Bugatti Chiron: O desenvolvimento do motor (Parte III)

Configuração das turbinas

De maneira a assegurar o novo objectivo de potência máxima, os quatro turbo-compressores tiveram de ser completamente redesenhados.

A meta, que passou de 1000 para 1200 e agora para 1500 cv, resultou numa massa de ar, que é necessária, de 380 cv por turbo-compressor, que teve de ser providenciada. Isto acarreta um aumento considerável no tamanho das pás do turbo-compressor e no aumento similar de inércia do grupo rotor (pás do compressor, veio e pás da turbina) que tem uma influência negativa na resposta. O tamanho mínimo da turbina é limitado pela capacidade máxima do compressor, que precisa de ser produzida pelo turbo-compressor na zona de potência máxima do motor. Um critério adicional é que a contrapressão do escape define a tendência para a pré-detonação e a temperatura máxima dos gases de escape precisa de ser acautelada, do lado da turbina, para evitar danificar a cabeça do motor, válvulas de escape, colector e a turbina.

De acordo com extensivos cálculos e numerosos testes, quatro turbo-compressores tipo M-K24R, com as mesmas dimensões e com um diâmetro de pá de turbina de 64,4 mm (Veyron: 52 mm) foram seleccionados e implementados como componentes.

Posicionar os novos turbo-compressores trouxe por si só, um novo desafio, devido ao aumento em 69% do espaço requerido para a sua montagem. A solução passou com a adopção de quatro invólucros de turbina diferentes.

Para seleccionar um material resistente ao calor, para o invólucro da turbina, que também foi desenvolvida com considerações de peso, a temperatura expectável foi sempre levada em linha de conta. O aço usado contém 0.4% de carbono, o que permite temperaturas até 980º C em segurança.

Um detalhe adicional, na manufactura do invólucro da turbina, é a tolerância mínima entre a roda e a turbina em si. O diâmetro de cada roda é medido e o invólucro é maquinado individualmente, garantindo o perfeito emparelhamento entre os dois elementos, com o mínimo de folga e eficiência máxima.

Maximização de fluxos do escape e dimensionamento dos conversores catalíticos

Depois de saírem dos turbos, os gases de escape são canalizados para um total de seis catalisadores até ao silencioso traseiro, construído com parede dupla, que foi idealizado com certas capacidades acústicas. Para manter o baixo peso do conjunto, titânio foi o material seleccionado para a construção deste, que, refira-se, está sujeito a temperaturas até 825º C. Este facto permitiu manter o peso abaixo dos 25 Kg apesar de um volume de mais de 32 litros.

O caudal de escape é depois conduzido para a atmosfera via seis ponteiras de 80 mm. Quatro são visíveis na traseira do Chiron, enquanto outras duas estão colocadas no difusor traseiro.

O desafio foi o arranjo dos tubos e dos catalisadores, com a secção necessária para reduzir a contrapressão no escape, e ao mesmo tempo, manter as distâncias necessárias dos componentes vizinhos. A dificuldade foi acrescida pelo facto de todos os elementos do escape precisarem de ser revestidos com material de isolamento térmico, para manter a transferência de calor ao compartimento do motor, o mais baixo possível.

Um total de quatro catalisadores primários estão aparafusados à saída de cada turbina, onde depois convergem, cada par, para um tubo único, com um diâmetro de 150 mm e são ligados aos catalisadores principais de 200 mm de diâmetro cada. Graças a estas medidas, foi possível limitar a contrapressão do sistema para 600 mbar no débito máximo.

Sistema de ar

As características do motor, como potência e resposta, são fortemente influenciadas pela configuração do sistema de admissão. Consequentemente, o objectivo era uma admissão excelente, com uma resistência de fluxo baixa e arrefecimento extremamente eficiente. O fluxo máximo de massa de ar para o motor é de 4,400 kg/h e a pressão máxima absoluta é de 2.85 bar.

Admissão de ar 

A vista lateral do Chiron é dominada pela linha em C que cobre toda a altura do veículo e que incorpora o sistema de admissão de ar. O seu design permitiu criar entradas de ar de dimensões generosas atrás das portas. Guia a massa de ar através dos radiadores de óleo, na traseira, e também para os filtros de ar. O ar limpo sai dos compartimentos do filtro de ar, de cada lado, através de dois tubos, com um diâmetro de 82.5 mm e que estão configurados para melhorar o fluxo de ar através de guias com uniões integradas.

Permitem um caudal uniforme e estável para os compressores, com perdas mínimas. Para diminuir ainda mais qualquer interferência, sensores de massa de ar convencionais foram evitados. Assim são utilizados dois sensores de pressão, montados nos colectores. 

Selecção de pás de compressor 

A potência máxima no Veyron requeria que uma massa de ar de 3,200 Kg/h. Em conjunto com o sistema de quatro turbo-compressores independentes, as pás do compressor tinham um diâmetro de 56 mm.

Como a potência aumentou para 1500 cv no Chiron, a massa de ar aumentou para mais de 4,400 Kg/h. A roda de compressor seleccionada tem um diâmetro de 74 mm e comprime o ar até uma pressão máxima absoluta de 2.85 bar. O mapa do compressor tem uma boa relação entre o limite e a eficiência deste em potência máxima.

Além disso, uma medida de estabilização, integrada na admissão do compressor, permite que este não cavite a alta pressão. Um canal de recirculação de ar, em forma de anel, separa o ar na área do difusor que actua como uma obstrução na frente da roda do compressor e estabiliza o caudal de ar.

