Turbocompressore: cos'è e come funziona

Gran parte dei motori, benzina e diesel che siano, sono dotati di turbocompressore. A differenza dei motori aspirati, i motori turbo sfruttano l’aspirazione forzata per mezzo del turbocompressore, che utilizza una turbina mossa dai gas di scarico per generare la sovralimentazione. I motori dotati di turbocompressore sono molto in voga visto che, a differenza dei motori aspirati, consentono di ridurre la cubatura dei propulsori e le emissioni.

Cos’è e come funziona il turbocompressore?

Il turbocompressore è composto da due elementi principali: la turbina e il compressore. Entrambi sono costituiti da giranti dotate di palette e sono collegati tra loro da un albero centrale comune.

La turbina è inserita in un guscio a forma di chiocciola all’interno dell’impianto di scarico.
Il compressore è alloggiato nel condotto di aspirazione.

I gas di scarico espulsi dalla camera di combustione vengono convogliati verso la turbina; il flusso dei gas la mette in rotazione, attivando di conseguenza il compressore collegato. Quest’ultimo risucchia l’aria esterna e la comprime. Una volta compressa, l’aria passa attraverso l’intercooler (un radiatore che la raffredda per aumentarne la densità) e confluisce nei condotti di aspirazione. Il maggior quantitativo d’aria immesso nei cilindri, abbinato a un incremento proporzionale del combustibile iniettato, garantisce un forte aumento della coppia motrice e della potenza rispetto a un motore aspirato di pari cilindrata.

Come funziona il turbocompressore elettrico?

A differenza dello schema tradizionale, il turbocompressore elettrico (spesso chiamato e-turbo) prevede l’integrazione di un motore elettrico che aziona il compressore, riducendo la dipendenza esclusiva dai gas di scarico. Si tratta di una tecnologia sofisticata, derivata dalle unità MGU-H della Formula 1. Oggi trova spazio principalmente sulle vetture sportive più recenti, ma è destinata a diffondersi su larga scala.

Il vantaggio principale di questo sistema è l’azzeramento del turbo lag, ovvero quel ritardo di risposta avvertibile tra la pressione dell’acceleratore e l’effettiva spinta del motore, tipico dei bassi regimi quando i gas di scarico sono deboli. Il motore elettrico, alimentato solitamente da una rete a 48V, interviene istantaneamente ai bassi giri per mettere in rotazione il compressore senza attendere la spinta dei gas. Inoltre, l’unità elettrica può fungere da generatore durante i rilasci, recuperando energia da immagazzinare nella batteria e aumentando l’efficienza complessiva del veicolo.

Come funziona il turbocompressore volumetrico?

Un’altra tipologia di sovralimentazione molto diffusa è il compressore volumetrico. A differenza del turbocompressore, il suo funzionamento non dipende dai gas di scarico, ma da un collegamento meccanico diretto con il motore, realizzato tramite una cinghia o apposite ruote dentate collegate all’albero motore.

Il compressore sfrutta quindi la potenza del propulsore per comprimere l’aria ed inviarla ai cilindri. Il collegamento meccanico col motore comporta inoltre un incremento lineare nella curva di erogazione poiché la massa d’aria immessa nella camera da scoppio è proporzionale alla velocità di rotazione del propulsore. Anche il turbocompressore volumetrico offre il vantaggio di non generare il turbo lag, ma a differenza del turbocompressore elettrico è penalizzante in termini di consumi in quanto assorbe energia dal motore invece di sfruttare i gas di scarico.

Come funziona il turbocompressore a geometria variabile?

Il turbocompressore a geometria variabile (VGT) nasce per ovviare al problema del turbo lag senza ricorrere a componenti elettrici o meccanici esterni. Questa tecnologia si basa su una serie di palette mobili disposte intorno alla girante della turbina.

Modificando la loro inclinazione tramite un attuatore, le palette variano la sezione di passaggio dei gas di scarico e il loro angolo di impatto sulla turbina:

A bassi regimi, le palette si chiudono stringendo il condotto: i gas di scarico accelerano (effetto Venturi) e fanno girare rapidamente la turbina anche con flussi ridotti, azzerando il ritardo di risposta.
Ad alti regimi, le palette si aprono per accogliere la grande portata di gas, evitando contropressioni nocive e garantendo la massima portata d’aria.

Questo sistema permette di ottenere una spinta vigorosa a tutti i regimi di giri, ottimizzando la combustione, anche se richiede una gestione elettronica e strutturale molto precisa.

Differenza tra motori aspirati e motori con turbocompressore

Tra le diverse tipologie presenti in ambito motoristico, una delle più classiche contrapposizioni è tra i motori sovralimentati e quelli aspirati. In questi ultimi l’aria viene immersa nel cilindro attraverso le cosiddette valvole di aspirazione. Generalmente, l’ingresso dell’aria è regolato dal ritmo di apertura delle valvole di aspirazione.

In sintesi, mentre il pistone scende verso il punto morto inferiore del cilindro si crea una depressione, nello stesso momento la valvola si apre e lascia penetrare l’aria fin quando il livello di pressione non ritorna ad essere pari a quella atmosferica. Questa si mescola al carburante (benzina o diesel) creando la miscela che poi verrà bruciata producendo l’energia che fa ruotare l’albero motore.

La differenza più sostanziale nel guidare un’auto con motore aspirato ed una dotata di turbocompressore è che la prima tenderà ad essere leggermente più pigra, ma più lineare, nella fase iniziale dell’accelerazione, per poi offrire il meglio agli alti regimi. I motori turbo, al contrario, offrono una spinta decisa ai bassi regimi, nonostante il turbo lag, per poi perdere progressivamente spinta in prossimità della zona rossa del contagiri.

Per ovviare a questo problema, le auto sportive più potenti sono dotate di due turbocompressori: uno interviene ai bassi regimi, mentre il secondo garantisce la spinta agli alti. Il vantaggio dei motori sovralimentati rispetto a quelli aspirati è che i primi permettono di ottenere più potenza a parità di cubatura. Un altro aspetto fondamentale, per il quale è sempre più raro trovare motori aspirati, è che i turbo permettono di contenere piu facilmente le emissioni di CO2.