Turbina auto: come funziona sui motori diesel

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La turbina, insieme al compressore, è uno dei componenti fondamentali, per garantire efficienza in termini di prestazioni del motore.

Il turbocompressore si attiva per poter incrementare il volume di aria che si trova all’interno di un motore, portando così al massimo della resa le funzionalità stesse del motore. La turbina si aziona in risposta ai gas di scarico caldi, mentre, il comrpessore risucchia l’aria che deve essere compressa.

Turbina auto funzionamento

 

Il funziobnamento di una turbina è chiaramente, legato a quello di un turbocompressore. Il motore, per poter funzionare al meglio, ha bisogno di essere alimentato in maniera corretta da una miscela che sia composta sia da carburante, che da aria. Va da sé che, ad una maggiore quantità di combustibile impiegato, corrisponde una migliore prestazione del motore stesso. Per tale ragione, si rende necessario aumentare sia la quantità di combustibile che viene impiegata, che la quantità di aria che verrà aspirata, entrambe in misura proporzionale.

Il compressore è il componente che serve proprio ad incrementare la pressione di aria che viene aspirata, dirigendo così il getto nella direzione delle camere di combustione. Ed ecco che entra qui in gioco proprio la funzione della turbina. Infatti, per poter fare ciò, è importante vi sia una determinata quantità di energia, che sarà la turbina a rendere disponibile prendendola dai gas di scarico. Se la turbina è in grado di azionarsi in maniera veloce, farà meno lavoro nel pompare aria, poiché la sua portata aumenta, in risposta alla velocità stessa di rotazione.

Non solo, tutto questo, si andrà a risolvere in termini di resa del turbocompressore, infatti, si avrà una risposta inizialmente lenta del motore, ciò che viene definito col termine turbolag, cui segue una crescita notevole in fatto di potenza. Ecco perchè, con fattori di rotazione bassi, si genere una spinta di gas di scarico incapace di permettere alla turbina di girare con una certa velocità. Al contrario, con l’aumentare della potenza, si attiva una vera e propria esplosione energetica.

Ciò a cui bisogna, tuttavia, prestare attenzione sono i limiti da rispettare, poiché in caso contrario, si rischia di creare seri danni al motore oppure problemi di detonazione. Proprio per evitare che si creino problemi simili, si utilizzano delle apposite valvole che servono, appunto, a regolare la compressione, come ad esempio, la valvola wastegate il cui compito è quello di ridurre o eliminare del tutto i gas in eccesso, affinché non si verifichi una rotazione oltre misura della stessa turbina. Vi è poi anche la valvola pop-off, che si azione aprendosi, nel momento in cui si verifica un eccesso di pressione, soprattutto in fase di accelerazione, in tal modo quest’ultima viene diretta verso l’esterno.

Turbina auto diesel

 

Vediamo di capire quale sia il ruolo delle turbina all’interno del motore e in che modo funzioni il turbocompressore. Anzitutto, il funzionamento di quest’ultimo non è legato al tipo di alimentazione del motore stesso, poiché non entra in gioco nella fase di combustione. Vi possono essere differenti tipi di sovralimentazione, sebbene l’utilità finale è quella di recuperare l’energia dei gas di scarico, al fine di usarla durante l’aspirazione. In tal modo si allenta anche il carico di lavoro per i pistoni.

Il compressore spinge l’aria che successivamente va nella camera di combustione, una volta che sia stata miscelata e precompressa. Una volta emessi, i gas di scarico generano energia che sarà poi portata verso la turbina, che ha il compito di recuperare parte di questa energia per poi passarla nuovamente al compressore. Parliamo di tipi di motore progettati dal settore aeronautico, tanto da essere ancora i componenti base del funzionamento dei motori dei Jet di dimensioni importanti.

L’aria che viene generata dal compressore è utilizzata per dare energia e alimentare altri componenti, in questo modo si riduce non solo il carico sul motore, ma anche il consumo. A dare supporto a tale meccanismo anche la specifica valvola wastegate, che, come già sottolineato, ha il compito di dirigere i gas di scarico direttamente nel collettore di scarico, una volta che sia stata raggiunta una data pressione, in questo modo si evita un aumento nei giri e nella portata stessa della turbina. Va precisato, tuttavia, che nei motori a benzina, data la presenza di questa particolare valvola all’interno del collettore di aspirazione, è importante che vi sia anche un’altra valvola, che consente di controbilanciare il lavoro stesso della turbina. Pertanto, le due valvole devono lavorare in sinergia, per tenere sotto controllo le pressioni sia in entrata, che in uscita.

Turbina elettrica per auto

La moderna tecnologia ha realizzato un compressore che viene azionato da un motore elettrico. Questo è in grado di aumentare la massa di aria che viene aspirata, al di là della velocità stessa del motore, annullando così il ritardo nella risposta che solitamente si manifesta nei motori turbo. La soluzione standard era data dall’attivazione del turbocompressore, mediante l’azione dei gas di scarico. La quantità di aria che viene portata nei cilindri è strettamente legata alla velocità di rotazione del motore. Nel momento in cui si dovesse richiedere maggiore potenza al veciolo, quindi al motore, l’incremento di massa d’aria, per cui quello relativo a benzina o gasolio da bruciare, si ottiene nel momento in cui il motore aumenta i suoi giri, con una differente risposta in termini di prestazioni ed emissioni del motore.

Ecco perché è sorta la necessità di poter aumentare o ridurre la massa di aria utile, in maniera indipendente rispetto al motore. Con una turbina elettrica è, inoltre, possibile anche ridurre l’emissione di particolato, prodotto proprio dai motori diesel. Questo perché, nel momento in cui si richiede una inrcemento di potenza, mancando la valvola a farfalla, non si può accrescere la massa d’aria, l’unico modo possibile è quello di arricchire la miscela aria/gasolio. Ne consegue che una parte di combustibile non sarà in grado di bruciare correttamente e si andrà a produrre particolato.

Attraverso l’aumento di velcoità da parte del motore, non si fa altro che emettere maggiori quantità di inquinanti nell’aria, solo in seguito il turbo è in ogni caso in grado di accrescere la sua portata d’aria, consentendo così anche alla miscela di poter bruciare in modo corretto. Questo non avverrebbe, ovviamente, se ad un’accresciuta richiesta di potenza al motore, potesse corrispondere una maggiore quantità di aria, riducendo così anche la produzione di particolato.

Mediante la gestione del compressore e della massa d’aria, si può ridurre il tempo necessario per passare dalla velocità minima, a quella massima. E’ stato, infatti, sperimentato su di un motore diesel, mettendo così in evidenza anche la possibilità di ridurre gli inquinanti. La turbina elettrica per auto, anche detta VTES, può risultare un valido supporto nella riduzione delle emissioni, proprio nel corso dei transitori del motore.

Ultima modifica: 29 dicembre 2017