- La turbina usa gas di scarico per sovralimentare il motore e aumentare potenza
- Funziona con una valvola wastegate e gestione elettronica per proteggere il motore
- Storicamente: dalle idee di Büchi 1905 alle auto GM 1962 e BMW 1973
- Oggi le turbine dominano l’industria automobilistica e guidano il downsizing
La turbina auto, nota anche come turbocompressore o turbina di sovralimentazione, è una delle innovazioni più importanti dell’industria automobilistica. Questo sistema di sovralimentazione ha rivoluzionato i motori a combustione interna, offrendo una combinazione di potenza aumentata ed efficienza.
Nell’odierno contesto di normative sulle emissioni sempre più stringenti e delle tendenze di downsizing, comprendere il funzionamento e la manutenzione della turbina diventa essenziale per ogni guidatore. Dalle prime implementazioni negli anni ’60 ai motori moderni, la turbina si è evoluta costantemente diventando un componente indispensabile.
Evoluzione storica dei turbocompressori auto
Supraalimentazione tramite turbina sui motori termici è stata proposta per la prima volta nel 1905 dall’ingegnere svizzero Alfred Büchi, e la sua invenzione ha aperto la strada al futuro dei motori a combustione interna.
Nell’industria commerciale ha preso forma a partire dagli anni 1925, con un incremento della potenza del motore di circa il 40%. Inizialmente, le turbine sono state implementate su motori grandi – motori navali diesel, locomotive e, qualche anno dopo, sui motori di aerei.
Prime implementazioni sugli automobili
La turbina è stata sviluppata per la prima volta sugli automobili nel 1962, da General Motors per i modelli Chevrolet e Oldsmobile Jetfire. Questi modelli furono messi fuori produzione un anno dopo per motivi di affidabilità.
Nel 1973, BMW ha implementato la prima auto di produzione con turbocompressore – la BMW 2002. Altri produttori hanno iniziato a offrire automobili dotate di motori turbo a benzina.
A causa dei consumi di carburante elevati e del fenomeno del turbo-lag, conosciuto come tempo di risposta ritardato della turbina, i motori dotati di turbocompressore scomparvero alcuni anni dopo, sebbene offrano prestazioni superiori rispetto ai motori aspirati naturalmente.
Rinascita della turbina nell’era moderna
Con il tempo, la popolarità della turbina auto è cresciuta, indipendentemente dal fatto che si parli di motori a accensione di compressione o di motori a accensione mediante scintilla. Oggi, le turbine sono dominanti nell’industria automobilistica, al punto che pochi produttori offrono ancora motori aspirati.
Cos’è e come funziona la turbina auto
Turbina auto, nota anche come turbo o turbina di sovralimentazione, è un dispositivo che utilizza una parte dei gas di scarico emessi dal motore. È controllata da una valvola wastegate tramite l’elettronica di gestione del veicolo, in funzione delle necessità, proteggendo l’intero pacchetto motore.
Principi di funzionamento:
- Sovralimentazione del motore sfruttando l’energia dei gas di scarico
- Compressione dell’aria che entra nel motore
- Aumento della pressione di aspirazione e quindi della potenza motoristica
- Aumento della pressione massima nella camera di combustione
Adattamenti necessari per i motori turbo
Per poter funzionare con una turbina, un motore turbo rispetto a un motore aspirato deve essere adattato per far fronte a sollecitazioni termiche e meccaniche più elevate:
- Motore più stressato e temperature di funzionamento più alte
- Prestazioni molto superiori con una manutenzione più elevata
- Sistema più complesso che richiede cure aggiuntive
Le turbine si dividono in due grandi gruppi: a geometria fissa e a geometria variabile.
Costruzione e componenti della turbina
Il turbocompressore è formato da un albero, con a una estremità il rotore del compressore, e all’altra estremità il rotore della turbina.
