Turbocompressore: cos'è, come funziona

02/01/22

 

 

Il turbocompressore è un dispositivo che permette di sovralimentare il motore, immettendo una quantità di aria nel circuito di aspirazione, maggiore di quella che potrebbe avvenire, a parità di cilindrata,  in un motore aspirato.

Ma per capirne fino in fondo il suo funzionamento  e la sua utilità è necessario fare un breve ripasso.

Nei motori aspirati, durante la fase di aspirazione, il pistone, nella fase di discesa, aspira una quantità di fluido (composto da aria e benzina), che può raggiungere al massimo il volume del cilindro (cilindrata).

Quindi in un motore di 2 litri (2.000 cc), può essere aspirato al massimo 2 litri di fluido.

Tenendo conto che vi è il rendimento volumetrico (meglio definirlo il coefficiente di riempimento del cilindro) il volume di fluido effettivamente aspirato, risulta minore, rispetto a quello teorico.

 

Il turbocompressore, permette di "sovralimentare" il motore, proprio perchè, permette di immettere in modo "forzato" una quantità di fluido maggiore rispetto alla cilindrata del motore.
In pratica, Il turbocompressore recupera parte dell’energia dei gas di scarico e la utilizza per sovralimentare il motore. Incrementando la massa d’aria inviata nelle camere di combustione, migliora la coppia e la potenza del propulsore, senza richiedere un aumento della cilindrata.


Quanto di più? Dipende dalla pressione di sovralimentazione.

Per limitare il valore della pressione di sovralimentazione si utilizzano apposite valvole di sicurezza che impediscono ad una parte dei gas di scarico di raggiungere la turbina: si chiamano valvole  wastegate.Senza di queste, la pressione raggiungerebbe valori così elevati da danneggiare sia la turbina che il motore stesso.

In linea di massima possiamo dire, che maggiore è la pressione di sovralimentazione e maggiore è la quantità di fluido immesso nel cilindro.

Per aumentare la pressione però è necessario disporre di turbine di grandi dimensioni, che a causa del loro peso, hanno una maggiore inerzia nel mettersi in movimento, causando un ritardo nella "risposta del turbo" al comando dell'acceleratore. Questo fenomeno si chiama turbo-lag

Per ridurlo sono state create le turbine a geometria variabile: turbine in cui, variando opportunamente l'inclinazione delle palette della turbina, in funzione dle numero di giri del motore, è possibile ottenere una riduzione dei tempi di risposta della turbina stessa.

Un altro sistema utilizzato, è quello di mettere più turbine in parallelo o in serie), in modo da avere a parità di pressione massima di esercizio, turbine di dimensioni, quindi  di inerzia, minore.

Inoltre, aumentando la pressione di sovralimentazione, si innalza la temperatura del fluido, facendone diminuire la densità e quindi la quantità effettiva.

Per questo, il fluido può essere raffreddato, prima di essere immesso nel cilindro, attraverso degli appositi scambiatori di calore chiamati intercooler.

 

 

Ma come è fatto, meccanicamente  un turbocompressore?
E' formato da due giranti, la turbina e il compressore, collegate tra loro da un alberino.
La turbina è inserita in un corpo a forma di chiocciola nell’impianto di scarico; il compressore, invece, è inserito nel collettore di aspirazione.

 

Come funziona. 
I gas che fuoriescono dalla camera di combustione, passano attraverso la valvola di scarico e raggiungono la turbina, generandone il movimento.
La turbina, attraverso l'alberino di collegamento, mette in movimento il compressore, che aspirando l'aria dall'esterno, la spinge in modo forzato all'interno del condotto di aspirazione, generando una sovrapressione di alimentazione.

Come detto in precedenza, l'aria compressa passa dapprima attraverso un radiatore chiamato intercooler (che provvede a raffreddarla, aumentandone la densità a parità di volume)

 

Lubrificazione della turbina

La turbina ed il compressore raggiungono un elevato numero di giri di rotazione, circa 180.000 giri/min.

Per questo, l'alberino di collegamento tra le due girnati, deve essere opportunamente lubrificato.

L'olio della lubrificazione  è lo stesso utilizzato per la lubrificazione del motore, ed è messo in circolazione dalla stessa poma dell'olio.Per questo, prima di spegnere il motore, soprattutto se si è fatto un utilizzo ad elevato numero di giri del motore, è opportuno lasciare girare qualche secondo il motore al minimo. In caso di spegnimento improvviso infatti, la turbina che gira a velocità di rotazione molto più elevate, potrebbe continuare a girare ma senza la opportuna lubrificazione, danneggiandosi.

 

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