O que agora é tão comum nem sempre foi assim. A sobrealimentação foi usada com muitos anos de antecedência na aviação, e levou várias décadas para se transformar em carros de produção em massa. Inicialmente era uma forma de ganhar desempenho, mas com o tempo acrescentou a função de tirar mais potência dos motores, mas fazer mais com menos, mantendo o desempenho ou melhorando-o ligeiramente.
Existem três formas básicas de aumentar a potência: aumentar o limite de rotação, aumentar o deslocamento ou a sobrealimentação. Nos últimos anos, o terceiro método tem sido o mais comum, por ser o mais eficiente e rentável, mas com os seus inconvenientes. Vamos passo a passo, para que ninguém se perca.
Como é que funciona?
Os motores, de "toda a vida", eram atmosféricos. Isso significa que o ar que eles são capazes de digerir em seus cilindros vem da simples aspiração causada pelo curso descendente de seus pistões, que eles sugam. No entanto, a capacidade teórica dos cilindros não está completamente cheia. Além disso, o design da entrada é muito importante, quanto menos obstáculos e restrições houver, melhor.
Os motores aspirados naturalmente perdem desempenho quanto maior for a altitude acima do nível do mar.
Se queremos aumentar a potência, temos de pôr mais ar, e isso significa mais gasolina para não empobrecer a mistura, e portanto mais potência. Obviamente um motor maior engole mais ar, por isso o aumento do deslocamento foi uma solução fácil durante décadas. Mas também devemos considerar que quanto maior é um motor, mais perdas de energia sofre, mais fricção e inércia suas partes têm que lidar, assim como quanto mais pesado é e mais caro é mantê-lo.
Um turbocompressor consiste em duas partes básicas, uma turbina e um compressor. A turbina é colocada no coletor de escape, os gases quentes expelidos pelo motor são usados para mover a turbina e recuperar a energia cinética. A turbina começa a girar, e transmite a rotação através de um eixo para a peça oposta, o compressor. Esta outra peça vai antes do colector de admissão, e com a rotação das suas pás produz compressão de ar. Na imagem seguinte vemos os compressores de prata, as turbinas são mais escuras (o material é diferente, mais resistente ao calor).
Já resolvemos o problema do enchimento, mas acabamos de criar um diferente. A compressão dos gases aumenta a sua pressão e, portanto, a sua temperatura. Os motores gostam de ar o mais frio possível, pois é mais rico em oxigénio. Se os turbos aquecem o ar, teremos de tentar arrefecê-lo um pouco antes de o enviar para os cilindros. É aqui que entra o permutador de calor (intercooler), que pode arrefecer o ar directamente ou com um circuito de líquido refrigerante.
Os gases de entrada transferem o seu calor para o exterior. Quanto maior o intercooler, mais arrefece o ar, mais potência. É por isso que os carros turboalimentados geralmente têm radiadores maiores, para resfriar mais o ar. Uma vez resolvido o problema de temperatura, outro problema permanece: o que fazer com todo aquele ar pressurizado quando o motor já não precisa mais dele: quando o acelerador é liberado, o acelerador fecha.
É aqui que o wastegate entra em acção. Quando todo esse ar não é mais necessário, algo tem que ser feito com ele. Normalmente é recirculado no início da entrada (válvula recirculada), mas também pode ser lançado para o exterior libertando um som característico semelhante ao "ptschsssss" (válvula atmosférica). Estamos quase a terminar, mas há outro problema a resolver: o tempo de resposta.
Quanto maior o compressor, mais ar é capaz de comprimir, mas tudo isso leva tempo: as partes mecânicas acumulam inércia. Um turboalimentador pode chegar a 250.000 RPM (os dados estão corretos), então um ganho de vários milhares de rotações leva alguns décimos de segundo, ou segundos, dependendo do tamanho da casca.
Um pequeno turboalimentador terá um tempo de resposta mais curto (defasagem), mas soprará a uma pressão mais baixa. Um turboalimentador grande dá mais pressão, mas precisa de mais tempo para dar a máxima pressão. É por isso que a fórmula do turbo duplo é frequentemente usada em paralelo (pequenos turbos alimentando metade do motor) ou sequencial (turbo pequeno para baixas rotações, turbo grande para altas rotações). Os turbos triplos também começaram a ser usados, até mesmo o tetraturbo em motores enormes.
Em competição o sistema ALS ou "bang-bang" é utilizado para reduzir o atraso, puxando combustível após a ignição da vela de ignição.
