COME FUNZIONA UN TURBOCOMPRESSORE
Un turbocompressore si compone di una turbina ed un compressore connesso da un albero comune appoggiato su un sistema di cuscinetti.
Il turbocompressore converte l’energia persa in aria compressa la quale viene spinta nel motore. Questo permette al motore di produrre più potenza e coppia e migliora l’efficienza complessiva del processo di combustione. Una delle cose più difficili da comprendere è che più veloce gira la turbina e meno fatica essa fa a pompare ulteriormente l’aria: la portata d’aria lavorata cresce con il quadrato della velocità di rotazione, succede così che mentre una turbina a 80.000 giri al minuto pompa circa 0,4 metri cubi d’aria al secondo, a 160.000 non ne pompa il doppio ma bensì 4 volte tanto e nello stesso tempo la sovrapressione cresce in modo vertiginoso, passando da 0,2 bar a 1,6 bar con un incremento quindi di ben otto volte. Ciò determina le sue due caratteristiche principali: una lentezza di risposta iniziale (il famoso turbolag) seguita poi da una eccezionale escalation di potenza.
Infatti quando ai regimi di rotazione inferiori la spinta dei gas di scarico non è sufficiente a far girare velocemente le pale della turbina, la pressione di alimentazione del motore non supera quella atmosferica; dopodiché , insistendo con la richiesta di potenza, il flusso e la temperatura dei gas prodotti dalla combustione aumentano ed appena questi sono sufficienti a fornire una sovrapressione s’innesca una reazione a catena che porta ad una vera e propria esplosione di potenza che può essere fermata solo da due evenienze, la distruzione del motore o l’apertura della valvola wastegate.
UN MOTORE TURBO SI ADEGUA AL CARICO CHE SUBISCE IL MOTORE
Un motore turbo si adegua al carico che subisce il motore ed è facilmente verificabile: partendo da fermi, accelerando fino a raggiungere nella marcia più alta una velocità che sia quella di crociera del veicolo; tenendo sotto controllo il manometro della pressione si vedrà che essa aumenterà ad ogni cambio di marcia fino al massimo, ma, stabilizzandosi la velocità (a parità di pressione sull’acceleratore) essa tenderà a diminuire. Per la stessa ragione è impossibile arrivare alla massima pressione accelerando il motore in folle.
Questo fatto è quello che favorisce in modo notevole l’utilizzo di un motore turbo in una gara in salita: non tenendo conto della variazione di potenza a seconda dell’altezza, maggiore è il carico che deve vincere il motore per spingere la macchina e maggiore automaticamente diventa la pressione di sovralimentazione.
I PRINCIPI DI TURBOCOMPRESSIONE
Al fine di aumentare la potenza di un motore si possono seguire diverse strade:
- Aumentare la cilindrata unitaria per immettere maggiore miscela aria/carburante.
- Aumentare numero di giri del motore limitandone però l’efficienza meccanica.
Nelle procedure sopra descritte, il motore funziona come un normale motore aspirato. L’aria di combustione viene attirata direttamente nel cilindro durante la fase di aspirazione. Nei motori turbocompressi, l’aria di combustione è già pre-compressa prima di essere erogata al motore. Il motore aspira lo stesso volume di aria, ma date le temperature più alte, viene erogata maggiore massa d’aria nella camera di combustione. Di conseguenza, può essere bruciato più carburante, così che la potenza d’uscita del motore cresca in riferimento alla stessa velocità e alla cilindrata.
Fondamentalmente, si deve distinguere tra motori meccanicamente sovralimentati e motori turbocompressi con gas di scarico.
A) LA SOVRALIMENTAZIONE MECCANICA
Con la sovralimentazione meccanica (volumetrico o centrifugo azionati meccanicamente), l’aria di combustione è compressa da un compressore azionato direttamente dal motore. Tuttavia, la crescita della potenza di uscita viene parzialmente attenuata a causa delle ulteriori perdite dovute all’azionamento stesso del compressore. La potenza per far funzionare un turbocompressore meccanico è superiore al 15% della potenza erogata dal motore. Perciò il consumo di carburante è più alto se comparato con un normale motore aspirato con la stessa potenza.
B) IL COMPRESSORE CON GAS DI SCARICO
Nel compressore con gas di scarico, parte dell’energia del gas di scarico, che verrebbe normalmente persa, viene usata per azionare una turbina. Montato sullo stesso asse della turbina c’è un compressore che aspira l’aria di combustione, la comprime e poi la eroga al motore. Non esiste collegamento meccanico al motore.
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