A revista semanal dos entusiastas | jorn. resp. MTB 0088750/SP
FlatOut!
Image default
Project Cars Project Cars #333

Volkswagen Gol 1.9 turbo draw-through: da primeira montagem até a reconstrução do motor

Buenas, Flatouters! Vamos para o segundo capítulo da odisseia. Antes de voltar a falar do Gol, tentemos explicar o que significa o sistema draw-through e qual a sua diferença para o sistema turbo “convencional”, conhecido como blow-through – acho que faltou no primeiro post.

Em um sistema draw-through, o compressor é montado após o carburador, ou seja, pelo compressor passa mistura ar/combustível, e o carburador trabalha “carburando” como foi projetado. Este tipo de montagem só é possível se a turbina tiver como opcional um selo de carvão (carbon-seal) instalado no compressor. Esta vedação especial permite que o óleo não seja sugado pelo motor durante as desacelerações – lembre que o compressor é montado entre o carburador e a admissão/cabeçote, ou seja, o compressor é submetido também às pressões negativas decorrentes das desacelerações, em condições de borboleta totalmente fechada – pra quem domina o idioma inglês, este site conta uma história engraçada sobre carbon-seal; ou a falta dele.

01-Draw-Through

Draw-through – sistema de alimentação antes do compressor. Imagem: Turbogemini.com

Em um sistema blow-through, o compressor é posicionado “antes” do carburador, pressurizando sua entrada de ar. Para que o sistema funcione corretamente precisa de alterações no carburador ou uma caixa selada que o envolva completamente.

02-Blow-Through

Blow-through – sistema de alimentação depois do compressor. Imagem: Turbogemini.com

Existem vantagens e desvantagens em ambos os sistemas. Eis algumas delas:

Draw-Through – prós:

– Carburador trabalha naturalmente sem nenhuma alteração além do acerto de giclagem

– Uso possível de bomba mecânica – dependendo da pressão

– Atomiza melhor o combustível

– O combustível atua como “elemento refrigerante” através de sua vaporização no sistema de admissão – já li também termos como “intercooler químico”

– Permite um uso “civilizado” no dia a dia; a pressão é (até certa forma) controlada pela posição do acelerador.

Draw-Through – contras:

– Impossibilita o uso de intercooler – por falta de espaço muitas vezes, mas também pela condensação da mistura que ocorreria dentro do intercooler.

– Limite de pressão mais baixo – devido à ausência de intercooler e tamanho da turbina

– Necessidade de coletores de admissão e escapamentos especiais, além da turbina com opção de carbon-seal

Blow-Through – prós:

– Instalação mais simples – carburador permanece no lugar, maior liberdade de posicionamento da turbina no cofre

– Possibilita o uso de intercooler – e consequentemente maior pressão de trabalho

– Uso mais comum, facilidade de troca de informações sobre setup

Blow-through – contras:

– Necessidade de bomba elétrica

– Necessidade de alterações no carburador por conta da pressão positiva

– Acerto mais complicado e condução mais arisca no dia a dia

O sistema Draw-Through foi trazido ao Brasil nos anos ’80 e era vendido como um acessório e instalado em concessionárias com garantia de fábrica – 2 anos ou 50.000km! Ficou popularmente conhecido como sistema ISHI pois era comercializado pela Ishibras – Ishikawagima do Brasil – que o nomeou ISHI Turbo e utilizava uma turbina IHI com opção carbon-seal.  A IHI é a sigla para Ishikawagima-Harima Heavy Industries, gigante japonesa fabricante de navios e, entre outras coisas, da turbina IHI.

Entrevista com Eytan, o responsável pelo desenvolvimento na Ishibras

03-Ishibras

 

Propaganda da época.

Este sistema foi bastante utilizado no campeonato de marcas dos anos ‘80. Vejam algumas fotos dessa época neste link.

Uma configuração parecida foi também utilizada na Fórmula 1 da era turbo dos anos ’80 e por alguns conhecidos fabricantes de supercarros, como a Ferrari. Digo parecida pois, apesar de utilizarem a borboleta (tbi) antes do compressor, o sistema de alimentação, normalmente injeção eletrônica, atuava depois do compressor – mas eu gosto de chamá-los igualmente de draw-through, mais pela arquitetura do sistema do que pelo conceito em si. Talvez uma vantagem do uso desta configuração na F1 tenha sido o controle da pressão do turbo através do acelerador, numa época de escassos recursos eletrônicos. Em condição de borboleta fechada ou com pouca abertura, independente da rotação do motor, o sistema não tem vazão suficiente para comprimir e é então, assim, possível controlar melhor a força em saídas de curva ou curvas em que se mantém meio acelerador – uma condução muito próxima de um aspirado com a vantagem da força de um turbo. Pra mim, o melhor dos dois mundos.

