Turbo e diesel, coppia vincente

3 ottobre 2016
Tecnologia
L’applicazione del turbocompressore ai motori a gasolio è ormai un fatto acquisito. Meno scontato è che questa tecnologia è ancora lontana dall'avere esaurito le sue potenzialità.

UNA STORIA LUNGA UN SECOLO - Il turbocompressore è nato nel 1905 dall’intuito dell’ingegnere svizzero Alfred Büchi, che ne equipaggiò il motore diesel di un camion della Sulzer, l’azienda per cui lavorava. L’evoluzione del turbocompressore, dallo stadio di prototipo a quello di componente affidabile e regolarmente accessibile per l’industria motoristica, è però avvenuta grazie alla General Electric, che ne ha sviluppato versioni sempre più efficienti ed affidabili non solo per impiego su motori Diesel (le prime applicazioni regolari negli anni 20 su camion, navi e locomotori ferroviari), ma anche su propulsori a benzina, molto più impegnativi in relazione alle più elevate temperature dei gas di scarico. Già negli anni 40, la General Electric realizzava turbocompressori per i grandi “stellari” Pratt&Whitney, come gli R-2800 dei bombardieri B17 e dei caccia P47 e F8U, e il Wright R-3350, quello del mitico B29. 

UN “COLPO D’ACCELERATORE” - Ed è stata proprio la turbo-sovralimentazione a fornire la prima chiave utile ad aprire ai propulsori Diesel la porta di prestazioni davvero consistenti, risolvendo in modo fondamentale quei limiti di efficienza volumetrica che questi motori, in modalità aspirata, hanno evidenziato da sempre. In questi ultimi 30 anni, i propulsori a ciclo Diesel hanno rivelato potenzialità straordinarie, rispondendo in modo estremamente positivo a ogni aggiornamento della tecnologia e della tecnica (e ripagando del 1000% gli investimenti in ricerca e sviluppo che l’industria vi ha profuso). Prima dell’avvento su larga scala della turbo-sovralimentazione, si può dire che i Diesel “non respiravano abbastanza”: questa tecnologia li ha radicalmente trasformati in propulsori di grande consistenza prestazionale, soprattutto in termini di densità ed erogazione della curva di coppia. 


Un turbocompressore della Garrett.

ANTISPRECO - Funzione primaria del turbocompressore è recuperare e mettere a buon uso una parte dell’ingente quantità di energia che il tradizionale motore a ciclo Diesel spreca attraverso il sistema di scarico. Alcuni grandi esperti del settore considerano il turbocompressore non come un accessorio, ma come un elemento fondamentale dello stesso ciclo termodinamico del Diesel. Una tecnologia molto interessante, che potrebbe trovare sempre più ampia applicazione grazie all’avvento (prossimo venturo) di nuovi materiali a matrice ceramica che non solo ne ridurranno il peso, e quindi l’inerzia giroscopica e il conseguente ritardo di risposta, ma anche le temperature operative: consentendo a quel punto di realizzare turbocompressori a geometria variabile di normale impiego non solo (come accade già da diversi anni) sui motori a gasolio, ma anche su quelli a benzina (tra i quali fanno eccezione, per il momento, solo alcune Porsche). 

INIEZIONE DI POTENZA - La seconda chiave dello sviluppo del motore Diesel, ovviamente, è rappresentata dal sistema di iniezione common rail, che non solo ha ulteriormente esaltato il potenziale prestazionale di questi motori, ma ne ha affinato le caratteristiche di combustione contribuendo ad abbattere i livelli delle loro emissioni. Il ciclo Diesel continua a sbattere contro il muro dei 4.000 giri del regime di rotazione massima, considerato insormontabile perché, salendo oltre, il tempo a disposizione diventa insufficiente per il completamento della combustione della carica inalata, che quindi non è in condizione di trasformare pienamente la sua energia termica in energia propulsiva. Questo limite, peraltro, viene ampiamente compensato dalle capacità che la massiccia struttura del Diesel possiede di gestire pressioni di combustione superiori a 200 bar, e quindi di realizzare ugualmente potenze elevate anche nel rispetto forzato dei citati congeniti limiti di rotazione. La potenza, infatti, è la risultante di questa semplice equazione: 

HP= (cilindrata x giri x MPE) / 900

Cilindrata e giri sono termini dall’ovvio significato e agevolmente identificabili nelle relative entità numeriche. L’acronimo PME rappresenta la Pressione Media Effettiva: in termini semplici, è il prodotto, espresso in bar, dell’efficienza volumetrica e dell’efficienza termodinamica. Nel caso del Diesel, l’incremento delle prestazioni (ferma restando la cilindrata e fermo restando entro i 4000 il numero dei giri) passa necessariamente attraverso l’innalzamento della PME: e qui l’evoluzione dei turbocompressori (e dei sistemi di intercooler) ha svolto un ruolo fondamentale. Quasi altrettanto rilevante è stato il contributo derivato dalla crescita dei sistemi di iniezione common rail: che, oltre a operare oggi con pressioni di oltre 2000 bar, sono arrivati a perfezionare la loro capacità di suddividere la fase di iniezione in sequenze di impulsi che consentono di raggiungere pressioni di combustione di oltre 200 bar, ma senza i picchi di sovraccarico che sarebbero generati da un impulso singolo. 


