di Matteo di Lallo - 02 dicembre 2019

Sovralimentazione: non c’è solo il turbo

Ridurre la cilindrata è uno dei metodi più efficaci per contenere le emissioni, ma per non perdere prestazioni la soluzione più diffusa è la sovralimentazione. Non solo con il turbo

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La tecnica della sovralimentazione, introducendo un maggiore quantitativo di aria all’interno del cilindro (aria caratterizzata da una maggiore densità, una maggiore pressione e un numero maggiore di molecole di ossigeno), è in grado di aumentare le prestazioni di un comune motore endotermico.

La maggiore densità della carica fresca nella camera di combustione influisce direttamente sulla potenza effettiva, perché va a migliorare il coefficiente di riempimento e quindi il rendimento volumetrico, ad aumentare la pressione media con la quale i gas premono sul pistone durante ogni fase di scoppio ed espansione, a incrementare il valore della p.m.e. (pressione media effettiva) e quindi della potenza utile e ad innalzare il valore di coppia erogata dal motore e naturalmente anche di potenza in quanto prodotto della coppia per il regime di rotazione. Per ottenere questa tecnica esistono diversi sistemi.

Ci sono diversi modi per ottenere le massime prestazioni e ridurre il turbo-lag

Si possono adottare i compressori volumetrici, cioè delle macchine volumetriche in grado di spostare la medesima quantità di aria ad ogni ciclo motore, con una portata di aria che aumenta in modo direttamente proporzionale con la velocità di rotazione del motore e un rapporto di compressione indipendente dalla velocità di rotazione, quindi con una pressione di sovralimentazione che rimane sempre costante.

Tali sistemi, azionati tramite cinghia dallo stesso motore, comportano notevoli perdite, che sono tanto più alte quanto maggiore è il rapporto di compressione.

Oppure si possono utilizzare i turbocompressori o compressori centrifughi, cioè macchine operatrici dinamiche caratterizzate da una pressione di sovralimentazione e da una portata che aumentano con il quadrato del regime di rotazione secondo una legge esponenziale.

Sono composti da una turbina centripeta (ingresso radiale e un’uscita assiale) mossa dai gas di scarico (lato caldo) che muove un compressore centrifugo (ingresso assiale e un’uscita radiale) che aspira l’aria, la comprime e con una maggiore pressione la invia all’aspirazione del motore (lato freddo). Questa soluzione comporta minori perdite rispetto alla precedente, ma soffre di un maggiore turbo-lag (ritardo di risposta ai transitori).

Adottando un turbocompressore esistono oggi diverse strategie con le quali ottenere dai motori le massime prestazioni e ridurre al minimo il turbo-lag.

La prima sono i turbo a geometria variabile (di solito utilizzati sui motori diesel) con i quali, grazie a una parte statorica della turbina regolabile per mezzo di palette a sezione di ingresso variabile, è possibile attuare un migliore controllo sul flusso di gas di scarico in arrivo alla turbina e di conseguenza limitare il fenomeno del ritardo di riposta, ottenendo con un solo turbocompressore l’effetto di due unità separate disposte in serie.

La seconda sono i turbo di tipo twin scroll (di solito utilizzati sui motori benzina) con i quali, grazie a una chiocciola della turbina divisa in due canali ben distinti, è possibile sfruttare a pieno ogni singola pulsazione in arrivo dal motore, evitando che possano ostacolarsi a vicenda, eliminare i problemi di efficienza che affliggono i turbo single scroll ai bassi regimi e ai carichi elevati e di conseguenza limitare il fenomeno del ritardo di riposta.

La terza sono le soluzioni biturbo parallelo o sequenziale di solito utilizzati nei motori pluricilindrici, sia benzina che diesel, con configurazione a V i primi o con disposizione in linea i secondi.

Nel primo caso si hanno due turbocompressori di uguali dimensioni, adibiti a gestire ognuno una sola delle due bancate del motore, che permettono di ottenere un superiore grado di sovralimentazione e un contenuto ritardo di risposta rispetto a una singola unità di sovralimentazione di maggiori dimensioni.

Nel secondo caso si hanno due turbocompressori di diverse dimensioni: uno di minori dimensioni e inerzie (basso turbo-lag) per bassi regimi e bassi carichi e uno più grande e di maggiore portata per gli alti regimi e alti carichi. Ai medi regimi e medi carichi una valvola separatrice permette ai due turbocompressori di lavorare simultaneamente, inviando loro la necessaria parte di aria. In questo modo si ottiene un’ottima soluzione al tanto odiato fenomeno del turbo-lag senza dover rinunciare alla massima potenza erogata.

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