Tudo isto me inspirou para a configuração que utilizo atualmente – e que vocês verão mais adiante. Seguem algumas das fotos inspiradoras

A cultura VW Air Cooled nos EUA também usa com bastante frequência a configuração draw-through. Uma rápida pesquisa no Google sobre “VW Aircooled Draw-through Turbo“ trará litros de imagens! Abaixo, um dos exemplos de uma bela montagem:

17-VW-Air-Cooled-Draw-Through-Turbo

Bom, voltemos à realidade, ou seja, ao Gol 1000. Como comentado no primeiro post, pus o Gol pra andar no início de ’02 e só consegui turbiná-lo no fim de ‘03. O kit instalado tinha, sabidamente, uma turbina IHI com problemas, mas a vontade de ter um turbo era maior. A instalação ficou por conta do Bimba Preparações em Curitiba.

O carro ficou turbinado com este sistema carburado de ’03 a ’06. Neste período, sofri duas trocas de turbina, a primeira por problemas já conhecidos e a segunda por rodar um longo período sem filtro (nunca façam isso!), quando acabou perdendo balanceamento e, pelo contato do rotor com a carcaça, partindo o eixo ao meio, algo que quase me fez perder o motor por calço hidráulico. Tive igualmente um problema de virabrequim trincado depois de rodar bronzinas – ao emprestar o carro para o Bruno ir a uma festa numa noite chuvosa – numa época que o carro trabalhava com 1.4kgf/cm².

Depois desta quebra, desanimei pela primeira vez e, ao refazer a parte de baixo do motor, desmontei o kit – fiquei por uns três meses com o carro sem o turbo e então voltei a turbiná-lo, agora já na Pro-Muller de Curitiba. Pouco a pouco a montagem foi evoluindo e ficando parecida com a que eu tive um dia no Passat que foi roubado. Desenhei uma base para filtro de ar Edelbrock “olho de mosca”, cortada a laser, para  que pudesse utilizar na Weber 32-34 que utilizava.

Consegui  também um upgrade de turbina para uma RHB5 com mancal refrigerado à água e de eixo “grande” que usei com uma caixa quente igualmente grande. A pressão máxima nesta configuração, carburado, era de 0,9kgf/cm² a 1kgf/cm² mas costumava usar de 0,6 a 0,8. Fui também obrigado a instalar uma bomba elétrica para evitar problemas de cuba seca, que começaram a ocorrer. Esta foi a configuração estética mais bonita que tive no cofre até hoje.

20-Edelbrock 21-Edelbrock 22-ISHI

Com este setup, utilizei o carro no dia-a-dia até 2006 e ainda pude participar de um “Tuning Day” no AIC. Naquele final de semana foi organizada uma prova de arrancada de 200m durante o sábado de manhã e outras três baterias de Track Day, uma no sábado a tarde e outras duas no domingo pela manhã e tarde. Alguns vídeos podem ser conferidos aqui:

– na rua:

–  na pista:

Logo em seguida a este evento, desanimei por uma segunda vez e fui obrigado a desmontar tudo novamente – tá parecendo Faroeste Caboclo isso aqui. Acabei caindo em uma blitz em Curitiba e tive que reapresentar o carro com a suspensão regularizada. Ao me dirigir até o Detran, com a suspensão alta, fui obrigado a abrir o capô para uma verificação do número de chassis. Balela! O policial ao abrir o capô, foi seco até a turbina e perguntou o que era aquilo tudo. Me obrigou a desmontar tudo e reapresentar se eu quisesse regularizar o carro. O desânimo bateu forte, encostei o carro no Her (Pro-Muller) e disse:  “Her, fodeu… desmonta tudo. Vou vender o carro.”

Era uma situação ruim. Tinha um Gol 1000, originalmente com motor CHT, que tinha uma mecânica VW 1.8, caixa, tudo diferente. Pra regularizar havia dois caminhos; comprar uma mecânica completa do 1.0 incluindo caixa, montar e vender o carro, ou comprar um motor completo VW 1.8 regularizado e legalizar tudo – na época que o motor foi remontado, mais de 4 anos antes, tudo foi comprado usado, sem muita preocupação com NF, número de bloco e legalização – era uma preocupação inexistente. Estava em um dilema.

