Motore turbo: a cosa serve e differenze, breve storia

Oggi Ayrton aveva una vettura che sulla carta era più lenta di un secondo al giro rispetto alla concorrenza. E tutti sapevamo che non avrebbe potuto battere la concorrenza. Il novantanove per cento dei piloti avrebbe accettato la situazione dicendo: “Bene, la prossima settimana avremo un nuovo motore e allora saremo lì”. Per Aryton, naturalmente, non è stato così. Lui pensa che deve essere sempre il più veloce e lo fa. E non è solo un sogno. Lo ha appena fatto. (Gerhard Berger)

Motore turbo: a cosa serve e differenze

l turbocompressore è tornato prepotentemente alla ribalta da qualche anno. Parliamo dei motori a benzina, perché nei diesel la sovralimentazione una volta entrata non ne è più uscita, dato che presenta solo vantaggi. Invece sui propulsori a benzina, dopo l’esplosione degli anni Ottanta, nella decade dei Novanta questa tecnologia venne progressivamente accantonata.

Ma recentemente due fatti hanno permesso al turbo di riprendersi la scena: l’incredibile e rapidissima evoluzione dell’elettronica e l’esigenza di abbattere le emissioni di gas inquinanti, grandemente sollecitata dalle normative internazionali. Allora cerchiamo di rinfrescarci la memoria, riepilogando a grandi linee come funziona il motore turbo.

turbocompressore, spesso abbreviato in turbo, è un organo meccanico il cui scopo è quello di sovralimentare un motore endotermico.

Talora noto come turbo-gruppo, per l’integrazione tra una turbina centripeta (il lato “caldo” o lato di scarico del turbo-compressore, a causa del fatto che riceve i gas di scarico ad alta temperatura) ed un compressore centrifugo (il lato “freddo” o lato di aspirazione, nel quale viene risucchiata l’aria da comprimere), esso costituisce il metodo più diffuso per incrementare l’alimentazione dei motori endotermici, in particolare quelli di autotrazione.

Il turbocompressore è installato sul motore montando il lato caldo sui collettori di scarico (che per concentrare il flusso possono essere, ad esempio, del tipo 4 in 1) e, a seconda della posizione del condotto dell’aria che parte dalla sezione d’uscita del compressore rispetto all’organo di miscelazione del combustibile col comburente (carburatore o iniettore), il turbogruppo viene denominato turbocompressore (se la compressione dell’aria avviene prima di venir miscelata col combustibile).

Il primo tipo, il turbocompressore, è il più comune ed è utilizzato nei motori con sistemi ad iniezione e nella maggior parte di quelli con carburatori, ed il vantaggio è di limitare le dispersioni di carburante lungo le pareti dell’impianto d’alimentazione.

Motore turbo benzina

In un motore tradizionale a benzina, la camma permette di assegnare il profilo di apertura e chiusura delle valvole. La legge di apertura/chiusura risulta fissa e può essere ottimizzata tramite un “sistema di distribuzione a fasatura variabile” solo per un ristretto range di funzionamento, discriminato dal numero di giri al minuto del motore. La rotazione della camma spinge la punteria e apre o chiude la valvola.

Motore turbo diesel

Motore turbodiesel Il funzionamento del turbocompressore è indipendente dal tipo di alimentazione del motore in quanto non fa parte della fase di combustione. Il meccanismo di sovralimentazione può essere di tipo diverso ma lo scopo finale è sempre lo stesso, cioè quello di recuperare l’energia dei gas di scarico ed “usarla” nella fase di aspirazione. Questo alleggerisce di molto il lavoro dei pistoni che invece di “aspirare”, possono tornare al punto morto inferiore “spinti in basso”. L’aria proveniente dal compressore entra nella camera di combustione miscelata e precompressa. Tutta la fase di scoppio e scarico ne guadagna in efficienza ed energia. I gas di scarico escono ancora carichi di energia che viene inviata ad una turbina che ne recupera una gran parte restituendola al compressore. In linea di massima compressore e turbina sono “calettati” sullo stesso albero. Il tipo di motore è di origine aeronautica ed è ancora alla base del funzionamento dei motori dei grandi Jet. L’aria prodotta dal compressore serve anche ad alimentare altri apparati ausiliari

Turbocompressore storia

Ecco una breve storia del turbocompressore, e cioè dell’idea di applicare una macchina fluidodinamica ad un motore alternativo. Anche se può sembrare strano, i costruttori americani fecero esperimenti a riguardo ed è proprio intorno agli anni ’60 che si videro alcuni esempi applicativi di questa tecnologia. Il turbocompressore è diventato ormai il compagno inseparabile dei moderni motori a gasolio e con il processo di downsizing anche dei propulsori a benzina.

Forse non tutti sanno che questo componente, che ha permesso l’innalzamento della potenza specifica dei motori di oggi, fu inventato più di un secolo fa da un ingegnere svizzero di nome Alfred Buchi. L’idea fu del geniale tecnico proprio mentre stava studiando le turbine a vapore. La possibilità di utilizzare un’energia ormai persa, come quella contenuta nei gas di scarico in uscita dal motore, era allettante, e ciò trovò quasi immediata applicazione sui motori aeronautici del tempo. A questo proposito ricordiamo che Buchi depositò il proprio brevetto il 16 novembre del 1905, ma che solo alla fine della prima guerra mondiale si vide un’applicazione pratica del concetto di turbocompressore. La General Electric, infatti, equipaggiò un motore Liberty V-12 con un gruppo di sovralimentazione.

Intorno al 1920 si videro le prime applicazioni sui motori diesel delle navi e delle motrici dei treni. Intorno al 1950 il turbocompressore iniziò ad essere applicato anche ai motori diesel dei camion, ma questo accadde prima in Europa. Negli Stati Uniti, circa 12 anni dopo, nel 1962, fu offerta la prima vettura di serie dotata di turbocompressore: il motore era però a benzina e la vettura era una Oldsmobile, per la precisione una F-85 Jetfire V-8. Un’altra vettura americana equipaggiata con un turbocompressore fu la Chevrolet Corvair Monza Spyder che si dimostrò più resistente della concorrente di casa Oldsmobile. Non a caso la Corvair vendette quasi 50.000 vetture tra tutti i modelli prodotti in questa versione contro le quasi 10.000 unità della pioniera Oldsmobile. Il turbocompressore si affermò anche in Europa dove alcuni costruttori famosi lo adottarono per vetture il cui segno rimane indelebile nella storia dell’automobilismo mondiale. Pensiamo ad esempio alla Porsche 911 Turbo del 1974, o alla BMW 2002 del 1973 o ancora alla lunga tradizione di Saab su questo genere di applicazione motoristica.