(la foto è puramente indicativa)
I gas di scarico escono dalla testata, confluiscono nel collettore di scarico, che di prassi fino a 4-5 cilindri in linea (sistemi più convenzionali) è un 4-1 o un 5-1. I gas vengono tutti fatti confluire insieme in modo di avere un unico flusso che arriva alla girante calda della turbina. Questa chiocciola è conformata in modo di ricevere aria sulle palette in modo che possa "cominciare a girare" una volta investita dai gas di scarico.
Come potrete immaginare, la velocità della girante è direttamente proporzionale all'uscita dei gas di scarico, quindi in un semplice sistema senza ulteriori accorgimenti, aumenterebbe la velocità della girante calda fino alla rottura della stessa.
Per questa ragione, è stata introdotta una valvola di pressione massima (per gli addetti ai lavori wastegate) , normalmente pilotata dalla centralina, che in sostanza al raggiungimento di una determinata pressione generata dalla turbina, apre una paletta che fa confluire direttamente i gas di scarico nel tubo di scarico e non più nella chiocciola calda. Possiamo pensarlo come un rubinetto a T messo fisso tra i gas in arrivo dal collettore di scarico e che "sposta" il flusso alla chiocciola calda o direttamente allo scarico in modo graduale: quando acceleriamo da 0 il rubinetto è tutto aperto, man mano che la turbina raggiunge la pressione massima (impostata in centralina, ndr) , il rubinetto si chiude parzialmente facendo andare i gas nello scarico. Ovviamente quanto e con quale progressione chiudersi, lo decide sempre la centralina.
Adesso che abbiamo capito come funziona la girante calda, passiamo oltre: perché far girare una chiocciola collegata ai gas di scarico?
La chiocciola collegata ai gas di scarico, è collegata in modo solidale a un alberino rotante (sempre per gli addetti ai lavori, il core-assy) che trasmette il movimento a un'altra chiocciola posta sul lato opposto, chiamata girante fredda.
Questa chiocciola ha un "pescaggio" dall'esterno per poter prendere aria fresca (normalmente questo tubo di partenza arriva dalla scatola filtro aria o comunque dal filtro aria), quindi "prende" l'aria fresca dall'esterno, e con canaletti simili a quelli che abbiamo visto tra collettore di scarico e girante calda, la girante fredda "invia" l'aria appena compressa in una tubazione che va al motore dal lato aspirazione, quindi genera una pressione nel collettore di aspirazione superiore alla pressione atmosferica.
Integrazione 1: questo sistema genera un "problema congenito", ovvero la girante fredda deve essere solidale all'alberino rotante (sempre il core-assy) che però è collegata anche alla girante calda. Per questa ragione, l'alberino soffre delle sollecitazioni dovuti a questi sbalzi di temperatura poiché da un lato c'è la girante calda (che può arrivare ipoteticamente a temperature comprese tra 800 e 1200 gradi) mentre la girante fredda normalmente opera a una temperatura tra i 180 e i 200 gradi. Ne consegue che questo alberino, per non soffrire di pericolosissime dilatazioni e deformazioni termiche, dovrà avere un sistema di raffreddamento e lubrificazione per essere durevole nel tempo. Per tale ragione è stato ovviamente portato l'olio motore per la lubrificazione dell'alberino (che essendo solidale alle chiocciole ma "fermo" nel nostro cofano gira su cuscinetti), quindi l'olio motore "raffredda" e livella le temperature dell'alberino di rotazione tra le due giranti per avere meno sollecitazioni possibili.
Da questo funzionamento possiamo dedurre un comportamento particolare da tenere nell'utilizzo di un motore turbo. Se facciamo una grande accelerata a tutto gas, poniamo di avere la girante calda a 1000 gradi e la fredda a 200 gradi, e ci fermiamo spegnendo subito il motore, facciamo mancare "il raffreddamento" alla turbina, rischiando che il nostro alberino cominci a prendere gioco sulla sede del cuscinetto.
