Turbocompressore

Proseguiamo la serie di articoli sull’automobile iniziata la scorsa settimana. A seguito dell’articolo sul motore a scoppio, andremo a parlare di un sistema che ne è legato: il turbo. Buona lettura!

Che cos’è il turbo?

il turbo, abbreviazione di turbo-compressore, è un sistema di sovralimentazione annesso al motore a scoppio, avente scopo di aumentare la potenza erogata ed il rendimento di quest’ultimo.

Il principio di funzionamento è di per sè semplice:

  • nel canale dei gas di scarico è posta una turbina, che viene messa in rotazione dalla fuoriuscita degli stessi (per approfondire cosa sia una turbina, leggi il mio articolo Pompe e turbine)
  • sullo stesso albero della turbina, al di fuori del canale di scarico, è posta una girante: essa comprimerà una quantità d’aria che verrà successivamente riversata nel cilindro
  • L’aria compressa che arriverà al cilindro, per essere sfruttata, richiederà una quantità maggiore di carburante (poichè il rapporto aria-carburante non varia). Questo, nel range ottimale di giri del motore (che approfondiremo nella prossima sezione), genererà scoppi con maggiore potenza rispetto ad un motore aspirato (cioè senza turbo).

Mettendo a confronto un motore con o senza turbo, il rapporto di compressione raggiunto nella camera di combustione del cilindro sarà maggiore in presenza di esso: infatti, a seguito di uno scoppio di maggiore entità, la risalita successiva per inerzia dell’albero avverrà seguendo una corsa maggiore.

Prestazioni

In un’automobile sovralimentata, il range di giri più basso (indicativamente sotto i 1200 giri al minuto) non è influenzato dalla presenza della turbina: il flusso di gas di scarico è troppo debole per riuscire a muovere la girante, e addirittura la presenza della stessa può risultare da ostacolo alla loro fuoriuscita.

L’efficacia della turbina comincia a farsi però sentire a partire da regimi medio bassi: per un benzina a partire dai 2000-3000 giri al minuto, per un diesel dai 1500-2000. E’ proprio in questi range che risiede il reale vantaggio dei motori turbo: difatti, un motore non sovralimentato ha un’erogazione di potenza molto più dolce e progressiva lungo dal minimo al massimo numero di giri al minuto, e raggiungere la massima ad alti regimi. Ciò non permette al motore di essere sfruttato a pieno nel suo normale utilizzo (in pratica, i valori di potenza massima verrebbero raggiunti solo quando si decide di “tirare” le marce).

Quanto detto, dal punto di vista del guidatore, si percepirà come maggiore coppia ai bassi giri ed una sorta di “stallo” ai regimi più alti, esattamente al contrario rispetto ad un motore aspirato: a differenza di quest’ultimo, con il turbo è inutile tirare le marce (si andrebbe a lavorare in una zona non ottimale).

Di conseguenza, in un range raggiungibile tranquillamente durante un normale utilizzo della vettura, abbiamo un duplice vantaggio:

  • Disponibilità della massima potenza erogabile dal motore, in quanto a parità di numero di giri, ciascuno scoppio fornisce più energia al pistone rispetto al caso senza sovralimentazione, aumentando di fatto la coppia motrice
  • Qualora si restasse su potenze basse, lo sforzo che deve compiere il motore a tal proposito è inferiore per un turbo rispetto che per un aspirato, percui i consumi saranno più bassi

Questo è un vantaggio principalmente per i motori diesel, che sono noti per avere un’erogazione di potenza molto debole in basso. L’introduzione del turbo-diesel ne ha decretato il successo, poichè sono stati proposti motori a bassi consumi e prestazioni alte.

Valvole di wastegate e pop-off

Con l’utilizzo del turbo, sono possibili 2 situazioni di criticità:

  • Nel primo caso, possiamo avere un eccesso di gas di scarico, che fornirebbe quindi troppa potenza alla turbina. Se tale potenza fosse trasferita al compressore, si genererebbe un’eccesso di compressione dell’aria in ingresso che provocherebbe scoppi troppo potenti e manderebbe il pistone in extra-corsa (il pistone “sborderebbe” dal cilindro), provocando il famoso battito in testa.
  • Nel secondo caso, ogni qualvolta venga “mollato” il gas, la valvola a farfalla viene chiusa mentre, per inerzia, la turbina continua a comprimere aria. Il rischio è appunto che la quantità d’aria compressa trovi la totale ostruzione e si blocchi di colpo, provocando il “colpo d’ariete” (un vero e proprio colpo che si verifica a causa di un improvviso aumento di pressione dovuto ad una brusca diminuzione della velocità di flusso)

Le 2 situazioni critiche sono risolte con i seguenti sistemi:

  • Valvola di Wastegate (letteralmente traducibile come “scarico perso”), non è altro che uno scarico parallelo che si dirama da quello principale prima della turbina. Semplicemente, quando il flusso diventa eccessivo, parte viene deviato qui, non passando di fatto in turbina (quindi andando a perdere il suo effetto potenziante)
  • Valvola di Pop off, è di fatto un sistema che ripete quanto detto sopra, ma dal “lato aria”. Quando la valvola a farfalla viene chiusa, si apre un canale che scarica l’aria compressa all’esterno (perdendola di fatto)

Conclusioni

Termina qui l’articolo sul Turbo-Compressore; spero sia stato di vostro gradimento. Ci rivediamo con il prossimo articolo, in cui andremo a trattare un altro componente dell’automobile.

A presto

Luca

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