Motori turbo, cavalli a volontà: vantaggi e svantaggi

Cos’è e quando è nata la sovralimentazione? La tecnica della sovralimentazione è una delle principali soluzioni per aumentare le prestazioni del motore. Il concetto che vi è alla base è molto semplice: le prestazioni di un motore endotermico di tipo aspirato sono limitate dal fatto che l’aria che entra dal condotto di aspirazione è alla pressione atmosferica. Quindi nel motore entrerà, ad ogni ciclo, una quantità di aria pari al volume del cilindro, alla pressione atmosferica (sfruttando gli effetti dinamici dei flussi si può ottenere un rendimento leggermente migliore nella fase di riempimento, ma si parla di veramente poco). Una grande differenza, invece, si ha comprimendo l’aria in ingresso al motore. Adottando quindi un compressore, possiamo introdurre più aria nel motore, in modo da iniettare più combustibile e ottenere più potenza.

La sovralimentazione veniva sfruttata già agli inizi del ‘900, quando sugli aerei da guerra si dovette trovare una soluzione per compensare la diminuzione di densità dell’aria dovuta ad un aumento di quota. Oggi i motori sovralimentati sono all'ordine del giorno, e il turbo è l'ingrediente fondamentale per arrivare a quel difficile mix di prestazioni ed efficienza che le normative rendono sempre più faticoso raggiungere. Negli Anni '70 e '80, invece, la parola "turbo" aggiunta al nome di un modello di auto suonava come un campanello, qualcosa del tipo "Attenzione, qui si fa sul serio!".

La sovralimentazione meccanica

La tipologia di sovralimentazione più conosciuta e adottata è quella meccanica, ovvero quella che sfrutta il cosiddetto turbo-compressore. Tengo a precisare che per creare una sovralimentazione della carica in ingresso è sufficiente impiegare un compressore a monte dei collettori di aspirazione, la turbina invece, anche essa presente nel gruppo turbo-compressore, è soltanto una delle modalità per azionare il compressore.

Ma andiamo con ordine. Teniamo sempre a mente che lo scopo finale è quello di avere un incremento della pressione di aspirazione. Il componente responsabile di tale aumento è appunto il compressore. Esso è sua volta collegato tramite un piccolo albero ad una turbina, la quale viene messa in rotazione dai gas di scarico emessi dal motore stesso. Capiamo quindi che si tratta di un circolo che si “autoalimenta”, siccome in pratica il motore riceve un incremento di pressione grazie ai gas di scarico che lui stesso produce. È proprio questa la grande potenzialità della sovralimentazione.

Vantaggi e svantaggi dei motori turbo

Il vantaggio principale è sicuramente il grande incremento di potenza nei confronti del motore aspirato. L’applicazione del turbo-compressore ha permesso, inoltre, il cosiddetto “downsizing”, ossia la riduzione di cilindrata complessiva a pari prestazioni. Quindi, a pari potenza, possiamo dire che un motore turbo consuma meno. Come per tutte le tecnologie, però, la coperta è sempre corta e ci sono anche degli svantaggi.

1. Innanzitutto l’aria quando viene compressa, seguendo la termodinamica, si riscalda. Siccome al motore non piace avere aria calda in ingresso, è necessario che la massa d’aria appena compressa venga raffreddata. È quindi necessario impiegare un componente aggiuntivo, detto “intercooler” (non è altro che un radiatore) che ha proprio questo scopo.

2. Inoltre è necessario prevedere due valvole di pressione, una lato aspirazione e una lato scarico, per evitare appunto che la pressione ecceda valori limite. Queste valvole sono dette, rispettivamente, valvola “pop-off” e valvola “wastegate”. 3. Infine si ha il problema principale, quello che solitamente si identifica come il difetto dei motori turbo, ovvero il cosiddetto “turbo-lag”. Con questo termine si identifica il tempo che intercorre tra il momento in cui il pilota schiaccia il pedale dell’acceleratore e il momento in cui il sistema turbo-compressore effettivamente risponde.

Il motivo di questo ritardo risiede nel principio di funzionamento del turbocompressore stesso, che necessita di una grande portata dei gas di scarico per vincere la propria inerzia e produrre l'effetto

di sovralimentazione del motore. Si sottolinea come questo lasso di tempo può essere ridotto, ma è comunque inevitabile ed è il motivo per il quale i motori turbo sono meno reattivi e scattanti rispetto ai motori aspirati.