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Como funciona o sistema anti-relação dos motores de turbo rally?

A primeira coisa é entender o que é o "atraso". Em motores sobrealimentados, quando o piloto pressiona o acelerador com força, o motor não responde de forma linear à sua exigência de "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 reside nos tempos de resposta do acelerador.

O tempo que decorre entre exigir mais potência e receber esse "chute" é chamado de "lag".


O atraso vem das inércias do sistema do turboalimentador. Como você provavelmente já sabe, o turboalimentador usa a energia dos gases de combustão que saem do coletor de escape para girar uma turbina. Esta turbina está associada a outra turbina, que comprime o ar que entra na admissão do motor.

Como estas duas turbinas têm uma massa não desprezível, acelerá-las e freá-las não é uma questão de milissegundos. Além disso, eles têm uma zona de operação ótima, abaixo da qual não oferecem uma "pressão de impulso" efetiva.

Em outras palavras, quando a turbina do turboalimentador está girando a baixa rotação, ela não é capaz de comprimir o ar no coletor de admissão. Como o motor foi projetado para funcionar como um turbo, 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 máximo, nem obter grandes doses de potência.

Quando o piloto pressiona com força o acelerador, inicia-se um efeito de corrente: a borboleta do acelerador abre-se e a quantidade de ar e combustível 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. Isto comprime um pouco mais o ar de admissão, o que gera mais fluxo de ar para a câmara de combustão, mais potência, mais energia nos gases de escape, o que aciona ainda mais a turbina do compressor... E assim por diante até que se atinja 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 a guinada do carro em relação às curvas, para deixar cair a traseira à vontade, ou para corrigir linhas.

Este efeito de corrente significa que o condutor tem de pisar no acelerador até dois segundos antes de precisar do binário nas rodas, antecipando o que está à frente, para eliminar o tempo perdido devido ao atraso, enquanto o turboalimentador está carregado.

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

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

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

Como é que funciona?

Tudo começa quando o motorista solta o acelerador. Em motores normais, para evitar que o ar comprimido continue a empurrar os cilindros, impedindo que o motor se retenha, 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, mesmo que o condutor tenha parado de acelerar, o acelerador de admissão permanece aberto (entre 15 a 20%), como se o condutor tivesse mantido o acelerador em baixo.

O complicado sistema de tubulação de gás do turboalimentador Mitsubishi WRC

Mas a unidade de controle eletrônico do motor modifica a gestão do motor. O que ele faz é atrasar o mais possível o ponto de ignição da vela. Assim, quando o pistão do motor já está no seu curso de expansão, é quando a mistura é incendiada. 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 colector de escape da turbina de admissão.

Desta forma, o turbo ainda tem energia sob a forma de gases de escape de alta velocidade e alta temperatura, pelo que continua a comprimir o ar a alta pressão.

Em 1994, o sistema anti-relação começou a ser usado nos estágios da WRC.

De certa forma, este sistema antilag é equivalente ao uso do turboalimentador como uma turbomáquina térmica semelhante a um motor de avião.

Como a pressão gerada pelo turboalimentador para o ar limpo permanece alta, quando o ciclista 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 lá quase instantaneamente.


Esta solução reduz o atraso ao ponto de ser imperceptível para o condutor. Só graças ao 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 muito finos apesar de utilizarmos este princípio de funcionamento.

Mas porque não é usado em carros de estrada?

Não é um sistema para montar no seu carro de rua.

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

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

A terceira razão é que as emissões poluentes são aumentadas, já que 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 entrada dupla, e com a possibilidade (no caso de turboalimentadores e alguns motores a gasolina específicos) de usar geometria variável, este sistema seria redundante.

Infelizmente, a FIA proibiu a experimentação de turbinas de geometria variável, o que provavelmente teria tornado esses sistemas anti-lagamento redundantes 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 com o desenvolvimento de turbinas de geometria variável para motores a gasolina não serão consolidados na concorrência. Coisas da FIA.

A boa notícia é que os turbos F1 com motor elétrico acoplado 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 isto noutro dia.

Relatório originalmente publicado em dezembro de 2013, resgatado para Pistonudos.

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