Assim funciona um turbocompressor de geometria variável: vantagens, avarias e manutenção

Dentro dos diferentes sistemas de sobrealimentação de um motor, existem turbocompressores de geometria fixa ou de geometria variável, conhecidos como VGT. Em ambos os casos o objetivo é o mesmo: aproveitar a inércia dos gases de escape para introduzir nos cilindros mais ar do que o motor consegue aspirar por si só, aumentando o rendimento.

No entanto, um dos principais inconvenientes dos motores sobrealimentados com turbos convencionais é que, quando o motor trabalha a baixas rotações, os gases de escape não têm força suficiente para acelerar a turbina que comprime o ar de admissão. Pelo contrário, com o motor a regimes altos o fluxo de gases de escape é tão grande e move a turbina com tanta energia que se torna necessário ativar uma válvula de descarga, desperdiçando parte dessa energia que os gases de escape transportam.

Este inconveniente é o que resolvem os turbocompressores de geometria variável que, como veremos, têm uma maior capacidade para comprimir eficazmente o ar de admissão tanto a baixas como a altas rotações.

Os primeiros desenvolvimentos de turbocompressores de geometria variável datam de meados dos anos 50, embora o primeiro veículo de produção em série a incorporá-lo tenha sido o Fiat Croma turbodiesel no início dos anos 90, no seu motor 1.9, que também foi dos primeiros diesel a incorporar a injeção direta. Atualmente também se desenvolveram soluções que recorrem diretamente a pequenos motores elétricos para acelerar a turbina. Outros tipos de turbocompressores utilizados para melhorar a resposta dos motores sobrealimentados a baixas rotações são os turbo Twin-Scroll.

Como funciona um turbo de geometria variável?

A diferença entre um turbocompressor fixo e um variável VGT é que estes últimos dispõem de um mecanismo que permite variar a velocidade com que os gases de escape incidem na turbina, conseguindo que esta acelere mais rapidamente. Não modificam a quantidade de ar, mas sim a secção de entrada do mesmo.

Para isso, dispõem de um sistema de palhetas ou aletas variáveis que se fecham quando o motor funciona a baixos regimes, acelerando os gases de escape, que aumentam a sua força sobre a turbina. Quando o motor trabalha a altas rotações, as palhetas abrem-se, o que aumenta a secção de entrada dos gases de escape e, por isso, reduz a velocidade. Isto permite que a pressão máxima de sobrealimentação se alcance a regimes de rotação do motor mais altos.

A regulação das palhetas pode ser feita por um sistema mecânico com um atuador de pressão ou vácuo, embora o normal nos motores mais modernos seja recorrer a um pequeno motor elétrico acionado pela unidade de controlo eletrónico (ECU) do motor.

Pode ver mais em detalhe como funciona um turbocompressor de geometria variável neste vídeo:

https://www.youtube.com/watch?v=AuQor-YnbZ8

Que vantagens oferece um turbo de geometria variável?

Conhecendo o princípio de funcionamento de um turbocompressor de geometria variável, as suas vantagens são evidentes:

• Reduzem ou eliminam o “turbo-lag” ou atraso de resposta característico dos motores turbo ao acelerar desde baixas rotações.
• Otimizam o funcionamento do sistema de sobrealimentação em todos os regimes do motor, permitindo uma curva de binário mais plana.
• Ao controlar a pressão de sobrealimentação atuando sobre as palhetas móveis, não é necessária uma válvula de descarga ou “waste gate”.
• Trata-se de uma solução mais simples do que um duplo turbo sequencial. Ainda assim, existem motores de alto desempenho com mais de um turbocompressor em que, pelo menos um, é de geometria variável.
• Ao otimizar a entrega de binário, melhoram o desempenho e, por conseguinte, também o consumo e as emissões

Que desvantagens tem um turbo variável?

Por ser um mecanismo mais complexo e com maior número de peças móveis, os turbocompressores de geometria variável são mais caros do que os convencionais. Pelo mesmo motivo, são também mais suscetíveis de sofrer avarias.

Outra desvantagem é a complexidade que apresenta a sua utilização em motores a gasolina, nos quais as temperaturas mais elevadas dos gases de escape exigem desenvolvimentos mais sofisticados e mais caros.

Porsche foi uma das primeiras marcas a utilizar um turbocompressor de geometria variável num motor a gasolina, embora atualmente também se encontrem em motores pequenos como solução para melhorar a eficiência, mais do que para obter altas prestações. Um exemplo recente é o motor 1.5 híbrido do novo Alfa Romeo Tonale.

Manutenção, cuidados e avarias dos turbos de geometria variável

Por terem um maior número de peças móveis, que além disso estão expostas a altas temperaturas e à passagem dos gases de escape, os turbocompressores de geometria variável apresentam mais problemas do que os turbos de geometria fixa.

A avaria mais frequente é o bloqueio do sistema de palhetas variáveis. O problema neste caso é que o turbo variável deixa de funcionar como um de geometria fixa, pois o bloqueio das palhetas faz com que o motor só funcione corretamente numa determinada faixa de rotações. Os sintomas são uma clara perda de rendimento, com o consequente aumento do consumo. Também é frequente nestes casos notar quebras na entrega de potência, ou zonas mortas em que o motor parece não empurrar.

Tal como acontece com os medidores de massa de ar, as EGR e os filtros de partículas, uma das principais causas de um turbo de geometria variável bloquear é conduzir sobretudo na cidade, ou com o motor sempre a rotações muito baixas, que é quando a combustão produz mais fuligem.

A melhor forma de evitar avarias num turbocompressor de geometria variável é, portanto, não limitar a condução a percursos urbanos, saindo de vez em quando para estrada e fazendo o motor trabalhar também a rotações médias ou altas. Naturalmente, também é indispensável utilizar um óleo de motor adequado e respeitar os intervalos de manutenção.