Una volta preso questo gioco, gli oring del cuscinetto che fanno da tenuta per l'olio motore non terranno più, e a causa del tiraggio dato dalle pressioni avremo la girante calda che, oltre ai gas di scarico, espellerà anche olio motore. L'utilizzo migliore sarebbe di far girare 1-2 minuti al minimo o meglio ancora a regimi in cui la pompa dell'olio gira a una pressione superiore (1200-1300giri) prima di spegnere il motore, in modo di mantenere il raffreddamento sull'alberino del turbo quel tanto che basta per conservarne le caratteristiche e non procurare danni nel lungo periodo.
L'alberino di rotazione del gruppo turbina viene lubrificato da un piccolo condotto dell'olio che funziona assieme a tutto il circuito lubrificazione del motore; questo ugello ha la dimensione di qualche millimetro di diametro; se si spegne il motore caldo con temperature alte può accadere che in quel condotto l'olio si fermi e di conseguenza con temperature alte inizia a "friggere", portando nel tempo ad incrostazioni dentro al condotto fino ad ostruirlo del tutto,con la conseguente mancata lubrificazione di tutto l'apparato e quindi la rottura dei cuscinetti e deformazione dell'alberino stesso.
Integrazione 2: l'aria in aspirazione viene presa e compressa, ma come tutti sappiamo per leggi fisiche se io prendessi un gas e ne aumentassi la concentrazione in una parte di spazio comprimendolo, questo trasformerà parte dell'energia in calore. L'aspirazione del motore però, per far funzionare correttamente la combustione, avrebbe bisogno di aria fresca. Quindi abbiamo da un lato la turbina che farà uscire l'aria compressa a, poniamo, 80 gradi, e il motore che la vorrebbe invece fresca (tra i 18 gradi e poco sopra sarebbe l'ideale) per poter attuare una combustione ideale.
Per questa ragione, tra l'uscita della girante fredda della turbina e l'ingresso di aria del motore, viene interposto un radiatore di raffreddamento (per gli appassionati, l'intercooler), che consente il raffreddamento dell'aria prima di arrivare in aspirazione. Nei sistemi più semplici troviamo un radiatore aria-aria, quindi a cui arriva l'aria compressa dalla turbina e viene "ridata" al motore compressa, il tutto con radiatore raffreddato dall'esterno con l'aria che impatta sulla nostra vettura con un vero e proprio radiatore.
Integrazione 3: la valvola di sovrapressione (sempre la wastegate) è pilotata dalla centralina sia come pressione massima di sovralimentazione sia come gradualità di deviazione dei gas verso lo scarico, quindi come immaginerete è il fulcro per ottenere maggiori prestazioni da una vettura turbo. Le modifiche che normalmente vengono effettuate in fase di mappatura sono di tenere il più chiusa possibile la valvola wastegate (quindi +gas su turbina +pressione) per l'arco di giri più ampio e di aprire la valvola wastegate il più tardi possibile. Ovviamente di solito viene colmato il gap che alcuni produttori (quasi tutti per la verità) tengono come margine di affidabilità, normalmente tra 0.2 e 0.4 bar di sovrapressione, per il quale una turbina a 1bar viene fatta girare a 1.2-1.4 bar.
Diffidate da mappatori che effettuano l'operazione in poco tempo ("un'ora e mezza e la può ritirare"), ancor peggio senza mettere la macchina sui rulli o provarla. Normalmente in questi casi se vi va bene viene caricata una mappatura "standard" che aggiunge sovralimentazione ma mantiene normalmente i margini di sicurezza; per capirci con un esempio, se il vostro turbo reggerebbe un +0.4bar secondo specifiche, queste mappature danno un +0.25bar (numeri sempre di esempio), quindi otterrete meno di quello che si potrebbe ricavare dal vostro sistema così com'è. Il pericolo deriva dal fatto che essendo mappature "standard", sono state testate in generale per il vostro tipo di motore ma non potrete sapere se il vostro motore risponderà allo stesso modo di quelli "standard". Ogni costruttore ha le sue tolleranze, è bene migliorare dove si può ma farlo con attenzione sapendo cosa abbiamo di fronte. Questo esempio è il medesimo in caso si utilizzino centraline aggiuntive, dove il funzionamento è leggermente diverso ma il risultato è medesimo (è una modifica standard e non fatta su misura).
