Sobrealimentação e o turbocompressor



De forma simplificada, a sobrealimentação é qualquer processo que permita aumentar a quantidade de ar admitida pelo motor. As duas principais formas de conseguir este aumento, são através da diminuição da temperatura do ar admitido e pelo aumento da pressão de alimentação.

No automóvel estes dois processos aparecem frequentemente combinados, em sistemas sobrealimentados, aumentando a pressão de admissão, e com intercooler, diminuindo a temperatura do ar, aumentando a massa volúmica e rendimento volumétrico do motor.

Principais componentes

Os principais elementos de um turbocompressor são o corpo do componente, denominado por core e apresentado na Figura 1, o caracol de admissão e escape.

Figura 1 - Core de turbocompressor

Este elemento tem elevada importância para o componente, é nele que estão alojados os vários elementos de lubrificação e o rotor, conjunto constituído pelo compressor, turbina e respetivo veio.

O rotor está apresentado de forma esquemática na Figura 2.

Figura 2 - Elementos que constituem o rotor

A identificação de cada elemento do rotor é realizada de seguida.

  1. Compressor de turbocompressor
  2. Axial
  3. Casquilhos de lubrificação
  4. Veio da turbina
  5. Turbina

Funcionamento – Sistema sobrealimentado

O funcionamento de um sistema sobrealimentado convencional, encontra-se representado na Figura 3.

Figura 3 - Sistema Sobrealimentado

Dentro do MCI (Motor de combustão interna), ocorre a combustão da mistura (ar e combustível) dando origem aos gases de escape. Os gases formados são depois expelidos para o escape, entram de forma radial no caracol de escape do turbocompressor, acionando a turbina, transmitindo-lhe movimento e sendo depois expelidos para o exterior axialmente.

A turbina e veio do turbocompressor são solidárias, estando depois acopladas ao compressor. Pelo que o movimento transferido dos gases de escape para a turbina, são transmitidos também ao compressor, ficando todo o rotor (ver Figura 2) em rotação.

O ar antes de ser admitido pelo motor entra axialmente no caracol de admissão, onde é comprimido pelo compressor. A compressão do ar provoca um aumento de pressão e temperatura do gás, sendo arrefecido no intercooler e posteriormente admitido pelo motor.

Dado o funcionamento de um turbocompressor, onde é transferida energia dos gases de escape para o rotor com o intuito de elevar a pressão do ar admitido. O componente é mais eficiente em rotações de motor elevadas, a partir das 2000 rpm. Em rotações de motor mais reduzidas, os gases de escape ainda não possuem energia suficiente para elevar a rotação do rotor, que pode atingir 300.000 rpm em regimes elevados.

Importância do componente

Os veículos atuais são cada vez mais complexos e existe cada vez mais interação entre os vários sistemas do veículo. Pelo que, o mau funcionamento de um sistema pode afetar o desempenho dos restantes.

Como explicado anteriormente, um turbocompressor permite colocar mais ar dentro do motor e com isto, injetar também mais combustível provocando um aumento significativo de potência no MCI. No entanto, o aumento de potência não é o único motivo para os construtores utilizarem turbocompressores. O componente influencia diretamente os consumos, permitindo baixa-los, reduz o nível de emissões, influencia o funcionamento da válvula EGR, afeta o funcionamento do filtro de partículas e até o funcionamento da caixas de velocidades automática.

Manutenção e prevenção

De forma a garantir o correto funcionamento do componente e prolongar a sua vida útil, é de extrema importância a manutenção executada na viatura. Relativamente a este aspeto, a LD Auto recomenda que o serviço seja realizado por técnicos especializados e que sejam seguidos todos os planos e normas dos fabricantes.

Para prolongar a vida útil do turbocompressor, é importante:

  • Intervalos de mudança de óleo curtos;
  • Utilização de óleo apropriado, não apenas quanto à viscosidade, mas que respeite as restantes normas recomendadas;
  • Substituição do filtro de óleo, sempre que recomendado;
  • Verificação da pressão de óleo em intervenções;
  • Manutenção do filtro de ar;
  • Manter o motor em bom estado de funcionamento.

As principais avarias em turbocompressores, são frequentemente causadas por défice de manutenção.

Montagem de turbocompressor – Novo, reconstruído ou reparado

Após avaria, também na montagem de um componente novo ou intervencionado, são necessários alguns cuidados e verificações a fim conseguir concluir uma reparação com sucesso.

Devem ser realizadas as seguintes verificações:

  • Garantir que a lubrificação chega ao turbocompressor;
  • Substituir filtro de ar e se aplicável substituir o filtro de respiro;
  • Verificar tubagem de pressão, vácuo e lubrificação – Procurar por canais obstruídos ou com fugas;
  • Substituir juntas das várias ligações existentes, ou se recomendado utilizar massa de escape. Verificar existência de fugas após montagem.
  • Introduzir óleo no turbocompressor, pela entrada de lubrificação, a fim de lubrificar todos os componentes internos antes do componente entrar em funcionamento;
  • Substituir óleo, filtro de óleo de motor e verificar se existe algum tipo de contaminação;
  • Após colocar a viatura em funcionamento, deixe o motor funcionar ao ralenti durante 3 a 4 minutos sem acelerar.
  • Verificar o nível de óleo do motor.