Para que o motor seja progressivo na sua potência, tem de ter o menor atraso possível, e aumentar a pressão de forma controlada. Esta última é obtida com gestão electrónica e outra válvula, que liberta o ar em excesso. Quanto menos excesso for libertado para o exterior, mais brutal e poderoso será o turbo, mas menos refinado. Em suma, o processo é este.
Um pouco de história...
A General Motors foi o primeiro fabricante a usar turboalimentadores na produção em massa, em 1962 no Oldsmobile Jetfire e Chevrolet Corvair Monza Spyder, mas em termos de confiabilidade eles não saíram muito bem. Eles usaram turbinas Garrett T05 em conjunto com um complexo sistema de injeção de água e metanol, por isso houve problemas de resfriamento, entre outros. Estava demasiado avançado para o seu tempo.
Do outro lado do lago na Alemanha, engenheiros alemães colocaram um turboalimentador KKK em um BMW 2002 tii (130 cv), e o elevaram para 170 cv, resultando no turbo 2002. Foi uma novidade no Salão Automóvel de Frankfurt em 1973, quase ao mesmo tempo em que a crise do petróleo eclodiu devido aos acontecimentos do Yom Kippur. Embora não tivesse um consumo exagerado (10,5 l/100 km) foi descontinuado no ano seguinte, foram produzidas quase 1.700 unidades. Se você está mais interessado na história deste modelo, escrevi um artigo sobre ele anos atrás.
Outros fabricantes premium optaram pelo turboalimentador para ganhar desempenho, basta mencionar o Porsche 911 3.0 Turbo (1974), o Saab 99 Turbo (1977) ou o Buick Regal 3.8 V6 Turbo (1978). No caso específico da Porsche, foi o carro de produção em série mais rápido do seu tempo. A nova tecnologia fez a sua descoberta na Fórmula 1 em 1977, inaugurando a famosa "era turbo", que durou 12 anos. A propósito, foi a Renault que foi a primeira a fazê-lo.
A palavra "turbo" era usada para nos erotizar mais.
Aos poucos, mais e mais fabricantes começaram a colocar turboalimentadores em seus carros, uma vez que o fantasma da segunda crise do petróleo (1979) desapareceu, quando a revolução dos ayatollahs ocorreu no Irã. Os emblemas "turbo" começaram a aparecer na parte de trás dos carros, na grelha da frente, nos peitoris laterais... como um símbolo de distinção. Os turbos também apareceram nos carros mais exclusivos.
Naquela época, qualquer carro com o crachá "turbo" era conhecido por ser mais frio, ou por ir mais longe. Sua dinâmica de direção pode ser um desastre completo, como o Ford Fiesta RS Turbo (1990), mas a dificuldade de direção também pode ser um incentivo. Esses primeiros motores, sem uma gestão electrónica sofisticada, eram mais explosivos e ásperos e, portanto, mais difíceis de conduzir. E se eles não tinham pneus, suspensão e travões a condizer, o que posso dizer-lhe?
Três palavras vão dizer-lhe muito: Renault 5 Turbo.
Os turbos foram muito importantes no esporte, basta lembrar as monstruosidades que apareceram no rali do Grupo B nos anos 80. Qualquer vídeo daquela época é verdadeira pornografia mecânica, as palavras "limite" e "racionalidade" não existiam na mente dos engenheiros. Alguns carros de estrada herdaram esse espírito. Com o advento da injeção eletrônica de combustível (EFI), os motores naturalmente aspirados recuperaram muito terreno.
E os diesels?
Um pouco mais, e eu vou esquecê-los. Os diesels foram os patinhos feios de todas as séries durante bastante tempo. O motor diesel funciona por compressão pura, a mistura queima quando se aperta, não há velas de ignição. Os diesels naturalmente aspirados, embora muito confiáveis, tiveram um desempenho deplorável. Vou dar um exemplo, o Oldsmobile diesels do final dos anos 70, que produziu pouco mais de 100 hp com quase 6 litros de deslocamento. A fiabilidade deles foi um desastre, talvez eu não tenha dado o melhor exemplo.
Os europeus, com o combustível mais caro, foram pioneiros na supercarga de carros a gasolina. Em 1978 foi lançado o Mercedes-Benz 300SD Turbodiesel (110 cv), acima do 300D. Outro fabricante premium fez o mesmo, em 1983 apareceu a BMW 524td (115 cv), localizada acima da 524d, o diesel mais rápido do mundo. Passando para os generalistas, em 1986 foi lançado o Fiat Croma Turbo D i.d (92 hp).
Os primeiros turbos tinham baixas pressões de impulso.
