Turbocompressore: differenze tra le versioni

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) eed 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 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, eed il vantaggio è di limitare le dispersioni di carburante lungo le pareti dell'impianto d'alimentazione.<ref>[http://www.treccani.it/enciclopedia/carburazione/ Carburazione]</ref>

Questi due elementi sono caratterizzati, ciascuno, da una [[girante]] dedicata, o '''impeller''', che può ruotare ad alta velocità all'interno di un suo alloggiamento a forma di ''chiocciola''. Perciò, nel turbocompressore, vi saranno una ''girante di aspirazione'' eed una ''di scarico ''che sono collegate tra di loro e rese solidali tramite un alberino metallico, e che sono poste, rispettivamente, all'interno della ''chiocciola di aspirazione'' eed in quella ''di scarico'', e tali giranti ruoteranno, all'interno dei loro alloggiamenti, alla stessa velocità angolare.

In questo modo è possibile immettere nella camera di scoppio un maggior quantitativo di miscela aria/benzina o aria/gasolio, assicurando così maggiori prestazioni in termini di potenza e di capacità di accelerazione. Tuttavia, proprio in virtù di tale potenza, anche i gas di scarico sono costretti aad uscire più velocemente, così anche il turbocompressore ruoterà più rapidamente conferendo una sempre maggiore potenza al propulsore. Le giranti dei moderni turbocompressori possono arrivare a superare i 180.000 [[giri al minuto]].

Per non incorrere nel cosiddetto fenomeno della [[detonazione]] (cioè il [[battito in testa]]), o addirittura nella rottura del motore stesso, non si può superare un determinato [[rapporto di compressione]] all'interno dei cilindri e per questo motivo si usano sistemi di sfogo e di deviazione sia dell'aria di aspirazione siache dei gas di scarico, sotto forma di particolari valvole:

* valvola ''[[pop-off]]'' (anche detta ''blow-off'', situata fra il turbocompressore e la valvola a farfalla), che si apre totalmente in fase di rilascio del pedale dell'acceleratore, quando, pur essendo la valvola a farfalla totalmente chiusa, le giranti del turbo continuano a ruotare per effetto dell'[[inerzia]] rotazionale, facendo sì che il compressore continui a comprimere eed a sospingere l'aria verso la valvola a farfalla. Quando la ''pop-off'' si apre, quest'aria sfiata verso l'esterno o verso un tubo di ritorno. Se quest'aria (che non viene immessa nei cilindri) non venisse sfiatata, andrebbe a "sbattere" contro la farfalla chiusa e creerebbe un'onda di pressione di ritorno verso la girante del compressore, dando origine al cosiddetto [[colpo d'ariete]], un fenomeno che può essere molto dannoso per varie componenti del turbocompressore.

In tema di sistema combinato di turbocompressore e di [[compressore volumetrico]] si cita, ad esempio, il sistema montato sulla [[Lancia Delta S4]] del 1985, il cui motore a quattro cilindri di 1.800&nbsp;cm³ era declinato in due versioni, una stradale che erogava 250 [[Cavalli vapore|cavalli]] (circa 185&nbsp;kW) eed una da rally che poteva erogare oltre 500 [[cavallo vapore|cavalli]] (circa 370&nbsp;kW).

Tale unità utilizzava un sistema di [[sovralimentazione]] in cui un compressore volumetrico eed un turbocompressore operavano in serie. Il compressore volumetrico partiva subito fin dal regime di minimo, e la sua azione di pompaggio dell'aria (il compressore era di tipo volumetrico a lobi) aumentava proporzionalmente con i giri del motore. Ad un certo regime di giri del motore c'era l'entrata in funzione del turbocompressore che, per un breve range di giri funzionava insieme al compressore; quando il turbo raggiungeva la condizione di pieno carico, il compressore veniva completamente bypassato: una funzione in particolar modo utile agli alti regimi motore, per limitare l'assorbimento meccanico di potenza all'albero motore che serviva per l'azionamento del compressore.

Queste unità vengono utilizzate in momenti diversi, e l'intero funzionamento dei turbocompressori è legato alla gestione dei flussi di scarico eed alla loro azione sulle giranti delle turbine. Quindi l'azione di un sistema sequenziale si può suddividere in tre passi:

Questo sistema convoglia i gas esausti provenienti dai collettori di scarico del motore, suddividendoli in parti uguali sui vari sistemi turbo, che, in questo caso, sono identici eed alimentano parti uguali e distinte del motore, o possono funzionare in modo diverso a seconda del regime di giri e della condizione di carico motore a cui si trova il propulsore.

Nell'esempio di un sistema a doppio turbo, le turbine ricevono, sul lato di scarico, la parte di gas esausti proveniente da una metà del motore eed alimentano l'altra metà del motore sul lato di aspirazione.

Concettualmente è identico al turbocompressore classico, ma la differenza più grande da quest'ultimo è insita nella girante motrice o di scarico. Nel caso del turbo a geometria variabile, la girante della turbina è, infatti, circondata da un anello di palette statoriche che sono ad incidenza variabile. Il movimento di tali palette statoriche, controllato dalla centralina elettronica, consiste nella variazione del loro angolo d'incidenza rispetto alle palette rotanti della girante motrice. In funzione del regime di rotazione, queste vengono chiuse o aperte per favorire la velocità o la portata dei gas esausti, a seconda dei regimi di funzionamento del motore. Ciò porta ad una maggiore flessibilità eed adattabilità di comportamento rispetto al turbocompressore a geometria fissa, dato che, sfruttando l'incidenza variabile delle palette statoriche sul lato caldo di scarico, un turbo a geometria variabile consente di ottenere la stessa bassa inerzia di un turbo di piccole dimensioni eed una portata d'aria di alimentazione elevata (e, quindi, potenza elevata del motore) di un turbo di grandi dimensioni. Il campo di applicazione più vasto è quello dei [[turbodiesel]] ad alta pressione di iniezione, come i [[Common-Rail]] e gli [[iniettore-pompa]].