Turbocompressore

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Turbocharger.jpg

Il turbocompressore, spesso abbreviato in turbo, è un organo meccanico il cui scopo è quello di sovralimentare un motore endotermico.

Talora noto come turbogruppo, per l'integrazione tra turbina e compressore vero e proprio, costituisce il metodo più diffuso per incrementare l'alimentazione dei motori, in particolare quelli di autotrazione.

Posizione[modifica | modifica sorgente]

Il turbocompressore è installato sui collettori di scarico, (che per concentrare il flusso sono, a esempio di tipo 4 in 1) e a seconda della posizione del condotto dell'aria che parte dal compressore, rispetto all'organo che miscela il combustibile al comburente (carburatore o iniettore), il turbogruppo viene chiamato turbocompressore (se la compressione avviene prima) oppure turboaspirato (se avviene dopo).
Il primo è il più comune, utilizzato nei sistemi ad iniezione e nella maggior parte di quelli a carburatori, e il vantaggio è limitare le dispersioni di combustibile lungo le pareti dell'impianto d'alimentazione. In alcuni casi (come sulla Renault 5 Alpine Turbo), il sistema è turboaspirato a carburatori, questo per far lavorare il carburatore come su un motore aspirato, facilitando la messa a punto.
Quando vengono usati dei carburatori assieme a un sistema turbocompressore, questi vengono detti aspirati o soffiati a seconda se posti a monte o valle del compressore.[1]

Struttura[modifica | modifica sorgente]

Turbo-housing.jpg

Esso è composto da una girante turbina che, all'interno di una struttura a "chiocciola" in ghisa, viene messa in rotazione dai gas di scarico e da una girante compressore, generalmente in lega di magnesio, collegata alla turbina mediante un piccolo albero. All'interno di una struttura a "chiocciola" in leghe di titanio o alluminio, il compressore, trascinato in rotazione dalla turbina, comprime l'aria e la immette, quindi, nel collettore d'aspirazione, fornendo ai cilindri del motore un volume d'aria maggiore di quanto ne potrebbero aspirare. Si tratta di un complesso altamente efficiente in quanto utilizza l'energia residua dei gas di scarico per azionare la turbina e quindi il compressore.

Caratteristiche[modifica | modifica sorgente]

In questo modo è possibile immettere nella camera di scoppio un maggior quantitativo di miscela aria/benzina, assicurando così maggiori prestazioni, espresse in potenza e accelerazione. Tuttavia proprio in virtù di tale potenza anche i gas di scarico sono costretti a uscire più velocemente, così anche il turbocompressore ruoterà più rapidamente conferendo una sempre maggiore potenza al propulsore. La girante normalmente supera i 180.000 giri/min. Il turbocompressore funziona particolarmente bene agli alti regimi di rotazione mentre fino ai 2000-3000 RPM rappresenta quasi sempre uno svantaggio per via dell'inerzia della girante che rallenta i gas di scarico, anche se questa considerazione è valida soprattutto per sistemi turbo proporzionalmente grandi, mentre questo problema non si verifica con sistemi più piccoli i quali però hanno meno capacità sovralimentante. Nei motori ad alte prestazioni c'è quindi la tendenza a installare più turbocompressori di ridotte dimensioni anziché uno solo.

Accorgimenti[modifica | modifica sorgente]

Per non incorrere nel cosiddetto fenomeno della "detonazione" o addirittura nella rottura del motore stesso non si può superare un determinato rapporto di compressione all'interno dei cilindri e per questo motivo si usano più valvole:

  • wastegate, per eliminare i gas in eccesso che azionerebbero eccessivamente la turbina evitando problemi d'affidabilità.
  • pop-off (anche detta blow-off, situata fra il turbocompressore e la valvola a farfalla) provvede ad aprirsi totalmente in fase di rilascio del gas quando, pur essendo la farfalla totalmente chiusa, la turbina continua a ruotare per effetto dell'inerzia comprimendo l'aria che tuttavia non viene immessa nei cilindri ed evitando il cosiddetto "colpo d'ariete".

Queste valvole possono essere di due tipi:

  • a sfiato interno (detta anche a ricircolo o a By-pass) nel caso della pop-off l'aria compressa in eccesso viene convogliata a monte del compressore, tramite un tubo (o manicotto) situato nella valvola stessa, cioè la massa d'aria ripasserà dal compressore ovvero limitando il fenomeno chiamato turbo-lag, mentre nel caso della wastegate i gas esausti in eccesso vengono convogliati a valle della turbina (ovvero by-passano la turbina), tramite un condotto dedicato situato nella turbina stessa (o situato nel collettore di scarico nel caso sia una wastegate separata dalla turbina), la cui apertura viene comandata appunto dalla valvola wastegate, da dove fuoriescono attraverso il collettore di scarico.
  • a sfiato esterno (o sfiato libero) vale solo per la pop-off in questo caso, l'aria compressa in eccesso viene semplicemente espulsa in atmosfera da un apposito ugello situato nella valvola, creando un effetto sonoro udibile (il tipico sbuffo).