Embora estes primeiros carros a gasolina não fossem exactamente desportivos, tiveram uma clara melhoria no desempenho com um consumo de combustível praticamente idêntico. O par perfeito com esta tecnologia veio com a injeção direta de diesel, que estreou o Fiat Croma mencionado. Três anos depois o Audi 100 2,5 TDI (120 cv) apareceu, mas poucos acreditariam que a Fiat fizesse o primeiro gol. Actualmente um gasóleo naturalmente aspirado é inconcebível, o Euro 4 enviou-os para o ostracismo.
Turbocompressores e ecologia, a redução de tamanho
Na gasolina, os motores naturalmente aspirados recuperaram muito terreno, pois eram ainda mais fiáveis que os motores sobrealimentados; eram mais progressivos, com um consumo menos sensível ao uso e logicamente mais económicos. Os motores turboalimentados têm de ser mais reforçados, ter mais componentes e pesar mais com o mesmo deslocamento. Em meados da última década, o uso de turboalimentadores começou a se tornar mais difundido, quando os diesels haviam ultrapassado os motores naturalmente aspirados em muitos modelos.
Os turbocompressores não só dão potência, como também aumentam o torque de pico (força) para o mesmo número de rotações, uma vez que potência = torque * RPM. As gasolinas atmosféricas costumavam ser anãs por turbos em termos de torque de pico e, graças aos turboalimentadores, as curvas de potência começaram a aplanar um pouco. Isto significa que o motor pede menos para mudar de marcha, e pode fazer rotações mais baixas.
Além disso, se adicionarmos uma boa gestão electrónica e injecção directa de combustível na equação, o deslocamento do motor pode ser reduzido. O 2.0 Turbo tornou-se o substituto natural dos V6 e L6, e estes, por sua vez, com turbos, começaram a reformar-se naturalmente aspirados V8s e V10s. O fenômeno, conhecido como downsizing, ocorreu a partir do segmento mais baixo, até o topo da faixa. Poucos fabricantes ainda insistem em motores grandes, com muitos cilindros, naturalmente aspirados, e todos eles são luxuosos.
A redução de tamanho não é apenas uma consequência da engenharia, mas da legislação. Muitos países tributam os motores com base no deslocamento, ou no número de cilindros, ou em ambos. Portanto, um motor mais pequeno pode ser mais competitivo em termos de tributação em comparação com um motor com o mesmo desempenho. Além disso, quando se trata de homologação, os pequenos motores, se sujeitos a cargas muito baixas, têm um consumo de combustível muito baixo, e reduzem bastante as emissões. Outra coisa é pedir-lhes grandes esforços.
Assim, com os impostos, os fabricantes foram forçados a tentar fazer mais com menos. As normas antipoluição fizeram o resto, os pequenos motores dão menos emissões em laboratórios, e não param de retirar geração após geração. Além disso, já existem clientes que percebem os motores naturalmente aspirados como um atraso total. E isso nem sempre é verdade.
Está a tornar-se cada vez mais comum um fabricante anunciar uma gama de motores em que já não existem motores aspirados naturalmente. Os fabricantes generalistas praticamente abandonaram os motores de seis cilindros, e uma solução de carro barata como o de três cilindros está assumindo o controle a um ritmo alarmante. Tudo isso é para o melhor? Não.
Nem sempre vale a pena.
Porque não usamos todos motores turbo-rapedados, sub-ono-litro com mais de 100bhp/litro? Porque na engenharia há limites. Existem condições nas quais um turbo de 125 cv 1.0 turbo pode consumir mais do que um naturalmente aspirado 1.6 da mesma potência. No final do dia, os turbos aumentam a potência tanto quanto aumentam o consumo de combustível. Um motor pequeno, com baixa pressão de alimentação, funciona mais como um motor de aspiração natural.
Puxar um carro pequeno não é a mesma coisa que puxar um SUV.
Os paradoxos também podem ocorrer. Lembre-se do Infiniti Q50 V6 Biturbo 2016, um 3.0 acaba pesando mais do que um 3.7 por causa dos componentes auxiliares adicionados. O consumo é mais ou menos o mesmo, mas você ganha mais cavalos de potência com isso. Pela minha própria experiência, descobri que um 1.2 Turbo pode ser tão sedento quanto um 3.0 Turbo, em condições onde o primeiro motor transpira muito (alta pressão de sopro), e o segundo é muito relaxado (baixa pressão). Quanto mais "atmosférico" for um carro, menos ele consome.
Muito poucos fabricantes apostam no rightsizing, ou seja, nem sempre apostam em pequenos deslocamentos, o importante é o equilíbrio, é isso que dá um bom resultado na vida real e fora do laboratório. Além disso, um motor é mais equilibrado quanto mais cilindros ele tiver, a menos que você acrescente soluções contra-rotativas, que acrescentam complexidade e peso. Dito de outra forma, veste o macaco de seda, mas continua a ser um macaco.
