Turbo compressore: come funziona e a cosa serve

Il turbo compressore, o semplicemente turbocompressore, è un componente che ha rivoluzionato il mondo dei motori a combustione interna, sia a benzina che diesel. Nato dall’esigenza di migliorare le prestazioni senza incrementare la cilindrata del motore, il turbo compressore sfrutta l’energia dei gas di scarico per comprimere l’aria in entrata, aumentando così la quantità di ossigeno disponibile nella camera di combustione.

In questo articolo vedremo nel dettaglio il funzionamento del turbo compressore, le sue diverse applicazioni nei propulsori a benzina e a gasolio e le tecnologie più avanzate che ne stanno plasmando il futuro.

Cos’è un turbo compressore e a cosa serve

Il turbo compressore, o turbocompressore, è un dispositivo molto importante nei motori a combustione interna. Il suo scopo principale è potenziare le prestazioni del motore senza la necessità di aumentarne la cilindrata. Questo componente permette di ottenere una maggiore potenza mantenendo invariate le dimensioni del propulsore.

Ma a cosa serve il turbocompressore in termini pratici? La sua funzione principale è quella di migliorare l’efficienza del motore. Grazie all’uso del turbocompressore, è possibile ottenere prestazioni superiori sfruttando l’energia che altrimenti verrebbe dispersa con i gas di scarico. Questo non solo aumenta la potenza del powertrain, ma contribuisce anche a ridurre il consumo di carburante, soprattutto nei motori più piccoli che beneficiano di questa tecnologia per compensare la loro minore cilindrata.

Un’altra importante caratteristica del turbocompressore è la sua capacità di ottimizzare il rapporto peso/potenza del motore, rendendo i veicoli più leggeri e agili, ma comunque potenti. Tuttavia, uno degli svantaggi principali è il cosiddetto turbo lag, ovvero il ritardo nella risposta del motore quando si accelera bruscamente, un problema che viene mitigato in parte con l’uso di tecnologie avanzate come i turbocompressori a geometria variabile.

Come funziona il turbocompressore

Il turbocompressore opera grazie a due elementi fondamentali: la turbina e il compressore. Questi componenti sono interconnessi mediante un albero motore comune.

Ecco il processo nel dettaglio:

• Fase di scarico dei gas: i gas di scarico, generati dalla combustione all’interno del motore, vengono convogliati nel collettore di scarico e poi spinti verso la turbina. La pressione e la velocità di questi gas fanno girare la turbina a velocità estremamente elevate, fino a 200.000 giri al minuto.
• Azione del compressore: il movimento della turbina viene trasferito al compressore tramite l’albero. Il compressore, a sua volta, aspira aria dall’esterno e la comprime, aumentando la pressione dell’aria che viene inviata ai cilindri del motore.
• Intercooler: prima di raggiungere i cilindri, l’aria compressa passa attraverso un intercooler, un radiatore auto che raffredda l’aria riscaldata durante la compressione. Questo processo aumenta ulteriormente la densità dell’aria, migliorando l’efficienza della combustione.
• Sovralimentazione: l’aria compressa e raffreddata entra nei cilindri del motore, dove viene miscelata con il carburante. Grazie alla maggiore quantità di ossigeno presente, la combustione è più efficiente e genera una potenza maggiore rispetto a un motore aspirato di pari cilindrata.

Il turbocompressore ha una serie di componenti ausiliari che ne ottimizzano il funzionamento:

• Valvola wastegate: regola la pressione all’interno della turbina, evitando che questa raggiunga velocità troppo elevate che potrebbero danneggiare il sistema.
• Valvola blowoff (o pop-off): gestisce l’aria in eccesso nei collettori di aspirazione, rilasciandola quando necessario per evitare sovrappressioni che potrebbero danneggiare il compressore.

Differenze tra turbo compressore e compressore volumetrico

Il turbocompressore e il compressore volumetrico sono due tecnologie utilizzate per la sovralimentazione dei motori a combustione interna, ma funzionano in modo molto diverso e presentano vantaggi e svantaggi specifici. Come detto poco fa, il turbocompressore sfrutta l’energia dei gas di scarico per far girare una turbina collegata a un compressore. Questo sistema è molto efficiente perché utilizza energia che altrimenti verrebbe sprecata, senza assorbire potenza dal motore.

Il principale vantaggio del turbocompressore è il miglior rendimento a regimi medio-alti, dove è in grado di fornire una sovralimentazione significativa. Tuttavia, presenta anche alcuni svantaggi, come il turbo lag. Il compressore volumetrico, al contrario, è azionato meccanicamente dall’albero motore tramite una cinghia o un sistema di ingranaggi. Questo gli permette di fornire una sovralimentazione immediata, eliminando il problema del turbo lag.

