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Sovralimentazione

Argomenti tecnici

Il turbocompressore è composto da una turbina che viene messa in rotazione dai gas di scarico e da una chiocciola calettata collegata a tale girante mediante un piccolo albero generalmente in lega di magnesio. La chiocciola, ruotando, comprime l’aria e la immette quindi nel collettore d’aspirazione, arricchendo la miscela e assicurando una maggiore potenza. 

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 girantenormalmente supera i 100.000 giri/min. 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. Per questo motivo è resente una valvola, detta di wastegate , per eliminare i gas in eccesso. 

Una ulteriore valvola chiamata “pop-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”. Questa valvola può essere di 2 tipi: A sfiato interno (detta anche a ricircolo o a By-pass) e in questo caso l’aria in eccesso viene convogliata a monte della turbina, tramite un tubicino situato nella valvola stessa, che riesegue tutto il ciclo; A sfiato esterno (o sfiato libero) e in questo caso l’aria in eccesso viene semplicemente espulsa da un apposito ugello situato nella valvola, creando il tipico sbuffo.

Recentemente è stato sviluppato un sistema molto avanzato detto a geometria variabile montato principalmente su motori diesel di ultima generazione. Il compressore volumetrico comprime l’aria prima di immetterla nei cilindri mediante un compressore a lobi che anziché essere mosso dai gas di scarico viene fatto girare dal motore mediante una cinghia. Questo assicura un maggior rendimento ai bassi e medi regimi di rotazione. Il compressore centrifugoinvece utilizza una chiocciola di aspirazione molto simile a quella del turbocompressore, la differenza principale è che la girante non è messa in funzione dai gas di scarico ma da una puleggia calettata sull’alberino della girante e collegata tramite cinghia a una delle pulegge che ruotano insieme al motore, come se fosse una puleggia della distribuzione.

Il vantaggio in termini di potenza di quest’ultima soluzione è molto ridotto rispetto al turbocompressore, la principale causa sta nel fatto che ruotando vincolata al motore (al contrario della girante del turbo che ruota liberamente) il numero di giri raggiungibile fa sì che non si possa arrivare ad elevate pressioni; tuttavia la estrema semplicità di installazione di questo tipo di sovralimentazione fa sì che vengano abbattuti tutti i problemi relativi all’installazione del turbo e la rende un’ottima alternativa qualora l’incremento di cavalli si voglia contenere entro l’80-100% della potenza iniziale. Una soluzione molto più rara sta nell’utilizzare un compressore centrifugo con la girante mossa da un motorino elettrico. Sui motori turbodiesel di auto ed autocarri, i turbocompressori a geometria variabile si sono ormai diffusi tantissimo. Oltre alla geometria variabile del lato “caldo” del turbocompressore si sono perfezionati i sistemi di pilotaggio della geometria stessa, con l’utilizzo di motori elettrici controllati dalla centralina di iniezione elettronica. 

Tale sistema, rispetto al precedente comando pneumatico, ha il vantaggio di essere più preciso e più veloce nell’attuazione del sistema meccanico che gestisce l’incidenza dei gas di scarico tramite l’angolatura delle palette dello statore. Come ulteriore sviluppo, si stanno iniziando ad utilizzare sistemi di sovralimentazione bi-stadiocostituiti da 2 turbocompressori 2 di uguale dimensione sequenziali o 2 turbocompressori di cui uno molto piccolo ed uno molto grande. Questi sistemi consentono di avere ad ogni regime di giri del motore diesel, una configurazione ottimale della sovralimentazione, garantendo alti valori di coppia motrice già a bassissimi regimi di rotazione e alte potenze specifiche. 

Ulteriore vantaggio di questi sofisticati sistemi è nella riduzione o annullamento del ritardo di risposta del turbo. BMW presenta infatti il suo 3 litri 6 cilindri con iniezione common rail di seconda generazione e sovralimentazione bistadio realizzata con un turbocompressore di piccole dimensioni ed un turbocompressore di grandi dimensioni in grado di lavorare in modo sequenziale. La potenza della 335d 3000d è di 286cv. La potenza specifica è di oltre 95cv/litro. Peugeot utilizza il doppio turbocompressore sul suo 2.2HDI common rail. Iniezione common rail di seconda generazione con pressioni di 1800 bar e due turbocompressori delle stesse dimensioni con turbine in parallelo sulla linea di scarico ad inserimento sequenziale gestite dalla centralina EDC. 

La potenza del 2,2 litri Peugeot in questa configurazione raggiunge i 170cv. Per citare un particolare esempio di sovralimentazione doppio stadio installato su motori a benzina, la VW ha realizzato il suo primo 1.4TFSI che impiega un sistema di iniezione diretta della benzina (simile ad un common rail diesel ma con pressioni molto più basse) e sovralimentazione con un compressore volumetrico azionato da una frizione elettromagnetica pilotata dalla centralina elettronica, ed un turbocompressore di generose dimensioni collegato in serie al compressore volumetrico (che ad un certo regime e carico viene sganciato meccanicamente e bypassato dal circuito di sovralimentazione. La potenza del 1.4 twin charged è di 140cv o 170cv in base alle versioni di auto sulle quali è installato.

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