Depois de pensar bastante, fazer algumas contas e discutir em família, o caminho mais rápido, barato e sem estresse era continuar com o Gol e regularizar tudo. Custaria mais caro eu voltar à originalidade para vender o carro – e não teria retorno algum nisso.

Foi então que tudo foi desmontado e parti em busca de uma parte de baixo VW 1.8 original, com NF, tudo bonitinho. Acabei batendo com um amigo meu, o West(phal), que tinha tudo o que eu precisava: Base VW 1.8 2001, bloco com injetores de óleo sob os pistões, bielas de golf e NF de compra. Perfeito!

Ao mesmo tempo em que buscava as peças, comecei a botar em prática uma ideia que já me rodeava a mente – partir para a injeção eletrônica, mas sem perder a característica que eu mais gostava do sistema: a borboleta na boca da turbina!

Na época da Copa do Mundo de 2006, fiz um acordo com a empresa em que eu trabalhava e pude utilizar o equipamento durante os finais de semana para fazer meu projeto. Passei alguns finais de semana, sábados e domingos, para poder desenhar as pecas em CatiaV4, nas estações Unix da empresa – obviamente levava também um televisor para assistir aos jogos da Copa (hehe). Levei peça por peça, paquímetro, goniômetro e comecei a desenhar as peças que já existiam e pensar em como adaptar a TBI e a injeção. A ideia era utilizar a TBI sem regulador de lenta acoplado e a melhor opção encontrada foi a tbi dos motores Renault K4M (1.6 16v) de 55mm de diâmetro. E começaram a surgir algumas ideias de adaptação.

Basicamente eu precisaria adaptar os alojamentos dos injetores no coletor de admissão (ou no cabeçote) e construir uma luva para acoplar a TBI Renault no compressor, além de um suporte para ajudar na fixação e rigidez do conjunto. Precisava também que a luva suportasse um injetor monoponto suplementar. Mas esta configuração ainda tinha um problema…

29-Projeto

Durante o Track Day de 2006 meu carro teve problemas de rendimento possivelmente pelo excesso de temperatura do ar de admissão. O coletor de escapamento original do sistema ISHI era completamente em ferro fundido e tinha muito mais massa que um original. E a arquitetura do sistema fazia com que a caixa quente ficasse logo atrás do farol, aquecendo o ar admitido que seguia para o carburador, logo à frente da bateria. Nada bom, e esta configuração me traria os mesmos problemas, com a tbi virada para a bateria.

Tendo isto em mente e já tendo desenhado as peças principais em 3D, experimentei girar a turbina em 180 graus a partir da saída do compressor, para ter uma tomada de ar fresco virada para a frente do carro e deixar o escapamento de forma que não influenciasse na temperatura do ar de admissão. No computador funcionava! Precisava tirar algumas medidas no cofre para confirmar. Fui à oficina, posicionamos a turbina manualmente e vimos que seria possível colocar em prática a ideia, com o único empecilho de retirar a wastegate que entrava em interferência com a longarina. O computador ainda me mostrava que sobraria espaço para fazer um coletor dimensionado.

Com a ideia pronta e vendida ao Her, o principal, partimos para a execução. A admissão foi enviada à Hercules para a adaptação dos injetores, a luva foi construída em alumínio com o suporte para a suplementar. O motor foi desmontado e preparado para se transformar em um “milinove”. O bloco foi aberto para receber pistões 82,5mm standard e rebaixado em 2mm para voltar a ter alguma taxa. Aliás, eu queria um motor com taxa, mesmo sabendo que uma câmara de menor volume me daria menos volume de “mistura sob pressão” admitida; mas me daria uma pressão de câmara equivalente à um motor destaxado utilizando maior pressão de turbina. No meu caso, como o limite de pressão da minha turbina não é muito alto, preferi trabalhar com uma taxa de compressão maior do que a usual em motores turbo e teria assim um carro esperto pra andar, com pronta resposta no acelerador em baixa e a força do turbo em alta. Usando álcool como combustível, atrasando ponto e tendo a injeção suplementar atuando antes da turbina, poderíamos tentar controlar os problemas de detonação. A taxa escolhida foi de 11:1 – estática.

