Il turbo-lag ed il sistema di aspirazione - Come migliorare la risposta motore
Il turbo-lag, o ritardo di risposta del turbo, è un fenomeno comune nei motori sovralimentati (Diesel e benzina) che può influire sulle prestazioni del veicolo. Questo termine descrive il ritardo temporale tra il momento in cui il guidatore preme l'acceleratore e il momento in cui il motore risponde con un incremento significativo di coppia/potenza.
Ma da cosa dipende esattamente il turbo-lag?
Esploriamo i principali fattori.
1. Dimensione del turbocompressore
Uno dei fattori principali che influenzano il turbo-lag è la dimensione del turbocompressore. Un turbo di grandi dimensioni è capace di comprimere una quantità maggiore di aria e generare più potenza, ma richiede più tempo per raggiungere la velocità operativa necessaria per fornire questo aumento di potenza. Al contrario, un turbo più piccolo risponde più rapidamente, ma può non essere in grado di fornire la stessa quantità di potenza massima.
2. Flusso dei gas scarico
Il turbo è azionato dai gas di scarico del motore. Un motore con un flusso di scarico inefficiente produrrà meno energia per azionare il turbocompressore, aumentando così il turbo-lag. Il design del collettore di scarico e la configurazione del sistema di scarico nel suo complesso giocano un ruolo cruciale in questo aspetto.
3. Tecnologia del turbocompressore
Le tecnologie avanzate come il turbocompressore a geometria variabile (VNT) possono ridurre significativamente il turbo-lag. I VNT possono modificare l'angolo delle pale della turbina per ottimizzare il flusso di gas di scarico a diverse velocità del motore, migliorando così la risposta del turbo. Anche le turbine twin-scroll migliorano notevolmente la risposta del motore, grazie a condotti sdoppiati dalle uscite di scarico testata fino alla "chiocciola calda" (la quale ha due condotti separati di diverse geometrie) si riducono le interferenze tra le onde di pressione dei vari cilindri e si sdoppiano i flussi per poterne ottimizzare uno ai bassi regimi di rotazione. Questo tipo di turbocompressore ha una notevole risposta alle richieste del pilota ed è in grado di generare elevate coppie motrici già a regimi molto bassi (anche a soli 1200 giri al minuto in certi casi); per contro, non è adatto a creare motori turbocompressi con alta potenza specifica, di solito sono infatti diffusi (negli ultimi anni) su motori turbo ad iniezione diretta di benzina con potenze specifiche fino a circa 100-125cv al litro di cubatura.
4. Inerzia della turbina e del compressore
Le masse della turbina e del compressore influenzano l'inerzia del sistema turbo. Un'alta inerzia significa che ci vuole più tempo per accelerare la turbina fino alla velocità operativa, contribuendo al turbo-lag. I materiali avanzati e i design leggeri possono aiutare a ridurre questa inerzia. Anche i tipi di supporto (cuscinetti volventi, bronzine, supporti ceramici) incidono sulla inerzia del gruppo meccanico.
5. Ritardo del sistema di controllo elettronico
Il sistema di gestione del motore (ECU) gioca un ruolo fondamentale nella gestione del turbo. Un ritardo nei segnali di controllo o una mappa di gestione non ottimizzata possono contribuire al turbo-lag. La calibrazione precisa dell'ECU può ridurre questo ritardo, migliorando la reattività complessiva del motore. In particolare sui motori Diesel, una mappatura con fasi di iniezioni più ricche di gasolio nei carichi bassi/parziali, contribuisce alla maggiore accelerazione della turbina, per contro, vi è un aumento della generazione di particolato, soprattutto nelle fasi transitorie nelle quali il turbocompressore deve guadagnare velocità di rotazione.
6. Intercooler e relativi condotti
L'intercooler raffredda l'aria compressa dal turbo prima che entri nel motore. Se l'intercooler è inefficace o troppo grande, può rallentare il flusso d'aria, aumentando il turbo-lag. Un intercooler ben progettato è essenziale per mantenere una risposta rapida. Anche i condotti di connessione da e verso l'intercooler incidono sul ritardo di erogazione, ogni litro di volume in più da portare in pressione genera un ulteriore ritardo. Gli intercooler aria-acqua sopperiscono a questo problema per due motivi, il primo è la maggiore efficienza nello scambio termico (raffreddamento dell'aria compressa), il secondo deriva dalle sue dimensioni contenute e dalla possibilità di installazione adiacente al motore, questo consente di impiegare tubazioni molto più corte e dal minore diametro con conseguente sensibile riduzione del volume da portare in pressione nei transitori.
Come ridurre il turbo-lag?
Per minimizzare il turbo-lag, gli ingegneri possono adottare varie strategie, come l'utilizzo di turbo più piccoli o doppi turbo, l'implementazione di tecnologie VGT, e l'ottimizzazione del sistema di gestione del motore. Inoltre, miglioramenti nel design del sistema di scarico e nell'uso di materiali leggeri per la turbina possono contribuire a ridurre il ritardo. Abbiamo visto che il turbo-lag dipende da una combinazione di fattori legati alla dimensione e al design del turbo, al flusso di scarico, alla tecnologia utilizzata, all'inerzia del sistema e alla gestione elettronica del motore. Capire questi aspetti è fondamentale per migliorare le prestazioni dei motori sovralimentati e offrire un'esperienza di guida più reattiva. Ma c'è un altro aspetto sul quale è possibile intervenire ed è proprio il sistema di aspirazione.
Il sistema di aspirazione diretta riduce il ritardo del turbo
I nostri sistemi di aspirazione diretta consentono una riduzione delle perdite di carico dall'ingresso aria all'ingresso del compressore. Questo consente due vantaggi; il primo consiste in una maggiore facilità di aspirazione aria da parte del compressore, quindi con maggiore velocità nel guadagnare velocità di rotazione (minore turbo-lag), il secondo aspetto è legato alla lettura della maggiore massa di aria da parte della centralina ECU (misurazione rilevata dal MAF, ovvero dal sensore di massa aria). Questo comporta un piccolo aumento della quantità di combustibile iniettato con conseguente combustione più energica, quindi ancora una riduzione del turbo-lag.
In sintesi, con i nostri sistemi di aspirazione diretta, si ottiene un comprovato aumento di potenza di 8-30cv sui veicoli di serie (in base al modello), una risposta migliorata su tutta la gamma di regimi, un flusso d'aria ottimizzato e area volumetrica aumentata rispetto all'impianto stock, una maggiore superficie dell'elemento filtrante (minori intasamenti dei filtri). Il tutto con una facile installazione plug-and-play imbullonata e senza alcuna messa a punto della ECU.