Turbocompressore: quali sono i suoi vantaggi e cos'è il turbo lag?

Un turbocompressore, o "turbo" in breve, è un dispositivo che aumenta la potenza di un motore a combustione interna forzando l'aria nella camera di combustione.

L'aumento di potenza deriva dal motore che riceve molte più molecole di ossigeno dallo stesso volume d'aria. Poiché l'aria è pressurizzata, la miscela è più esplosiva, il motore quindi accelera più facilmente e non ha bisogno di più carburante.

Oltre al turbocompressore, per sovralimentare il motore viene utilizzato anche un compressore o una combinazione di turbocompressore e compressore.

Qual è la differenza tra un turbocompressore e un compressore?

La differenza fondamentale tra un turbocompressore e un compressore è che un compressore è azionato meccanicamente tramite una cinghia attaccata all 'albero motore, mentre i gas di scarico del motore azionano un turbocompressore.

Poiché il compressore utilizza l'energia del motore per la sua guida, prenderà parte dell'energia del motore, ma alla fine gli fornirà più energia. Un altro svantaggio del compressore è la sua minore efficienza adiabatica rispetto al turbocompressore.

L'efficienza adiabatica è la capacità del compressore di comprimere l'aria senza aggiungere calore in eccesso all'aria. Più bassa è la temperatura dell'aria, più densa è l'aria e contiene più molecole di ossigeno. Quindi i compressori aggiungono più calore all'aria rispetto ai turbocompressori, rendendoli meno efficienti.

Come già accennato, il turbocompressore non è azionato meccanicamente ma dai gas di scarico e quindi non prende energia dal motore, che è più efficiente. Rispetto al compressore ha però uno svantaggio: il turbo lag.

Cos'è il turbo lag?

Il turbo lag è il tempo che intercorre tra la richiesta di aumento di potenza, ovvero la pressione del pedale dell'acceleratore, e l'inizio della potenza (turbo kick-in). Nei modelli più recenti che utilizzano turbocompressori, potrebbe essere di circa 1 secondo, ma tutto dipende dal tipo di turbo.

In altre parole, il turbo lag è il tempo necessario al sistema di scarico e al turbocompressore per creare la spinta necessaria per aumentare la potenza. I Supercharger non hanno questo problema perché sono azionati direttamente dal motore, e la risposta all'acceleratore è, quindi, istantanea.

I bassi regimi del motore NON sono turbo lag

A volte i bassi regimi del motore vengono scambiati per turbo lag nel caso di auto con cambio manuale. Se il regime del motore è basso, l'attesa dell'accelerazione può richiedere diversi secondi dopo aver premuto il pedale dell'acceleratore. Tuttavia, questo ritardo non è turbo lag ma la scelta della marcia sbagliata.

I turbocompressori fanno affidamento sull'aumento della pressione dei gas di scarico per azionare una turbina (elica), che non può essere raggiunta al minimo oa bassi regimi del motore. Quando il motore raggiunge giri sufficienti, la turbina inizia a ruotare in modo tale da creare una pressione di aspirazione superiore a quella atmosferica.

Il turbocompressore mira a migliorare l'efficienza volumetrica del motore aumentando la densità dell'aria aspirata, consentendo più potenza per ciclo motore.

Un turbo più grande aggiungerà più potenza?

Le dimensioni e la forma della turbina (gira fino a 300.000 giri/min) influiscono su alcune delle caratteristiche prestazionali del turbocompressore. Le dimensioni della turbina determinano anche la quantità di aria che fluirà attraverso il sistema. In generale, più grande è la turbina, maggiore è la capacità del flusso d'aria.

Le prestazioni di un turbocompressore sono strettamente correlate alle sue dimensioni. I turbocompressori di grandi dimensioni richiedono più pressione, il che provoca un turbo lag a basse velocità. I piccoli turbo girano velocemente ma potrebbero non avere la stessa potenza ad alta accelerazione.

Per combinare efficacemente i vantaggi di turbocompressori grandi e piccoli, vengono utilizzati turbocompressori doppi o turbocompressori con geometria variabile delle pale.

Biturbo, Biturbo:

Twin-turbo o Bi-turbo sono due turbocompressori che lavorano in parallelo (congiuntamente) o in sequenza (separatamente). In una configurazione parallela, un turbocompressore è azionato da una metà e l'altro dall'altra metà dei gas di scarico del motore ed entrambi funzionano contemporaneamente. I turbo più piccoli hanno meno turbo lag rispetto ai turbo più grandi, quindi vengono spesso utilizzati due piccoli turbo.

In una configurazione sequenziale, un turbocompressore più piccolo funziona a basso numero di giri e l'altro più grande viene acceso a un numero di giri del motore predeterminato più alto. I turbo sequenziali riducono il ritardo del turbo ma richiedono tubi complessi per alimentare entrambi i turbo.

Turbocompressore Twin-Scroll:

Questo tipo di turbocompressore ha due canali per l'aspirazione dei gas di scarico nella parte della turbina. I tubi di scarico conducono entrambe le porte Twin-Turbo dai cilindri in modo che il vuoto non assorba energia dai gas di scarico di un cilindro. Al contrario, la valvola di scarico dell'altro cilindro non si è ancora chiusa, ma la sua valvola di aspirazione ha già iniziato ad aprirsi.

Se l'accensione nei cilindri è nell'ordine 1-3-4-2, i cilindri 1 e 4 condurranno a un canale e i cilindri 2 e 3 condurranno all'altro canale. In questo caso non ci sarà alcuna perdita di energia dei gas di scarico perché il cilindro 3, che prenderebbe energia dai gas di scarico del cilindro 1, non è collegato allo stesso tubo.

Lo svantaggio del turbocompressore twin-scroll è la sua difficoltà, ma anche il fatto che è necessario avere un numero pari di cilindri in modo che i gas di scarico di altrettanti cilindri confluiscano in ciascun canale.

Turbocompressore a geometria variabile:

Un turbocompressore a geometria variabile utilizza palette mobili per regolare il flusso d'aria nella turbina, imitando un turbocompressore di dimensioni ottimali lungo tutta la curva di potenza. Il risultato è un turbocompressore senza turbo lag osservabile.

A cosa serve Wastegate?

La wastegate devia i gas di scarico lontano dalla turbina del turbocompressore. La velocità della turbina è controllata deviando i gas di scarico. La funzione principale della valvola di bypass è regolare la pressione di riempimento in modo da non danneggiare il motore o il turbocompressore.

A cosa serve la valvola Blowoff?

Una valvola di scarico è una valvola che rilascia la pressione nei motori turbocompressi. Questa valvola aiuta a svuotare lo spazio tra il turbo e la farfalla rilasciando aria compressa nell'ambiente per ridurre l'usura del turbo.

Quando l'aria viene rilasciata, entra un caratteristico sibilo o fischio.

Allora perché sovralimentare i motori?

La sovralimentazione può aumentare la potenza del motore e ridurre il consumo di carburante, ma alcuni produttori continuano a preferire motori a benzina aspirati di grandi dimensioni. Oggi i motori diesel senza turbocompressore non vengono più prodotti perché hanno prestazioni carenti rispetto a quelli a benzina.

Guarda una breve animazione di come funziona un motore turbo: