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IL TURBO
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purin

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italy
MessaggioInviato: 21 Nov 2013 15:32:40    Oggetto:  IL TURBO
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Negli ultimi anni si sono sempre più diffuse le motorizzazioni sovralimentate rispetto a quelle ad aspirazione naturale.





I vantaggi di un motore sovralimentato sono innanzitutto la maggior potenza specifica, che permette di ridurre la cilindrata dei motori mantenendo le stesse prestazioni, con vantaggi in termini di ingombri, di peso, di riduzione degli attriti, non ultimo il minor costo di produzione.

La sovralimentazione permette di avere maggiori quantità di aria ed in particolare di ossigeno in camera di combustione, potendo quindi bruciare più carburante ed avere pressioni medie effettive maggiori, quindi più coppia e più potenza a parità di cilindrata.

Esistono essenzialmente due sistemi di sovralimentazione: quella chimica prevede di immettere in camera di combustione dei gas in pressione che contengano più ossigeno di quello normalmente presente nell’aria (che è il 20% circa in volume), ad esempio utilizzando perossido di idrogeno (acqua ossigenata) o protossido d’azoto.
In questa maniera a parità di volume di gas immesso l’ossigeno presente è maggiore, quindi si può iniettare più carburante per la combustione.

Questi sistemi sono relativamente poco utilizzati, sono più diffusi nel mondo delle competizioni o per motori particolari, la soluzione più diffusa prevede di comprimere dell’aria ed immetterla nel collettore di aspirazione, in questa maniera non è più il motore che aspira l’aria dal gruppo filtrante mediante depressione nei cilindri (fase di aspirazione) ma è proprio un componente che provvede a spingere l’aria nel motore.
La depressione che il motore aspirato può realizzare è relativamente ridotta, parliamo di una frazione della pressione atmosferica, mentre i sistemi di compressione possono raggiungere pressioni ben più elevate (anche qualche volta la pressione atmosferica), caricando molta più aria all’interno dei cilindri.

La compressione dell’aria può essere fatta da un compressore a lobi azionato dall’albero motore (detto solitamente “compressore”), famosissimo quello che equipaggiava la Lancia Delta S4, oppure da un sistema detto “turbocompressore” o più famoso come “turbo”.





Il turbocompressore


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Il turbocompressore è formato da due giranti montate sullo stesso alberino: la girante”calda” viene azionata dai gas di scarico, a sua volta fa girare la girante detta “fredda” che comprime l’aria filtrata e la immette nel collettore di aspirazione.

È evidente che all’aumentare della pressione di sovralimentazione, aumentano i gas di scarico, che spingono maggiormente sulla chiocciola del turbo, comprimendo ancora più aria fresca.
Per interrompere questo circolo vizioso, sul turbo è montata una valvola che permette di sfiatare parte dei gas di scarico una volta raggiunta una certa pressione di sovralimentazione per preservare la meccanica, detta valvola “wastegate”.




(CONTINUA)

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MessaggioInviato: 21 Nov 2013 15:32:40    Oggetto: Adv






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purin

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italy
MessaggioInviato: 21 Nov 2013 15:33:29    Oggetto:  
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Attualmente l’azionamento della wastegate è di tipo elettronico gestito da una centralina, mentre in passato era di tipo meccanico, in entrambi i casi esistono dei meccanismi per ritardare l’apertura della wastegate per avere una potenza extra, il cosiddetto “boost”.







L’intercooler


Una volta compressa, l’aria fresca aumenta di temperatura, sia per la vicinanza dei condotti di aspirazione a quelli di scarico, ma soprattutto per la compressione operata, che avviene in regime pressochè adiabatico, cioè il lavoro di compressione fatto dal turbo viene convertito in energia interna dell’aria, che diventa più calda.

Per aumentare l’efficienza volumetrica del motore (l’aria calda è meno densa, quindi ce ne sta di meno nei cilindri) e per far sì che il lavoro del motore nella fase di compressione sia minimo, è opportuno raffreddare l’aria compressa, in un dispositivo detto “intercooler”, che può sfruttare l’aria o l’acqua per disperdere il calore, prima di immetterla nei cilindri.


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In ambito agricolo i motori turbocompressi sono sempre più diffusi, a volte il motore aspirato sulle potenze più basse viene dotato di turbo nelle configurazioni più potenti.




(CONTINUA)

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purin

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italy
MessaggioInviato: 21 Nov 2013 15:34:31    Oggetto:  
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Il turbocompressore presenta anche dei difetti: principalmente il fatto che il turbo è una componente delicata, sottoposta a sollecitazioni sia termiche che meccaniche molto importanti: la girante “calda” è immersa nei gas di scarico, e tutto il complesso gira a decine di migliaia di rotazioni al minuto.
In particolare va fatta attenzione alle bronzine sulle quali ruota l’albero che supporta le due giranti, che in mancanza di lubrificazione adeguata gripperebbero in maniera praticamente istantanea: anche per questo è consigliabile far girare per qualche istante il motore al minimo prima di spegnerlo, per permettere alla turbina di rallentare prima dello spegnimento.

Nel dimensionamento di un turbo si deve affrontare un compromesso: giranti molto grandi permettono di comprimere molta aria, raggiungendo pressioni di sovralimentazione più elevate, ma richiedono grandi quantità di gas di scarico per essere azionate, inoltre presentano una grande inerzia rotazionale, portando al fenomeno del “turbo-lag”, ovvero una risposta tardiva all’acceleratore; per contro giranti piccole lavorano già molto bene a bassi regimi del motore e riducono il fenomeno del ritardo all’acceleratore, ma non riescono a fornire grandi quantità d’aria.




Turbo a geometria variabile


Per cercare di superare questo compromesso si può realizzare un turbo a geometria variabile (VGT), dove variando l’angolo di incidenza delle palette di statore si può modulare il funzionamento del turbo a seconda delle condizioni dei gas di scarico, oppure si possono montare due turbo, solitamente uno più piccolo per privilegiare la risposta ai bassi regimi, ed uno più grande che lavora a regimi più elevati, o addirittura una combinazione di un turbo a geometria fissa con uno a geometria variabile.








A chi volesse approfondire, in particolare a riguardo delle caratteristiche meccaniche e costruttive del turbo, consiglio questo link:
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È un’ottima spiegazione del funzionamento del turbo nei motori benzina, in ogni caso trascurando alcuni particolari riguardanti il funzionamento del motore (i diesel non hanno valvole a farfalla e l’aspirazione di aria non viene mai interrotta), ve lo consiglio.

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