Nenhuma junta ou ponto de ligação deve ser substituído por cola ou silicone sob o risco destes produtos contaminarem ou provocarem obstruções do sistema.

Avarias mais frequentes

As avarias mais frequentes em turbocompressores, são provocadas, regra geral por falta de manutenção do veículo ou por avarias externas ao componente em sistemas adjacentes.

Alguns dos problemas mais comuns são:

Excesso de folga axial - Desgaste dos componentes do turbocompressor que dão origem a um deslocamento do rotor no eixo horizontal.

A Figura 4 apresenta um conjunto de fotografias de um turbocompressor com excesso de folga axial.

Figura 4 - Componentes de turbocompressor com folga axial excessiva

O turbocompressor apresentado na Figura 4, apresentava o core (ver Figura 1) danificado e com folga axial excessiva. A principal causa de folga axial é a obstrução na linha de escape. Devido à obstrução no escape, o rotor (ver Figura 2) trabalha sujeito a forças que pressionam o conjunto e todos os componentes internos para o lado da admissão, prejudicando a lubrificação e originando um desgaste prematuro em todos os componentes.

É possível visualizar um grande desgaste em vários componentes do turbocompressor. O axial e anilha do mesmo apresentam elevado desgaste, visível em a), a força causada pela obstrução e aumento de folga levou a que a base da turbina se danificasse contra o prato de fogo (assinalado com uma seta verde), visível em b) e c), libertando material que danificou depois as alhetas da geometria do turbocompressor, visível em d). Com o agravar do problema e com o aumento da folga axial, as pás do compressor e respetivo caracol de admissão entraram em contacto e ficaram ambos os componentes também danificados, o compressor é apresentado em e) e o interior do caracol em f) onde é visível um grande desgaste na zona interna onde os dois componentes funcionaram em contacto.

A principal causa de obstrução da linha de escape nos veículos Diesel atuais, é a contrapressão gerada pela obstrução do filtro de partículas e catalisador

Excesso de folga radial - Desgaste dos componentes do turbocompressor que dão origem a um deslocamento do rotor perpendicularmente ao seu eixo.

A folga radial é causada principalmente por lubrificação deficiente, ou seja falta de óleo, canais de óleo obstruídos ou óleo contaminado.

Na Figura 5 é apresentado um conjunto de fotografias de um turbocompressor com excesso de folga radial.

Figura 5 - Componentes de turbocompressor com folga radial.

Na Figura 5 em a) é apresentado um axial com marcas de desgaste, contudo bem diferentes das visíveis na Figura 4. Neste caso o axial está riscado e em alguns locais possui marcas mais profundas que sugerem que houve passagem de limalhas no local. Contudo e apesar do componente estar bastante danificado, devido a lubrificação deficiente, este tem mais influência na folga axial.

Para a folga radial contribuem principalmente os componentes das fotografias b), c) e d) da Figura 5. Em b) é apresentado um dos casquilhos onde trabalha o veio, como é visível apresenta elevado desgaste, está gripado e junto do orifício de lubrificação houve subtração de material. Em c) é visível o veio da turbina e as várias zonas da mesma com indícios de gripagem, nas zonas em que os casquilhos se situam. Por fim, em d) está uma fotografia que destaca o aspeto de uma zona do veio da turbina, devido ao funcionamento do turbocompressor com falta de óleo ou com óleo contaminado.

Entrada de objetos estranhos

É frequente encontrar turbocompressores danificados, devido à entrada de objetos para o seu interior. Dependendo do tipo de objeto, os danos no turbocompressor podem variar.

Figura 6 - Entrada de objectos estranhos.

Na Figura 6 são apresentadas as situações mais comuns de entrada de corpos estranhos no componente. Na Figura 6 em a), verifica-se que existe uma folga excessiva entre o compressor e o caracol de admissão. Esta folga tem origem na passagem de material de pequenas dimensões, como poeira ou areia e é indicador de um filtro de ar muito sujo ou danificado. Na Figura 6 em b), é visível um compressor severamente danificado devido à passagem de um corpo estranho para o caracol de admissão. Por fim, em c) é apresentada uma turbina danificada devido à passagem de um corpo estranho para o escape, como por exemplo pontas de vela ou material libertado pelo coletor de escape.

Passagem de óleo forçada

Podem existir diversas causas para a passagem de óleo forçada num turbocompressor, canais de retorno do óleo obstruídos, funcionamento do motor defeituoso e com baixa compressão ou injeção defeituosa.

Na Figura 7 é apresentado um conjunto de fotografias de um turbocompressor que apresenta passagem de óleo forçada.

Figura 7 - Turbocompressor com passagem de óleo forçada.

O componente da Figura 7 apresentava níveis de folga admissíveis e normais, contudo a admissão tinha bastante óleo, conforme é visível na Figura 7 nas fotografias b), c) e d). Adicionalmente, o turbocompressor apresenta sinais de sobreaquecimento no escape, visível nas fotografias e) e f), comprovados pela descoloração da turbina e tonalidade azulada do caracol de escape.

Em suma, o turbocompressor é um componente de extrema relevância para o bom funcionamento da viatura. Apesar de não necessitar que lhe seja realizada manutenção diretamente, está dependente da manutenção e estado de funcionamento dos vários sistemas que lhe estão adjacentes, a montante e jusante do sistema.

© 2019 LD AUTO - LEIRIDIESEL GROUP - TODOS OS DIREITOS RESERVADOS