Ecco come funziona un turbocompressore a geometria variabile: vantaggi, guasti e manutenzione

Tra i diversi sistemi di sovralimentazione di un motore esistono i turbocompressori a geometria fissa o a geometria variabile, noti come VGT. In entrambi i casi l’obiettivo è lo stesso: sfruttare l’inerzia dei gas di scarico per immettere nei cilindri più aria di quella che il motore riuscirebbe ad aspirare da solo, aumentando il rendimento.

Ma uno dei principali inconvenienti dei motori sovralimentati con turbo convenzionali è che, quando il motore lavora a bassi regimi, i gas di scarico non hanno forza sufficiente per accelerare la turbina che comprime l’aria di aspirazione. Al contrario, con il motore a regimi elevati il flusso dei gas di scarico è così grande e muove la turbina con tanta energia che diventa necessario attivare una valvola di scarico, sprecando parte di quell’energia contenuta nei gas di scarico.

È questo inconveniente che risolvono i turbocompressori a geometria variabile, che, come vedremo, hanno una maggiore capacità di comprimere efficacemente l’aria di aspirazione sia a bassi sia ad alti regimi.

I primi sviluppi dei turbocompressori a geometria variabile risalgono alla metà degli anni ’50, anche se il primo veicolo di serie a integrarlo è stato la Fiat Croma turbodiesel all’inizio degli anni ’90, con il suo motore 1.9, che fu tra i primi diesel a adottare anche l’iniezione diretta. Oggi sono state sviluppate anche soluzioni che ricorrono direttamente a piccoli motori elettrici per accelerare la turbina. Altri tipi di turbocompressori impiegati per migliorare la risposta dei motori sovralimentati a bassi regimi sono i turbo Twin-Scroll.

Come funziona un turbo a geometria variabile?

La differenza tra un turbocompressore fisso e uno variabile (VGT) è che quest’ultimo dispone di un meccanismo che permette di variare la velocità con cui i gas di scarico investono la turbina, ottenendo che essa acceleri più rapidamente. Non modifica la quantità d’aria, ma la sezione di ingresso della stessa.

Per farlo, dispongono di un sistema di alette o palette variabili che si chiudono quando il motore funziona a bassi regimi, accelerando i gas di scarico, che aumentano la spinta sulla turbina. Quando il motore lavora ad alti giri, le palette si aprono, aumentando la sezione di ingresso dei gas di scarico e riducendo così la velocità. Questo permette di raggiungere la pressione massima di sovralimentazione a regimi di rotazione del motore più elevati.

La regolazione delle palette può essere effettuata mediante un sistema meccanico con un attuatore di pressione o di depressione, anche se nei motori più moderni è normale ricorrere a un piccolo motore elettrico azionato dalla centralina elettronica (ECU) del motore.

Puoi vedere più in dettaglio come funziona un turbocompressore a geometria variabile in questo video:

https://www.youtube.com/watch?v=AuQor-YnbZ8

Quali vantaggi offre un turbo a geometria variabile?

Conoscendo il principio di funzionamento di un turbocompressore a geometria variabile, i suoi vantaggi sono evidenti:

• Riducono o eliminano il “turbo-lag” o ritardo di risposta tipico dei motori turbo quando accelerano da bassi regimi.
• Ottimizzano il funzionamento del sistema di sovralimentazione a tutti i regimi del motore, permettendo una curva di coppia più piatta.
• Controllando la pressione di sovralimentazione agendo sulle palette mobili, non è necessaria una valvola di scarico o “waste gate”.
• Si tratta di una soluzione più semplice di un doppio turbo sequenziale. Ciononostante, esistono motori ad alte prestazioni con più di un turbocompressore in cui almeno uno è a geometria variabile.
• Ottimizzando l’erogazione della coppia, migliorano le prestazioni e, di conseguenza, anche i consumi e le emissioni

Quali svantaggi ha un turbo variabile?

Essendo un meccanismo più complesso con un numero maggiore di parti mobili, i turbocompressori a geometria variabile sono più costosi di quelli convenzionali. Per lo stesso motivo sono anche più soggetti a guasti.

Un altro svantaggio è la complessità che presenta il loro impiego nei motori a benzina, nei quali le temperature più elevate dei gas di scarico richiedono sviluppi più sofisticati e costosi.

Porsche è stata tra le prime marche a utilizzare un turbocompressore a geometria variabile su un motore a benzina, anche se oggi si trovano anche su motori piccoli come soluzione per migliorare l’efficienza, più che per ottenere prestazioni elevate. Un esempio recente è il motore 1.5 ibrido della nuova Alfa Romeo Tonale.

Manutenzione, cura e guasti dei turbo a geometria variabile

Avendo un numero maggiore di parti mobili, che inoltre sono esposte alle alte temperature e al passaggio dei gas di scarico, i turbocompressori a geometria variabile presentano più problemi rispetto ai turbo a geometria fissa.

Il guasto più frequente è che il sistema di alette variabili si blocchi. Il problema in questo caso è che il turbo variabile non passa a funzionare come uno a geometria fissa, perché il blocco delle palette fa sì che il motore funzioni correttamente solo in un determinato intervallo di giri. I sintomi sono una chiara perdita di rendimento, con il conseguente aumento dei consumi. In questi casi è anche frequente avvertire sbalzi nell’erogazione della potenza, o zone morte in cui il motore sembra non spingere.

Come accade con i debimetri, le EGR e i filtri antiparticolato, una delle principali cause del bloccaggio di un turbo a geometria variabile è guidare soprattutto in città, o con il motore sempre a regimi molto bassi, che è quando la combustione produce più fuliggine.

Il modo migliore per evitare guasti a un turbocompressore a geometria variabile è, quindi, non limitare la guida ai percorsi urbani, uscendo ogni tanto su strada e facendo lavorare il motore anche a regimi medi o alti. Naturalmente è anche indispensabile usare un olio motore adeguato e rispettare gli intervalli di manutenzione.