Un mappatore serio invece saprà già dove agire, magari terrà la vostra vettura anche un paio di giorni o più in officina, ma effettuerà delle prove al banco e in strada per verificare le curve di coppia e di potenza e la risposta dei vari componenti alle modifiche. Bisogna sempre tenere conto comunque che la rimappatura compromette l'omologazione del veicolo e con essa anche l'affidabilità, che dipenderà sostanzialmente dalla "bravura" del mappatore insieme al margine di sicurezza che viene mantenuto o meno.
Integrazione 4: essendo che il core-assy viene tenuto lubrificato e raffreddato dall'olio motore, è IMPORTANTISSIMO utilizzare olio di qualità, con ottime specifiche e impegnarsi a seguire la cadenza di chilometraggio o età dell'olio motore, tenete conto che i produttori tendono a considerare sempre chilometraggi e età negli ambiti peggiori di utilizzo, quindi teoricamente si potrebbe rimandare eventuale manutenzione (es. se cambiate l'olio a 22mila km invece che 20mila ma avete sempre fatto strade senza mettere sotto torchio il motore), ma personalmente consiglio di seguire scrupolosamente le scadenze. 150-250 euro di cambio olio (fatto da officine) può pesare sul conto della famiglia, ma 1500 euro di cambio turbina incidono decisamente di più. Personalmente preferisco (magari a parità di prezzo negli anni) uno o due cambi olio in più rispetto a trovarmi magari a 1000km da casa con il motore che brucia olio perché si è disassato il core-assy, ma la decisione è solo vostra.
Integrazione 5 (benzina): avendo una pressione superiore nel collettore di aspirazione e nel tratto tra la girante fredda e l'aspirazione del motore, si genera un problema di funzionamento nel momento in cui si va a smettere di accelerare di colpo, il cosiddetto "colpo d'ariete". Pensiamo a un sistema con un flusso d'aria compresso, poniamo un esempio di pressione tra girante fredda e collettore di aspirazione di 2.4bar, se noi andiamo a smettere di accelerare, si chiude la valvola a farfalla generando una depressione nel collettore di aspirazione (che serve a smettere di accelerare, ndr, potrebbe essere anche di 0.4bar sempre con un esempio). L'aria compressa che batte sulla farfalla però tornerebbe pericolosamente indietro verso la girante fredda del turbo, danneggiandola, quindi viene inserita una valvola di sovrapressione dell'aspirazione, chiamata blow-off o pop-off, che scarica la pressione verso una parte dell'impianto di aspirazione, di solito verso la scatola filtro aria. In applicazioni aftermarket talvolta viene applicata una valvola blowoff che scarica direttamente in aria, con il classico "sbuffo" al rilascio dell'acceleratore che dipende dalla grandezza di ugello della valvola. Per chi si chiedesse invece a cosa è dovuto l'effetto sonoro "stutututu" tipico delle Nissan degli anni 90, si tratta di una valvola blowoff che scarica troppa poca aria, dove ogni "colpo" corrisponde al rilascio della valvola che non riuscendo a scaricare tutta la pressione ne lascia passare parte e ne rilascia al passaggio successivo, dopo che l'aria compressa ha pericolosamente impattato sulla girante fredda della turbina. Questo comportamento è molto deleterio per il core-assy poiché la girante fredda prenderebbe uno o più colpi laterali
Spero questo piccolo recap possa esservi piaciuto, se ci sono imprecisioni ditemelo che correggo ;)
Guida fatta completamente da me medesimo (Whity Doxon) cercando di utilizzare parole semplici per farmi capire da tutti Schema tecnico del turbo-compressore. Le frecce indicano le direzioni dei flussi in entrata ed uscita.
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