Como ilustração, fiz um comparativo nas tabelas abaixo em duas condições distintas:

Captura de Tela 2016-07-25 às 15.05.52

Na tabela superior, como condição 1, está a configuração do meu motor. Partindo-se do princípio que a taxa de compressão é uma relação numérica da divisão de um volume (inicial em PMI) por outro volume (final em PMS) e considerando uma condição “teórica” de que todo volume admitido é comprimido, cheguei a um resultado de taxa de compressão de 11:1. Trabalhando também com uma condição “teórica” de sobrealimentação de 0.8 bar (180% de eficiência volumétrica) tenho outra condição de taxa de compressão – o volume inicial deixa de ser 1850cc (opaleiros, cc = cm³, hehe) e passa a ser 3658cc que, com o mesmo volume final em PMS, resulta em uma taxa de compressão “dinâmica”de 20:1.

Na segunda tabela, utilizando uma mesma configuração de motor, porém, com uma taxa de 7,5:1, para que se tenha a mesma condição dinâmica de 20:1 do primeiro caso, é preciso uma sobrealimentação de 1,67 bar (267% de eficiência volumétrica), mais do que o dobro da pressão da primeira configuração. Nesta condição, o volume admitido passa a ser de 5684cc contra 3658cc do primeiro caso – vantagem volumétrica resultado de uma maior pressão de turbo, consequentemente mais potência – e com curvas de torque e potência bem diferentes, eu imagino.

Este site proporciona uma bela leitura de conceitos sobre taxa de compressão estática, dinâmica e mostra também algumas formas de se evitar problemas trabalhando com taxas mais altas (avanço de ignição, duração de comando, temp. de água, octanagem, temp. de vela, forma do eletrodo, etc).

Com o motor já montado parcialmente, medimos a “luz” no bloco, a espessura da junta e pipetamos as câmaras de combustão. Com tudo calculado ainda era necessário baixar 1mm do cabeçote – não teve jeito, foi pra faca também! O cabeçote teve também um trabalho de polimento nos dutos e de ângulos nas válvulas, que permaneceram do tamanho original 40×33 (receita secreta do Gus), e resultou em um cabeçote de 98cfm – nada mal para um 8v! O comando mantido foi o tradicional 49G.

O motor teve também virabrequim e volante aliviados e balanceados alem de receber um kit de embreagem original dos AP 2.0; sim, original! Todas as peças internas do motor são originais VW, peças de prateleira. Nada forjado, nada de Adamantium ou de Mithril, tudo peça de balcão – atualmente a única exceção é embreagem Displatec que utilizo.

A escolha da injeção foi também pela mais simples possível que pudesse controlar tudo, os 4 injetores da admissão e o suplementar. A opção que melhor se encaixava era a Digipulse Full 4×2, uma espécie de carburador eletrônico, com suas regulagens todas por potenciômetros e o mínimo de sinais de entrada – aqui, sem desmerecer a injeção, afinal, eu queria apenas algo simples e que funcionasse. E ela já está no carro há 9 anos funcionado! Esta injeção me permitiria controlar 4 injetores multiponto e até 2 monoponto como suplementar.

Na busca de algum conselho sobre tamanho de injetores, afinal era um mundo ainda novo, fui orientado pela própria Digipulse a buscar um especialista em injetores – e eles me indicaram um. Escrevi um e-mail então explicando o projeto e esperando uma orientação do que usar. A resposta que recebi do especialista foi de que nada daquilo funcionaria, que eu deveria desmontar tudo e montar um sistema mortadela convencional. Ainda tentou, no e-mail, acertar o modelo e tamanho da minha turbina – e errou! E nada sobre vazão de injetores! Haha! Eu não cheguei até ali para desistir, então, bora no modo hard mesmo. Colocamos 4 injetores Marelli originais padrão 2.0 16v gasolina e um suplementar monoponto GM tradicional “verde”. Na dúvida dos 4 não terem vazão suficiente (na zona de pressão isso era óbvio), minha carta na manga era ter a suplementar trabalhando em zona atmosférica – com uma pressão mais alta que a recomendada – e eu poderia fazê-lo atuar desde cedo. A nova elétrica da injeção ficou por conta do Her também.

O radiador foi mantido o original, mas com a válvula termostática para gasolina, para trabalhar ligeiramente mais frio. As velas são frias, NGK de grau 9, para dissipar melhor o calor da câmara. O radiador de óleo de aproximadamente ½ litro foi mantido o da primeira montagem assim como a refrigeração à água da turbina, porém, refazendo as mangueiras por conta da mudança de posição.