Aumento de débito do circuito de ar para admissão

O ar comprimido pelos dois compressores, de um lado do motor, é canalizado por dois canais separados que, graças ao diâmetro de 65mm, têm um caudal optimizado, para um intercooler arrefecido a água que está posicionado acima da tampa da cabeça do motor. A separação dos dois fluxos é mantida por uma divisão dentro do intercooler, do lado da caixa de entrada e também dentro do favo, para evitar interferência entre os dois compressores. Os dois caudais só são reunidos do lado da saída do intercooler.

Para evitar um refluxo do ar, enquanto o motor funciona com 2 compressores, o intercooler tem uma válvula anti-retorno do lado do turbo secundário.

Os dois intercooler estão incorporados num sistema de refrigeração de baixa temperatura, através do qual o calor é dissipado por um radiador colocado na frente do Chiron. O caudal de circulação do líquido de refrigeração é de até 220 l/min, que é gerado por uma bomba mecânica que funciona em conjunto com a bomba hidráulica, montada junto dos periféricos do motor. O sistema faz circular a totalidade do volume de líquido de refrigeração, que é de 14,6 L, em três segundos.

A carga de ar arrefecido e comprimido é guiado para a admissão separadamente para cada banco através de uma válvula de admissão, com um diâmetro de 82 mm, posicionada na frente do colector.

Colocar os intercooler perto do motor permite o uso de condutas de ar pressurizado mais curtas e optimizar tempos de resposta do motor.

Testes extensivos a variantes do sistema de arrefecimento de ar permitiram aumentar a eficiência deste em mais de 94%.

Optimização do trem de válvulas

Quatro veios de excêntricos, à cabeça, que operam quatro válvulas por cilindro, num total de 64 válvulas, controlam a mudança de carga dos cilindros.

A zona das válvulas foi, também, alvo de um trabalho de optimização de fluxo de ar. Cálculos detalhados, na variação de carga, mostraram vantagens em aumentar o diâmetro das válvulas de escape em 1 mm, para 11 mm. Ao mesmo tempo, o diâmetro das válvulas de admissão foi aumentado para 34.2 mm, tendo em conta o espaço disponível.

Além disso, estas são agora, tal como as de escape, ocas e refrigeradas a sódio. Em conjunto com sedes de válvulas mais termicamente condutivas, a melhoria de qualidade na carga nos cilindros é conseguida e a carga térmica nas câmaras de combustão é aliviada, reduzindo assim a tendência para pré-detonação. 

Sistema de combustível 

Reservatório e bombas de combustível

O reservatório de combustível está posicionado atrás dos bancos, no monocoque, para protecção contra choques é designado como reservatório em sela. Durante o abastecimento, o combustível entra pelo módulo da bomba, que funciona como um catch tank. Isto permite ao motor ser posto em marcha com uma quantidade mínima de combustível depois de o reservatório ter sido completamente vazio. 

O aumento de potência do motor, em relação ao modelo anterior, exigiu também um aumento no fluxo de combustível. A entrega deste fluxo é garantida através de quatro bombas de três fases, que com esta configuração, permitem uma quantidade de 880 l/h. São comandadas por uma unidade de controlo própria, que regula a velocidade das bombas através de informação da unidade de comando do motor. O combustível é entregue pelas bombas aos módulos de filtro, que contêm os filtros, válvulas de controlo de pressão e válvulas anti-retorno.

Em paralelo com os tubos de combustível, cada uma das bombas é fornecida pelo seu elemento de sucção. Estes entregam a quantidade determinada de combustível para o catch tank, através de um venturi.

Injecção Duplex e regulação de pressão de combustível

O sistema de injecção de combustível foi fundamentalmente revisto para o Chiron. Para assegurar a expansão extrema da quantidade de combustível, entre o regime de ralenti e carga máxima, o este sistema foi dotado de mais um injector por cilindro, fazendo um total de 32 injectores. 16 estão montados perto das câmaras de combustão enquanto os outros 16 nas condutas do colector de admissão.

Este arranjo duplo, baptizado Duplex, permite o uso de dois injectores, com especificações diferentes, por cilindro. Para optimizar a quantidade de combustível em situações de carga parcial e estabilizar o regime de ralenti em 650 rpm, os injectores mais pequenos, com uma capacidade de 211 g/min, estão montados em frente das válvulas de admissão. Os injectores maiores, com 385 g/min de capacidade, são activados em situações de carga alta. Estes estão localizados a montante dos primeiros, na conduta do colector de admissão para os cilindros.

Três configurações de jactos, adaptadas à geometria da conduta, são utilizadas. Os injectores secundários estão configurados com bicos de injecção mais compridos.

A pressão nas réguas de injecção é controlada por quatro circuitos, que trabalham independentemente e adaptativamente. Dependendo da pressão da carga, a do combustível varia de 5.5 bar a 8.5 bar, em valores absolutos. A quantidade de combustível injectado é dividida dinamicamente entre os dois injectores, dependendo da carga e velocidade do motor, o que se traduz em tempos de injecção muito curtos.

Esta solução exigiu um novo design do colector de admissão. O colector de três peças, feito em alumínio fundido, deu lugar a um novo, feito de uma peça única em carbono. Uma poupança de peso, na ordem dos 45%, foi possível neste novo componente.