Come funziona il turbocompressore?
Tecnologia quasi magica, il turbocompressore ha trasformato i goffi motori diesel in unità potenti e ricche di coppia e ha reso più ‘sobri quelli a benzina. Ma come avviene questo quasi miracolo? La combustione della miscela aria-carburante, che è alla base del funzionamento dei motori a scoppio, è tanto più energetica quanto più ossigeno è disponibile nella camera di scoppio. Per aumentare il numero delle molecole di O2 disponibili a combinarsi con il carburante si possono percorrere due strade: ridurre la temperatura dell’aria o aumentarne la pressione tramite un compressore. Esso può essere azionato meccanicamente, tramite cinghie o ingranaggi, oppure da una turbina mossa dai gas di scarico: soluzione, questa, che dà vita al celeberrimo turbocompressore. Diciamo subito che i gas di scarico contengono ancora molta energia – si parla di diversi kW – data sia dal loro calore sia dalla pressione (la fase di espansione non riesce ad abbassare la loro pressione fino a quella atmosferica) ed essa viene raccolta dalla turbina, che la trasferisce alla girante del compressore tramite un alberino sul quale sono montate entrambe. Essa riceve l’aria atmosferica e, girando vorticosamente (si superano tranquillamente i 100mila giri/minuto) la spinge a pressione nella “chiocciola” che la raccoglie e la invia al collettore di aspirazione.
Il turbocompressore e l’intercooler
In realtà il passaggio dell’aria compressa al motore non è diretto, dato che essa passa prima nell’eventuale intercooler che ha il compito di raffreddarla perché la compressione ne innalza la temperatura. Nei motori a benzina può essere presente una valvola, detta “ pop-off”, posizionata fra il compressore e la farfalla: essa espelle l’aria compressa in rilascio. Il motivo della sua presenza è presto detto: quando si alza il piede dall’acceleratore il compressore continua ad spingere l’aria per l’inerzia della girante ma la valvola a farfalla chiusa fa da barriera, spingendo l’aria compressa indietro verso la girante stessa e originando il cosiddetto “colpo d’ariete”, una sovrappressione dannosa per il turbocompressore. Il cammino dei gas di scarico vede un distributore, una serie di alette che rendono il moto dei gas prevalentemente tangenziale rispetto alle palette della turbina in modo da massimizzare la conversione dell’energia termica in energia cinetica.
“Accessori” importantissimi per il turbocompressore
Un’importante evoluzione del turbocompressore ha riguardato proprio il distributore: nelle unità a geometria variabile l’inclinazione di queste palette è regolabile e controllata da una centralina elettronica. Ai bassi regimi queste piccole alette sono inclinate in modo da ridurre la sezione di passaggio dei gas, che aumentano la loro velocità e assumono una direzione che accelera prima il regime della girante: è infatti meglio avere infatti flussi di gas più piccoli ma meglio orientati invece di un getto grande ma dispersivo. Un altro importante componente del turbocompressore è la valvola waste-gate: la sua apertura impedisce infatti che la pressione dei gas di scarico raggiunga valori pericolosi per l’integrità delle parti meccaniche.