Faltava ainda o escapamento e minha ideia era colocar um coletor dimensionado. Chamamos um escapeiro conceituado na oficina, explicamos a ideia pra ele e recebemos o sinal positivo, faríamos um dimensionado. No dia seguinte, segue o carro de guincho para fazer o trabalho. Passadas poucas horas que o carro estava lá recebi a desanimadora notícia. O escapamento dimensionado que na noite anterior “era possível” de ser feito, deixou de ser possível de fazer – não tinha espaço, segundo o escapeiro. No lugar foi colocado um coletor de escapamento original de Mi (com a flange virada pra bateria) e uma curva de 90 graus para conectar na turbina. Imagina minha decepção. Computando o guincho de ida e de volta, mais o serviço, concluí que foi a curva de 90 graus mais cara da história – e nem de inox ela era.

Com tudo montado finalmente no lugar, ficou a expectativa de se saber se toda esta salada funcionaria; e o principal, quando!? Desde a parada do carro até o motor funcionar fui um processo que durou 1 ano. Foi num sábado de manhã, no meio de uma aula de inglês, que o Her me liga no celular. Saí da sala pra atender e ouço ao telefone: “Ô Macsss, escuta isso!” enquanto escuto ao fundo um carro sendo acelerado. Na hora voltei pra sala, pedi desculpas, disse que tinha surgido um problema e corri pra oficina! Chego lá deparo com isso..

Inicialmente e contradizendo algumas opiniões, tínhamos um projeto que funcionava. Posso afirmar que o Gol como Project Car nascia neste momento! Mas não foi um parto dos mais fáceis.

Logo no início da semana, passo na oficina para ver o carro no chão – e andando – e o Her me diz que temos problemas. Na hora que o turbo começava a dar pressão, o carro falhava e não desenvolvia. Acreditamos ser um problema com o módulo da Digipulse. Enviamos o módulo pra SP e recebemos o diagnóstico de que tudo funcionava normalmente. Aguardamos o retorno do módulo e o Her começou a pesquisar alguma possível falha elétrica. Havíamos trocado praticamente tudo no carro, com a exceção do módulo de ignição. Bingo! A própria Digipulse havia dado a dica. Comprei um módulo novo original e um chicote apropriado e deixei com o Her. Dias depois ele me liga dizendo que poderíamos andar com o carro pra testar. Demos uma volta perto da oficina, eu de carona e tudo funcionava como previsto!

De volta à oficina, deixamos ainda o carro ligado – e eu na pira de dar uma volta dirigindo! Disse pra o Her que iria até o posto próximo a oficina colocar algum combustível, pois estava na reserva. Me dirigi então normalmente até o posto, abasteci com o carro ligado, paguei e tomei o caminho da oficina. Paro no semáforo a uns 100 metros da oficina e aguardo que ele abra. Na luz verde arranco lentamente e percebo pelo espelho o carro de trás me dando sinal de luz e buzinando. Pensei que era alguém com muita pressa mas logo ao olhar pra frente novamente, entendo a mensagem. Senti um calor forte vindo de dentro do carro percebo o pior. O Gol começava a incendiar! Parei rapidamente o carro no meio da rua (quase em frente a oficina), destravei o capô, desci do carro desesperado com um extintor (vencido mas com pressão) na mão e, ao invés de abrir o capô, me abaixei, identifiquei de onde vinha o fogo, mirei o extintor,  apertei o gatilho e…  ele funciona! Max 1 X 0 Fogo. De onde estava, comuniquei a turma na oficina e todos correram pra me ajudar a empurrar o carro de volta pra lá. Pensei que seria o fim…

Fotos de antes do fogo – meu conector rápido de bateria durou um dia =(

Com o carro na oficina, analisamos o prejuízo e identificamos o causador do fogo. Uma mangueira de injeção nova com um possível defeito de fabricação que pulverizou álcool no cofre. Nenhum dano mais grave, apenas toda a elétrica do cofre danificada, algumas peças plásticas deformadas como as pás da hélice da ventoinha, a capa interna do para-lama e danos na pintura da parte interna do capo. O Gol havia passado pela primeira prova de fogo!

Algumas semanas depois, com toda a elétrica e linha de combustível refeita, eu tinha finalmente um carro que funcionava como eu queria, como eu havia projetado!

43-Draw-Through

O Gol ainda passaria por mais uma prova de resistência – e eu por diversas provas de paciência – mas deixarei esta parte para o próximo capítulo. Por hora, deixo um último vídeo do carro acelerando com o sistema novo.

Por Max Loeffler, Project Cars #333

0pcdisclaimer2

Matérias relacionadas

Project Cars #39: a preparação de um Mustang Saleen no Brasil

Leonardo Contesini

Project Cars #102: como é projetada a estrutura tubular de um Baja SAE

Leonardo Contesini

Project Cars #122: devolvendo a originalidade ao Miura TopSport de João Armas

Leonardo Contesini