Parte fredda - compressore
Questi componenti sono inseriti in una carcassa a spirale, realizzata in alluminio per la parte del compressore. Questa è detta la parte “fredda” dove troviamo:
- Temperature relativamente ridotte dell’aria
- La parte più “pulita” della turbina
- Responsabile della compressione dell’aria di aspirazione
Parte calda - turbina
Sulla parte della turbina, detta la parte “calda”, le gas raggiungono temperature molto elevate, fino a 1000°C. Qui troviamo:
- Materiale più resistente - ghisa
- La parte più “scura e sporca” della turbina
- Responsabile dell’estrazione di energia dai gas di scarico
Vantaggi dell’implementazione della turbina
La turbina gioca un ruolo essenziale nell’odierna realtà automobilistica per diversi motivi:
Benefici ambientali e prestazionali
- Emissioni inquinanti più basse – conformità alle normative sulle emissioni sempre più severe
- Potenza del motore aumentata – maggiore potenza con una cubatura ridotta
- Accelerazione più rapida – risposta migliorata all’accelerazione
- Consumo di carburante ridotto – efficienza energetica migliorata
- Coppia elevata a bassi regimi – disponibile a giri più bassi
- Downsizing – riduzione della cilindrata complessiva del motore
Cause principali di guasto della turbina
La turbina, come progettata, è destinata a funzionare per tutta la vita del motore senza richiedere manutenzione speciale. Tuttavia, un guasto della turbina è spesso causato da una catena di altri malfunzionamenti tecnici o da interventi non corretti.
Interventi non corretti
Una rimappatura software eseguita male sul veicolo al fine di aumentare le prestazioni o ridurre i consumi può causare:
- Aumento del boost eccessivo nella turbina
- Diminuzione significativa della durata
- Superamento dei limiti di rotazione dell’albero
- Temperature elevate e lubraggio insufficiente
Penetrazione di corpi estranei
Un’altra causa di guasto della turbina è l’ingresso di corpi estranei nel case della turbina o del compressore. Anche oggetti di piccole dimensioni, a velocità di rotazione della turbina (100.000-280.000 rot/min), possono causare:
- Guasti alle pale della turbina
- Squilibrio dell’insieme rotante
- Danni irreversibili ai componenti
Sull’ambito del compressore, le impurità penetrano tramite:
- Filtro dell’aria difettoso, inadeguato o ostruito
- Revizione periodica trascurata
Sulla parte della turbina, possono penetrare:
- Impurità dal sistema di scarico
- Materiali delle guarnizioni deteriorati
Problemi di lubrificazione
Una lubrificazione insufficiente può essere causata da:
- Utilizzo di un olio non idoneo – specifiche errate
- Guasto della pompa dell’olio – pressione insufficiente
- Livello olio basso – ridotta pressione dell’olio
- ** Olio contaminato** – non lubrifica correttamente
Questi problemi favoriscono:
- Invecchiamento precoce delle componenti della turbina
- Grippaggio della turbina
- Danno al sistema dei cuscinetti (assiali e radiali)
- Aumento degli attriti e delle temperature
Problemi al sistema di scarico
Un’altra possibile causa è il sistema di scarico ostruito, provocato da:
- Ostrusione del filtro antiparticolato
- Ostruità del catalizzatore
- Contrappressione elevata nel sistema di scarico
Sintomi di una turbina difettosa
Perdita di potenza senza fumo
Un sintomo è la perdita di potenza senza fumo, presente solo sulle turbine a geometria variabile bloccata. In questo caso si verifica:
- La causa dell’inceppamento della geometria variabile
- L’attuatore vacuo o elettronico
- Il sistema di controllo della turbina
Perdita di potenza con fumo
Nel caso di perdita di potenza accompagnata da [fumo], si verifica:
- Il percorso di aspirazione
- L’intercooler (rotto o incrinato)
- Le tubazioni di pressione (aria falsa)
- Valvola EGR (bloccata in apertura)
- Carcassa turbina surriscaldata
Cause di perdita di potenza con fumo nero
- Sistema di alimentazione difettoso o regolato in modo scorretto
- Iniettori usurati o sporchi
- Pompa di iniezione fuori regolazione
- Usura del motore - segmenti, sedi delle valvole, manicotti dei cilindri usurati
Fumo azzurro - segno di usura avanzata
Quando il motore emana un fumo azzurro (restaurazione turbina), le cause principali possono essere:
- Problemi nel lato di aspirazione
- Resistenza sul sistema di scarico
- Perdita sulla turbina
- Ostruzione nel sistema di lubrificazione dall’alloggiamento del cuscinetto
- Rotore del compressore sporco
- Anelli di tenuta usurati
Situazione di emergenza - turbina rotta
Se si osserva sul tubo di scarico un fumo bianco intenso insieme a un’accelerazione forzata, si può essere certi che si tratta di turbina rotta:
In tal caso:
- L’asse della turbina si rompe
- Tutto l’olio passa attraverso la turbina ed è espulso nello scarico
- Si verifica l’autoaccensione dell’olio
- Il motore si alimenta con olio e non si spegne
Soluzioni di emergenza:
- Bloccaggio dell’admissine con una pezza - l’annecamento del motore
- Passaggio all’ultima marcia (solo trasmissione manuale) - sblocco brusco dell’embrayage e premere il freno
Il sibilo della turbina - cause e significato
Ogni turbocompressore che emette un rumore durante l’accelerazione dovrebbe far scattare un campanello d’allarme, a meno che non si tratti di una valvola BOV (blow off).
