape. Ao mesmo tempo, embora o condutor tenha parado de acelerar, a borboleta de admissão continua aberta (em 15-20%), como se o condutor estivesse a segurar a borboleta.

O complicado sistema de tubagem de gás do turboalimentador de um motor Mitsubishi WRC

Mas a unidade de controlo electrónico do motor modifica a gestão do motor. O que ele faz é atrasar o mais possível o ponto de disparo da vela de ignição. Assim, quando o pistão do motor já está no seu curso de expansão, a mistura é inflamada. Isso faz com que a grande maioria da energia dessa combustão seja impulsionada através do cilindro no curso do escape, que envia a mistura queimada e toda essa energia para a turbina a gás. Além disso, esses gases são misturados com o ar de alta pressão que entra no coletor de escape da turbina de admissão.

Assim, o turboalimentador ainda tem energia na forma de gases de escape de alta velocidade e alta temperatura, que continuam a comprimir o ar a alta pressão.

Em 1994, o sistema anti-retração começou a ser usado em estágios WRC

Em certo sentido, este sistema anti-retração é equivalente ao uso do turboalimentador como uma turbomáquina térmica semelhante a um motor de avião.

Como a pressão gerada pelo turboalimentador para ar limpo permanece alta, quando o motorista pressiona o acelerador, a válvula de desvio corta o fluxo de ar comprimido para o coletor de escape, e muda para oferecê-lo de volta ao pulmão de admissão, gerando a pressão do coletor quase instantaneamente.

Esta solução reduz o retardo ao ponto de ser imperceptível para o motorista. Só através do refinamento da gestão electrónica do motor e das válvulas que gerem os fluxos de ar do turboalimentador é que conseguimos chegar a esta situação, com motores que são muito magros apesar de utilizarem este princípio de funcionamento.

Mas porque não é utilizado em carros de estrada?

Não é um sistema para caber no seu carro de estrada

Existem várias boas razões para que estes sistemas anti-retracção não sejam uma boa ideia num carro de estrada. A primeira razão é que o combustível ainda está sendo queimado quando o motor está em marcha lenta, portanto o consumo de combustível de tal motor é muito maior do que um motor convencional.

A segunda razão é que a queima de gases no coletor de escape em vez de na câmara de combustão cria uma enorme tensão térmica na turbina a gás do turboalimentador, o que impacta negativamente sua confiabilidade. Tornar tal sistema confiável para a rua seria muito complexo.

A terceira razão é que as emissões poluentes são aumentadas, pois a queima de combustível fora do ponto ótimo do curso de compressão é ineficiente.

E a quarta razão é que, para carros de rua, que usam turboalimentadores de menor diâmetro, com entradas duplas, e com a possibilidade (no caso de turbos e alguns motores a gasolina específicos) de usar geometria variável, tal sistema seria redundante.

Felizmente, a FIA baniu a experimentação com turbinas de geometria variável, o que provavelmente teria tornado redundantes tais sistemas anti-lagamento no “mundo” motor de 1.6 litros usado no WRC, no WTCC, e também o baniu para futuros motores F1. Assim, os benefícios para os veículos rodoviários que poderiam ser alcançados através do desenvolvimento de turbinas de geometria variável para motores a gasolina não serão consolidados na concorrência. FIA material.

A boa notícia é que os turboalimentadores com motor elétrico F1 serão capazes de trabalhar para eliminar o atraso sem recorrer a sistemas anti-bang-bang, e esta solução poderia ser aplicada a carros de estrada. Mas falaremos sobre isso em outro dia.

Relatório publicado originalmente em dezembro de 2013, resgatado para Pistonudos
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