Come funziona - Turbodiscount.it

Vai ai contenuti

Come funziona

Tecnica



Principio di funzionamento

Il turbocompressore non è altro che un compressore centrifugo, trascinato per mezzo di un alberino da una turbina centripeta che è mossa a sua volta dal flusso dei gas di scarico che la investono; le due giranti sono simili, soltanto che hanno i flussi di entrata ed uscita invertiti.
Una delle cose più difficili da comprendere è che più veloce gira la turbina e meno fatica essa fa a pompare ulteriormente l'aria: la portata d'aria lavorata cresce con il quadrato della velocità di rotazione, succede così che mentre una turbina a 80.000 giri al minuto pompa circa 0,4 metri cubi d'aria al secondo, a 160.000 non ne pompa il doppio ma bensì 4 volte tanto e nello stesso tempo la sovrapressione cresce in modo vertiginoso, passando da 0,2 bar a 1,6 bar con un incremento quindi di ben otto volte !
Ciò determina le sue due caratteristiche principali: una lentezza di risposta iniziale (il famoso turbolag) seguita poi da una eccezionale escalation di potenza. Infatti quando ai regimi di rotazione inferiori la spinta dei gas di scarico non è sufficiente a far girare velocemente le pale della turbina, la pressione di alimentazione del motore non supera quella atmosferica; dopodiché, insistendo con la richiesta di potenza, il flusso e la temperatura dei gas prodotti dalla combustione aumentano ed appena questi sono sufficienti a fornire una sovrapressione s'innesca una reazione a catena che porta ad una vera e propria esplosione di potenza che può essere fermata solo da due evenienze, la distruzione del motore o l'apertura della valvola wastegate.
Un motore turbo si adegua al carico che subisce il motore ed è facilmente verificabile: partendo da fermi, accelerate fino a raggiungere nella marcia più alta una velocità che sia quella di crociera del veicolo; tenendo sotto controllo il manometro della pressione vedrete che essa aumenterà ad ogni cambio di marcia fino al massimo, ma, stabilizzandosi la velocità (a parità di pressione sull'acceleratore) essa tenderà a diminuire. Per la stessa ragione è impossibile arrivare alla massima pressione accelerando il motore in folle.
Questo fatto è quello che favorisce in modo notevole l'utilizzo di un motore turbo in una gara in salita: non tenendo conto della variazione di potenza a seconda dell'altezza, maggiore è il carico che deve vincere il motore per spingere la macchina e maggiore automaticamente diventa la pressione di sovralimentazione.



Com'è fatto un turbo-compressore


Il suo aspetto è standardizzato per cui, chiunque sia il produttore, la forma è sempre la medesima ed identici i principi di funzionamento; l'unica parte in cui si hanno delle differenze di costruzione e di azionamento è la valvola Wastegate.

Analizzato nelle sue varie parti è composto da:

1- una prima ventola mossa dai gas di scarico racchiusa in un corpo, detto chiocciola, normalmente in ghisa ed avente la forma di una spirale (la turbina);

2- un corpo centrale destinato a supportare i cuscinetti e la lubrificazione dell'asse che unisce le due ventole;

3- una seconda ventola destinata a succhiare ed a comprimere l'aria racchiusa in un corpo di alluminio con la forma sempre a spirale detta girante del compressore; è questa la più importante delle due perché il diametro, l'inclinazione e l'altezza delle pale, il regime di rotazione messi in rapporto fra loro danno il campo operativo entro il quale dovrà svolgere la propria funzione l'intera turbina, nonché il suo rendimento.


Si Ringrazia www.ammirati.org per la concessione di quanto sotto:

QUALCHE BREVE RICHIAMO TECNICO: cos'è una turbina, un turbocompressore, un turbocompressore a geometria variabile, un compressore volumetrico.



TURBINA:

E' un dispositivo costituito da una girante munita di palette e alloggiata in uno statore avente conformazione a chiocciola. In campo automobilistico si impiegano turbine azionate dai gas di scarico, che consentono di recuperare parte dell'energia posseduta da questi ultimi, che altrimenti finirebbe dispersa nell'atmosfera. Quando i gas escono dal cilindro hanno una elevata temperatura e una certa pressione: la turbina consente di trasformare in energia meccanica una parte del loro calore e della loro energia di movimento. Le turbine a gas di scarico che usualmente vengono utilizzate per azionare compressori centrifughi sono quasi sempre del tipo a flusso centripeto; la girante (che deve essere equilibrata con una accuratezza eccezionale) viene realizzata in genere in leghe speciali estremamente resistenti alle alte temperature (come ad esempio il Nimonic, materiale usualmente impiegato per le turbine dei motori aeronautici) mentre la chiocciola, tipicamente, e' in ghisa. Rispetto alle turbine impiegate in anni passati, un miglioramento dell'affidabilità lo si è ottenuto introducendo il raffreddamento ad acqua e l'utilizzo di olii motori con specifiche migliorate.



