Cos'è il "turbo lag" o ritardo di risposta del turbo?

Antonio Roncero @roncero_antonio 1 June 2020 5 min.

Salvo rare eccezioni (motori piccoli di bassa cilindrata e potenza), il turbocompressore è oggi praticamente uno standard per aumentare le prestazioni dei motori a combustione, sia a benzina che diesel.

E se hai guidato un motore turbo, sicuramente in alcune situazioni ti sarai accorto di un leggero ritardo tra il momento in cui premi l’acceleratore per chiedere più potenza e quello in cui questa diventa effettiva. Questo effetto è noto come “turbo lag” o ritardo di risposta del turbo.

Per capire meglio in cosa consiste il “turbo lag”, conviene conoscere almeno i principi di base del sistema di sovralimentazione di un motore mediante turbocompressore.

Come funziona un turbocompressore

Il turbocompressore è uno dei tipi di dispositivi esistenti per sovralimentare, ovvero forzare l’ingresso di aria nella camera di aspirazione di un motore. È composto da un compressore e da una turbina (dal gioco delle due parole deriva il suo nome) collegati da un albero, che ruotano all’interno di un corpo.

I gas di scarico generati dal motore durante il funzionamento mettono in movimento la turbina, che a sua volta fa girare il compressore. Quest’ultimo è incaricato di comprimere l’aria di aspirazione fino a una pressione massima limitata da una valvola di sfogo. L’aria compressa viene immessa nella camera di combustione, aumentando il rendimento.

Perché si verifica il turbo lag?

Il ritardo di risposta tipico di alcuni motori con turbocompressore si verifica quando i gas di scarico devono vincere l’inerzia della turbina quando è ferma o gira a bassi regimi. Tieni presente che, perché il compressore giri a una velocità tale da comprimere l’aria di aspirazione, la turbina deve girare abbastanza velocemente.

Se il flusso dei gas di scarico è ridotto, ad esempio in accelerazione da bassi regimi, faticherà a vincere l’inerzia della turbina e a metterla in movimento. Allo stesso modo, se un turbocompressore è molto grande per generare una maggiore pressione di sovralimentazione, la turbina sarà più grande e sarà più difficile muoverla.

In passato, quando i motori non disponevano della sofisticazione elettronica odierna, nelle auto sportive era frequente utilizzare grandi turbocompressori per ottenere notevoli aumenti di potenza. Questi turbocompressori generavano molta compressione –e quindi facevano erogare al motore molta più potenza– quando giravano ad alti regimi.

Ma a bassi regimi –quando il flusso dei gas di scarico è ridotto– entravano in azione con ritardo, il che obbligava il conducente ad anticipare l’accelerazione e faceva sì che tutta la potenza comparisse praticamente di colpo.

Come si combatte il turbo lag

Sembra logico, quindi, che per combattere il turbo lag si utilizzino turbocompressori piccoli, in cui sia il più facile possibile muovere la turbina, o materiali leggeri nella sua costruzione.

Il problema è che un turbocompressore piccolo limita la capacità del sistema di sovralimentazione di migliorare le prestazioni. D’altra parte, le alte temperature e i regimi di rotazione raggiunti dal turbocompressore (fino a 300.000 giri/min) richiedono l’uso di materiali speciali, come il titanio o la ceramica.

Esistono tuttavia diverse tecnologie che hanno permesso di ridurre il ritardo di risposta dei motori turbo. Le più comuni sono le seguenti:

Turbocompressore a geometria variabile. Le pale della turbina non sono fisse, ma possono variare per modificare l’angolo di incidenza dei gas di scarico, in modo che la turbina acceleri più rapidamente.
Turbocompressore a doppio ingresso Twin-Scroll. Non va confuso con la doppia sovralimentazione. In un turbo Twin-Scroll si utilizzano due ingressi distinti per dirigere i gas di scarico verso la turbina, separando così i cilindri che forniscono pressione da quelli che potrebbero ridurla “riaspirando” i gas di scarico.
Doppia sovralimentazione. Con questa tecnologia si può utilizzare un turbocompressore più piccolo per ottenere una risposta immediata ai bassi giri, e uno più grande per fornire più pressione e ottenere più potenza quando il motore gira ad alti regimi. Questi sistemi possono utilizzare due (o più) turbocompressori di dimensioni diverse. Si sfruttano anche i vantaggi di altri tipi di sovralimentazione, come i compressori volumetrici o i compressori elettrici, che garantiscono una rapida risposta ai bassi giri, abbinati a un turbocompressore convenzionale.

“Bang-bang”: l'”anti-lag” delle vecchie auto da competizione

Prima di tutti questi sistemi, nelle vecchie auto da competizione, che utilizzavano enormi turbocompressori per ottenere grandi valori di potenza, i piloti dovevano affrontare notevoli ritardi nella risposta all’acceleratore. Per questo, gli ingegneri svilupparono un sistema anti-lag che divenne rapidamente noto come “Bang-bang”, per il suo caratteristico suono.

Consisteva nel ritardare l’accensione in modo che la scintilla della candela scoccasse un po’ più tardi, così da ritardare leggermente la combustione e generare una pressione maggiore nei gas di scarico grazie all’aria di aspirazione che entrava nei cilindri. Una soluzione ingegnosa e tecnicamente semplice da implementare, ma non praticabile su un veicolo stradale, a causa del consumo elevato e dei problemi di affidabilità che avrebbe causato al motore.