Valvola BOV - suono normale
La valvola BOV è un sistema di rilascio della pressione presente sui motori turbo, utile per:
- Produzione di un suono caratteristico al cambio marcia
- Prevenire l’onda del compressore
- Ridurre l’usura della turbina e del motore
Sibilo anomalo della turbina
Se durante l’accelerazione compare improvvisamente un sibilo:
- Questo rumore non deve essere trascurato
- Soprattutto se appare bruscamente e non in modo progressivo
- Se il suono si trasforma in un fischio intenso, i giorni della turbina stanno per finire
Boost leak - perdite di pressione
Non sempre il sibilo proviene dalla turbina. Sul percorso di aspirazione possiamo avere:
- Tubazione allentata o incrinata (boost leak)
- Perdite d’aria – il motore aspira aria falsa
- Perdita simultanea di potenza
- Problema facile da verificare visivamente
Manutenzione corretta della turbina
All’avvio del motore
All’avvio del motore servono circa 4-12 secondi affinché l’olio venga distribuito dal motore alla turbina:
- Evitare di mettere subito in moto l’auto
- Attendere la formazione del film d’olio
- Evitare accelerazioni brusche
- Mantenere giri bassi nei primi minuti (sotto 2500-3000 giri/min)
Importanza della temperatura dell’olio
I parametri dell’olio sono differenti quando è freddo:
- È più viscoso
- Non può garantire una lubrificazione ottimale
- Deve raggiungere la temperatura di esercizio
Non tutti i veicoli hanno sensori di temperatura dell’olio. Controllate la temperatura del liquido di raffreddamento:
- Raggiungere la temperatura di esercizio (85-95°C)
- Attendete qualche minuto in più per il riscaldamento dell’olio
- L’olio si riscalda più lentamente dell’antigelo
Utilizzo corretto
In un uso normale, l’usura maggiore è data dalle sollecitazioni termiche - le differenze di temperatura durante accensione e spegnimento.
Prevenire l’usura:
- Evitare accelerazioni brusche a bassi giri
- Dopo 2000-2200 giri/min potete accelerare completamente
- Rispettare le condizioni di riscaldamento del motore
Raffreddamento dopo sforzo
Il raffreddamento della turbina è molto importante:
- Dopo lunghi tragitti
- Dopo una guida intensiva
- Lasciare l’auto al ralleggio per almeno 5 minuti
- L’olio ha una temperatura molto alta e funge da liquido di raffreddamento
Prevenire l’ostruzione
A marcia bassa, la turbina viene forzata. La guida in città favorisce l’ostruzione della turbina:
- Una volta ogni poche settimane percorrete tratte aperte
- Mantenete giri elevati (4000-6000 giri/min, a seconda del motore)
- Almeno 20 secondi
- Ridurre i depositi di calamina all’interno della turbina
- Sbloccare la turbina e aumentarne la longevità
Garanzie per le riparazioni della turbina
Quando si ripara o si sostituisce la turbina, cercate servizi che offrano:
- Personale qualificato nel settore
- Attrezzature all’avanguardia per la diagnostica
- Esperienza pluriennale nel campo delle turbina turbocompressori
- Garanzia del lavoro di 12 mesi, senza limiti di chilometraggio
- Consegna rapida dei componenti
La manutenzione corretta della turbina è l’investimento migliore che possiate fare per le prestazioni e la longevità del motore. Seguendo questi consigli, avrete una turbina funzionante per tutta la vita del veicolo.