TURBOCOMPRESSORE:

Il turbocompressore (noto spesso come "turbo") rappresenta senza dubbio il sistema di sovralimentazione più diffuso in campo automobilistico. Esso è composto da una girante turbina che 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. Il compressore, trascinato in rotazione dalla turbina, comprime l'aria e la immette 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. In questo modo è possibile immettere nella camera di scoppio anche un maggior quantitativo di carburante, assicurando così 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 girante normalmente supera i 200.000 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 presente una valvola, detta di wastegate , per eliminare i gas in eccesso e stabilizzare la pressione in un determinato range (sia quella di picco che quella di mantenimento). Una ulteriore valvola -presente solo su motizzazioni benzina- chiamata di "by-pass" o di "pop-off" nel caso scarichi in aria libera, provvede ad aprirsi totalmente in fase di rilascio del gas. Questo per evitare che, con farfalla totalmente chiusa, la turbina (che continua a ruotare per effetto dell'inerzia) comprima l'aria contro la farfalla del gas completamente chiusa ricevendo un "colpo d'ariete" sulla girante. Il colpo d'ariete compromette sia l'affidabilità del turbocompressore e, per altro verso, contribuisce ad un aumento dell'effetto "turbo-lag" a causa del rallentamento della velocità del compressore costretto a "soffiare" contro la valvola a farfalla chiusa. Questa valvola può essere di due tipi. Il primo tipo è a sfiato interno (detta anche di ricircolo o di by-pass): in questo caso l'aria in eccesso viene convogliata a monte della turbina. Il secondo tipo è a sfiato esterno ("pop-off") e in questo caso l'aria in eccesso viene semplicemente espulsa in aria libera da un apposita apertura situata nella valvola, creando il tipico "sbuffo" quando si rilascia -in modo repentino- il pedale acceleratore. Il turbocompressore funziona particolarmente bene agli alti regimi di rotazione mentre, fino ai 2000-3000 RPM, rappresenta solo uno svantaggio per via dell'inerzia della girante che rallenta i gas di scarico, inducendo una non trascurabile contropressione. Nei motori ad alte prestazioni c'è quindi la tendenza a installare più turbocompressori di ridotte dimensioni anziché uno solo. In tema di turbocompressore e di compressore volumetrico, vale la pena dedicare due righe alla Delta S4 del 1985, il cui quattro cilindri con cilindrata 1759cc erogava, nella versione "stradale" ed in quella da rally, rispettivamente ben 250cv e 500cv (dichiarati, si parlava in realtà di circa 600 effettivi). Quest'unità utilizzava un sistema combinato in cui un compressore volumetrico ed un turbocompressore operavano in serie: ai bassi regimi era attivo il volumetrico, la cui azione diminuiva all'aumentare dei giri - ed alla corrispondente entrata in funzione del turbocompressore - per poi essere completamente "by-passato" ad alto numero di giri. Questa soluzione è stata ripresa -ad esempio- recentemente dal gruppo Audi-VW sulla Golf V equipaggiata con motore di cilindrata 1.400 in grado di sviluppare una potenza di ben 170cv, con un ottimo risultato in ambito di prestazioni e consumi.



TURBOCOMPRESSORE A GEOMETRIA VARIABILE:

Concettualmente identico al turbocompressore; la differenza più evidente da quest'ultimo è riscontrabile nella girante di scarico. Essa infatti è "circondata" da palette deflettrici mobili che determinano la variazione dell'angolo d'incidenza del flusso dei gas di scarico rispetto alle palette della girante motrice. 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 geometria 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 l'effetto di maggior riempimento volumetrico dei cilindri) di una turbina di maggiori dimensioni. Il campo di applicazione più vasto è quello dei TurboDiesel ad alte prestazioni.



COMPRESSORE VOLUMETRICO:

Il compressore centrifugo o volumetrico utilizza lo stesso principio del turbocompressore, la differenza principale però 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, oppure può essere mossa da un motore elettrico. Il vantaggio in termini di potenza di quest'ultima soluzione è molto ridotto rispetto al turbocompressore, e 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 (e conseguentemente i costi) relativi all'installazione del turbo e la rende un'ottima alternativa qualora l'incremento di cavalli si voglia contenere entro l' 80-99% della potenza iniziale (questo nel caso di giranti molto grandi). Una soluzione molto più rara sta nell'utilizzare un compressore centrifugo con la girante mossa da un motorino elettrico. La particolarità di questa installazione risiede nel fatto che in generale si sfruttano trasmissioni meccaniche per l'azionamento di compressori volumetrici mentre quelli dinamici vengono azionati con i gas di scarico.



Si Ringrazia www.ammirati.org per la concessione di quanto sopra.





Copiright 2009 - 2019 Italiana Ricambi
Torna ai contenuti