Un altro metodo consiste nel montare un sistema ad iniezione d'acqua.

Sistemi combinati[modifica | modifica sorgente]

Il sistema turbocompressore può essere gestito in vari modi

Turbocompressore e compressore volumetrico[modifica | modifica sorgente]

In tema di turbocompressore e di compressore volumetrico, si cita ad esempio quello della Lancia Delta S4 del 1985, il cui motore a quattro cilindri di 1.800 cm³ erogava, nella versione "stradale" e in quella da rally rispettivamente 250 e 500 cavalli (185 e 370 kW). Tale unità utilizzava un sistema combinato in cui un compressore volumetrico e un turbocompressore operavano in serie: ai bassi regimi era attivo il volumetrico, la cui azione diminuiva all'aumentare dei giri e alla corrispondente entrata in funzione del turbocompressore, per poi essere completamente bypassato ad alto numero di giri. Questa soluzione è stata ripresa recentemente dal gruppo Audi-VW sulla Polo GTI, per esempio, di cilindrata 1.400 e con una potenza di 180 CV.

Multi-turbo[modifica | modifica sorgente]

Il multi turbo è un sistema turbocompresso, che utilizza due o più unità invece che la soluzione singola; queste unità possono essere collegate in due modi:

Sequenziale[modifica | modifica sorgente]

Questo sistema utilizza delle diverse unità con caratteristiche diverse, per alimentare il motore nelle diverse situazioni.

Generalmente si utilizza un sistema doppio, dove c'è una turbina piccola, che ha una risposta veloce e una ridotta pressione d'uscita, mentre l'altra è di grandi dimensioni, con una risposta lenta, ma con un'elevata pressione d'uscita.
Queste unità vengono utilizzate in momenti diversi, l'intero funzionamento si può dividere in tre passi:

  • Bassi regimi, in questa situazione i gas di scarico vengono convogliati tutti sulla turbina più piccola, nel passaggio ai medi regimi una parte dei gas di scarico viene convogliata alla turbina più grande
  • Medio regimi, in questa situazione i gas di scarico vengono convogliati su entrambe le turbine, nel passaggio ai alti regimi i gas di scarico vengono convogliati principalmente alla turbina più grande.
  • Alti regimi, in questa situazione i gas di scarico vengono convogliati tutti sulla turbina più grande

Questa procedura permette d'avere un funzionamento più lineare del sistema di sovralimentazione con una risposta più rapida al comando del gas, come contro questo risulta un sistema molto costoso e complesso da mettere a punto.

Parallelo[modifica | modifica sorgente]

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Triflux.

Questo sistema convoglia i gas di scarico proveniente dal motore in parti uguali sui vari sistemi turbo, che in questo caso sono identici e che alimentano parti uguali e distinte del motore o possono funzionare in modo diverso a seconda del regime.

Nell'esempio di un sistema a doppio turbo, questi ricevono rispettivamente la parte di gas proveniente da una metà del motore ed alimentano una metà del motore.
Mentre nei sistemi più sofisticati le diverse turbine vengono utilizzate in modo diverso a seconda del regime, facendo funzionare più turbine in parallelo all'aumentare del regime del motore.

Questo sistema permette di ridurre il ritardo di risposta del sistema, inoltre permette un funzionamento del motore anche con una turbina danneggiata, come contro ha un costo superiore.

Turbocompressore a geometria variabile[modifica | modifica sorgente]

Turbocompressore a geometria variabile

Concettualmente identico al turbocompressore, la differenza più grande da questo è insita nella girante motrice o di scarico. Essa infatti è circondata da palette mobili il cui movimento, controllato dalla centralina elettronica, determina la variazione dell'angolo d'incidenza dei gas di scarico con le palette della girante motrice stessa. In funzione del regime di rotazione, queste vengono chiuse o aperte per favorire la velocità o la portata a seconda dei regimi stessi. Ciò porta ad una maggiore flessibilità e adattabilità di comportamento rispetto al "Turbo" a chiocciola fissa: una turbina a geometria variabile consente di ottenere la stessa bassa inerzia di una turbina di piccole dimensioni e la portata d'aria (quindi potenza) di una turbina di maggiori dimensioni. Il campo di applicazione più vasto è quello dei TurboDiesel ad alta pressione di iniezione come Common Rail e iniettore pompa.

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ Carburazione

Altri progetti[modifica | modifica sorgente]

Collegamenti esterni[modifica | modifica sorgente]