Considerações de projeto

Um dos principais problemas com turbocompressores é que eles não propiciam aumento imediato de potência quando o motorista acelera. Leva um segundo para que a turbina alcance a velocidade antes da pressão da alimentação ser produzida. O resultado é uma sensação de hesitação (chamada de turbo lag em inglês) entre a aceleração e o início do efeito do turbo.

Uma maneira de reduzir a hesitação é reduzir a inércia das partes rotativas, principalmente pela redução do seu peso. Isso permite que a turbina e o compressor acelerem rapidamente e iniciem o fornecimento de pressão adicional mais cedo. Uma maneira garantida de se reduzir a inércia da turbina e do compressor é diminuir o tamanho do turbocompressor. Um turbocompressor pequeno irá fornecer pressão mais rapidamente e em rotações mais baixas, mas pode não ser capaz de fornecer muita pressão em rotações mais altas, quando um volume realmente grande de ar estiver requerido pelo motor. Ele também corre o risco de girar muito rápido em rotações mais altas, quando muitos gases do escapamento passam pela turbina.

Um turbocompressor pode fornecer muita pressão em rotações altas do motor, mas pode ter uma hesitação acentuada devido ao tempo que a turbina e compressor mais pesados levam para acelerar. Felizmente, há alguns truques usados para superar esses desafios.

A maioria dos turbocompressores automotivos tem uma válvula de alívio, o que permite a utilização de um turbocompressor menor para reduzir a hesitação, ao mesmo tempo em que o impede de girar muito rapidamente em rotações altas do motor. A válvula de alívio permite que os gases de escapamento  sejam desviados das palhetas da turbina. A válvula de alívio percebe a pressão da alimentação. Se a pressão ficar muito elevada, isso pode indicar que a turbina está girando muito rapidamente, com o que a válvula de alívio desvia parte dos gases que estão ao redor das palhetas da turbina, enviando-a para a atmosfera, fazendo com que elas diminuam a rotação.

Alguns turbocompressores utilizam rolamentos de esferas em vez de mancais fluidos para sustentar a árvore da turbina, mas eles não são rolamentos normais, são do tipo superprecisos, feitos de materiais avançados para agüentar as rotações e as temperaturas do turbocompressor. Eles permitem que a árvore da turbina gire com menos atrito que os mancais fluidos utilizados na maioria dos casos. Eles permitem também que uma árvore ligeiramente menor e mais leve seja utilizada. Isso ajuda o turbocompressor a acelerar mais rapidamente, reduzindo a hesitação.

As palhetas da turbina em cerâmica são mais leves do que as palhetas de aço utilizadas na maioria dos turbocompressores. Mais uma vez, isso permite que a turbina aumente sua rotação mais rapidamente, o que diminui a hesitação.

Alguns motores utilizam dois turbocompressores de tamanhos diferentes. O menor ganha rotação mais rapidamente, reduzindo a hesitação, enquanto o maior assume nas rotações mais altas do motor para fornecer maior pressão.

Quando o ar é comprimido, ele esquenta - e quando isso acontece, ele se expande. Assim, parte do aumento da pressão produzida por um turbocompressor é o resultado do aquecimento do ar antes de entrar no motor. Para aumentar a potência do motor, devem-se inserir mais moléculas de ar no cilindro, não necessariamente mais pressão de ar.

Imagem cedida pela Garrett Como um turbocompressor é instalado (incluindo o resfriador do ar de admissão)

Um intercooler ou resfriador do ar de admissão é um componente adicional que se parece com um radiador, exceto pelo fato de que o ar passa tanto pelo interior quanto pelo exterior da peça. Por isso é chamado de radiador ar-ar. O ar de admissão passa através de passagens seladas no interior do radiador, enquanto o ar mais frio da parte externa é soprado através de aletas pelo ventilador de arrefecimento do motor.

O intercooler aumenta ainda mais a potência do motor, resfriando o ar pressurizado proveniente do compressor antes que ele entre no motor. Isso significa que se o turbocompressor estiver operando a uma pressão de 7 lb/pol², o sistema com intercooler irá inserir 7 lb/pol² de ar, que é mais denso e contém mais moléculas do que o ar aquecido.

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