Il compressore volumetrico è particolarmente efficace ai bassi e medi regimi, offrendo una risposta pronta all’acceleratore e migliorando la coppia disponibile a questi regimi. Tuttavia, il suo principale svantaggio è l’efficienza: assorbe potenza dal motore per funzionare, il che si traduce in un maggiore consumo di carburante e un rendimento complessivamente inferiore rispetto al turbocompressore.

Turbocompressore motore a benzina vs diesel

Il funzionamento del turbocompressore e i risultati ottenuti possono variare parecchio tra i motori a benzina e quelli diesel.

Nei motori a benzina, il turbocompressore viene utilizzato principalmente per aumentare la potenza specifica, ossia la quantità di potenza erogata per litro di cilindrata. Questa tecnologia consente di ottenere una risposta più rapida dell’acceleratore e un maggior piacere di guida grazie a una curva di coppia più ampia.

I moderni motori turbo benzina sfruttano la sovralimentazione per migliorare l’efficienza a vari regimi di rotazione, specialmente grazie all’integrazione con sistemi di iniezione diretta. Tuttavia, i motori a benzina sono generalmente più sensibili al fenomeno del turbo lag.

Nei motori diesel, il turbocompressore è un componente quasi imprescindibile. Questi motori beneficiano naturalmente di una maggiore compressione rispetto ai motori a benzina e il turbo consente di sfruttare al massimo questa caratteristica. Il turbocompressore motore diesel migliora ulteriormente la coppia a bassi regimi, rendendo il motore diesel particolarmente efficiente per applicazioni che richiedono molta trazione, come nei veicoli pesanti o nei SUV. Inoltre, i motori diesel turbo sono noti per la loro efficienza nei consumi, specialmente su lunghe distanze e a regimi costanti, come quelli autostradali.

Tipi di motore turbo

I motori turbo sono diventati una parte fondamentale dell’industria automobilistica, con diverse varianti sviluppate per soddisfare esigenze specifiche di prestazioni, efficienza e risposta del motore. Ecco una panoramica sui principali tipi di motore turbo attualmente in uso.

Turbocompressore a geometria variabile (VGT)

Il turbocompressore a geometria variabile è una delle evoluzioni più avanzate dei sistemi di sovralimentazione. Questo tipo di turbo utilizza delle palette mobili nella turbina per modificare l’angolo di incidenza dei gas di scarico a seconda del regime di giri del motore.

Questo permette di ottimizzare la pressione di sovralimentazione su un ampio range di velocità del motore, migliorando la risposta ai bassi regimi e riducendo il turbo lag. È particolarmente comune nei motori diesel, ma viene sempre più utilizzato anche nei motori a benzina per migliorare l’efficienza e la guidabilità.

Turbocompressore elettrico (e-Turbo)

L’e-Turbo rappresenta una delle innovazioni più recenti. Questo sistema combina un tradizionale turbocompressore con un motore elettrico, che può far girare la turbina anche quando i gas di scarico non sono sufficienti per generare la pressione necessaria. Ciò elimina praticamente il turbo lag e migliora la risposta del motore ai bassi regimi. L’e-Turbo è già utilizzato in alcune vetture sportive di alta gamma e nelle competizioni, ma sta iniziando a fare la sua comparsa anche su auto di serie.

Twin Scroll: multi-turbo

Il turbocompressore Twin Scroll è progettato per migliorare l’efficienza del flusso dei gas di scarico verso la turbina. Questo tipo di turbo separa i gas di scarico provenienti da gruppi di cilindri specifici in due “scroll” (canali) distinti, riducendo le interferenze tra gli impulsi dei gas di scarico e ottimizzando la velocità e la pressione di ingresso nella turbina. Questo sistema offre una risposta più rapida e una maggiore efficienza, soprattutto ai bassi e medi regimi del motore.

Vantaggi e svantaggi del turbo compressore

Ecco una panoramica dei principali aspetti positivi e negativi associati all’uso di un turbocompressore.

Vantaggi

• Aumento di potenza
• Maggiore efficienza
• Riduzione delle emissioni

Svantaggi

• Maggiore complessità e costi
• Turbo lag
• Rischio di surriscaldamento

Manutenzione e problemi comuni con il turbocompressore

Una corretta manutenzione del turbocompressore dell’auto è essenziale per preservare l’efficienza e prevenire danni costosi.

Ecco alcuni punti chiave da considerare:

• Controllo dell’olio motore
• Pulizia del filtro aria
• Raffreddamento del turbo

Nonostante una manutenzione accurata, possono comunque insorgere alcuni problemi comuni:

• Fumo dallo scarico
• Perdita di potenza
• Rumori anomali
• Surriscaldamento