Tenho amaldiçoado frequentemente os motores de três cilindros pelo revés que representam em termos de conforto e prazer de condução. Embora deva salientar que existem excepções honrosas, tais como o SIDI 1.0 da Opel, a maioria é decepcionante. A degradação de um V6 para um L4 é muito menos perceptível, pelo menos ambos são motores bem compensados. Os tri-cilindros são motores adequados para carros pequenos, mas para sedans e SUVs a sua adequação é altamente discutível.
Como quase todos os fabricantes quiseram enganar as homologações, eles estão enganando seus clientes. É muito fácil para um motor turboalimentado gastar o mesmo - ou mais - do que o motor naturalmente aspirado que substitui, sem muito desempenho perceptível. Na aceleração pura os motores estarão no mesmo nível, mas na recuperação o turbo tem sempre uma vantagem: há mais binário. Esta vantagem pode ser cancelada com engrenagens mais longas do que Ben Hur com publicidade da Telecinco. Como resultado, algumas pessoas recuam.
O uso correto da mudança de marcha elimina parte da vantagem dos turbos.
Em resumo, é uma tecnologia que está aqui para ficar. Os fabricantes japoneses e americanos -principalmente- são os últimos a resistir a esta invasão dos motores turboalimentados. Os fabricantes europeus, por terem um mestrado em homologações batota, são os que apostam mais nas conchas. A situação vai mudar um pouco com Euro 6c (2017) e homologações rodoviárias reais.
Estou convencido de que mais de um fabricante voltará aos motores de aspiração natural, quando a emissão de partículas de gasolina for levada em conta. Quanto maior a compressão real, mais partículas são geradas, e as muito condenadas causam câncer, asma e todos os tipos de doenças em grandes áreas urbanas. Há muitos casos de motores que no papel poluem menos do que os seus antecessores, mas na vida real poluem não mais, mas muito mais.
Vamos ver se pouco a pouco se recupera aquele erótico da palavra "turbo", mas eu vejo-o complicado. Por exemplo, o Porsche 911 terá todos os seus motores com turbo, por isso o nome "Turbo" será um pouco desvalorizado. A realidade é que será como com os diesels, que antes a letra "T/t" aparecia muito nos crachás, mas como todos eles são assim, não importa; olhe para o dCi, HDi, CRDi, d... eles não têm o "T/t" em lugar algum. Puta bida Tt.
Eu não gostaria de sair como um talibã anti-turbo, porque eu não sou. Eu gosto de carros de alta performance, e se tiver um bom turbo, eles me deixam muito excitado. É certo que um bom carro naturalmente aspirado que chegue a 8.000 RPM pode ser mais excitante, mas os regulamentos já os condenaram. Um motor turbo é bom para alguém? A resposta é não. Na engenharia você tem que encontrar o equilíbrio, então as coisas estão bem feitas.
Há bons motores e há outros que são um aborto de engenharia e, do mesmo modo, há motores atmosféricos com asma, e outros que são a merda. Não consigo me decidir, não sei se um corte de injeção a 8.000 RPM ou um escandaloso wastegate atmosférico em um motor turbo me faz sentir mais orgástico. Acho que depende um pouco do carro. Ambos, ao mesmo tempo, são difíceis de encaixar. Uma questão de gosto, acho eu.
Os motores turbo normais podem ter pouca ou nenhuma excitação, especialmente se depois de 5.000 RPM eles esvaziam, como se fossem diesels. Outra coisa é pegar o mesmo motor, preparado, com um turbo que sopra mais forte e com um wastegate. As conchas são normalmente silenciadas por razões de conforto, mas quando se faz barulho e podemos ouvir o grito crescente da turbina, meus amigos, isso é como estar no céu.
Em março de 2005, enquanto o BMW 3 Series (E90) estava sendo apresentado, perguntei ao gerente do produto quando eles teriam motores turbo. Minha pergunta o deixou um pouco fora do ar, e ele me disse como era importante para a marca ter bons motores naturalmente aspirados. Um ano e meio depois, o Coupé 3 Series (E92) foi apresentado com o novo motor 3.0 L6 biturbo (N55 N54), voltámos a encontrar-nos, ele disse-me: "Ouvimo-lo". Sei que foi uma mentira, que foi aprovada muito antes, mas por alguns segundos, fiquei emocionado por ter tido tão boa pontaria.
E você, o que é você, atmosférico ou turbo?