Il recente motore Drive-E D5 della Volvo. 

LA PRESSIONE? MEGLIO BASSA - Un ulteriore momento evolutivo, che sottolinea la sempre più positiva integrazione del turbocompressore nel ciclo Diesel, è rappresentato dalla progressiva riduzione del rapporto di compressione dei moderni turbodiesel a iniezione diretta al fine di contenere le emissioni di NOx (risultante secondaria della combustione ad alta pressione che avviene nei cilindri di ogni motore alternativo, e che favorisce la sintesi dell’azoto e dell’ossigeno presenti nell’aria). Più elevato è il rapporto di compressione, maggiore è la quantità di ossidi di azoto emessi allo scarico. Ai tempi in cui i motori automobilistici a ciclo Diesel, per ridurne la gracidante rumorosità di combustione, erano necessariamente del tipo “a precamera”, il rapporto di compressione superava largamente il valore di 20:1. Quando i motori Diesel a “precamera” hanno passato le consegne ai moderni “iniezione diretta”, il valore del rapporto di compressione è sceso decisamente sotto quel valore, stabilizzandosi attorno a 17-19:1. Ora assistiamo a una ulteriore riduzione, con i propulsori più aggiornati che sono scesi sotto il limite di 16:1. È il caso dell’ultima versione del Volvo 2.0 D5 della nuova S90, che oggi rappresenta il picco più avanzato della tecnologia: per ridurre le emissioni di NOx, esso opera con un rapporto di compressione di soli 15,8:1 ma, grazie al suo sistema di sovralimentazione a doppio turbocompressore sequenziale, realizza una potenza di ben 235 CV agli usuali 4000 giri, e soprattutto una coppia massima di 480 Nm già a partire da 1750 giri. Il tutto con un consumo medio normalizzato di 20,4 km/l e con soli 129 g/km di emissioni di CO2. Gli svedesi non barano: è il propulsore all’apice della categoria, un vero picco di eccellenza ingegneristica.

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3 ottobre 2016 - 21:58
1
Sono numeri gonfiati da case automobilistiche e review sempre prone nei confronti del diesel. E poi hai detto bene: Navi, mezzi industriali, trattori. Ma sulle auto ormai e' diventato del tutto inutile con l'avanzata dell'ibrido che schianta il diesel in praticamente tutte le condizioni d'utilizzo (città /extraurbano) e grazie all'efficienza degli Atkinson comincia a vedere sempre più risicato il suo vantaggio in autostrada. E delle agevolazioni che puoi godere con l'ibrido con l'esenzione dal bollo dai tre ai 5 anni, il parcheggio gratis sulle strisce blu, l'accesso alle ZTL, la libera circolazione tutti i giorni e i costi di manutenzione inferiori fino al 40%. Per non parlare della ben più elevata affidabilità di un powertrain ibrido, si parla di motori elettrici, rispetto a quella dei diesel, sempre più delicati e complessi...perché non sono certo più i diesel degli anni 70.
Ritratto di Frect
3 ottobre 2016 - 22:50
Ma che andate dicendo??? Mi chiedo perché parliate tanto per.. Prendete un Benzina da 200/300 cv ed un Diesel, col Benzina, chiaramente con dati reali e non le cavolate che dichiarano, spendi il doppio, tra consumi maggiori e costo superiore del carburante.. Senza contare la maggior svalutazione.. Sono il primo che ama le auto a benzina, e state tranquilli che se consumassero uguale o poco più per lavoro girerei in M235i/M240i o M2 e non col 225d!! Per la cronaca la M235i reali sta sugli 8,5/9 km/l, la M2 sui 6, mentre la mia a nafta sta tranquillamente sui 15, e su circa 40.000 km annui son bei soldini ;)
Ritratto di nicktwo
3 ottobre 2016 - 23:21
dipende anche dal motorista... la giulietta quadrifoglio verde testata da av (quindi dati reali) con 240cv fa quasi 14 al litro... probabilmente un diesel che le sta dietro al ring nemmeno esiste e e se pure esiste sara' un 4.0 che fa reali scarsi 11 di media al litro... saluti
Ritratto di Frect
4 ottobre 2016 - 08:58
A guarda caschi a fagiolo!! Sia per i consumi che per la pista ;) Fine 2010 cambiai la mia 530d Msport 235 cv con la Giulietta 2.0 170 cv, ed in condizioni normali faceva sui 15, non presi la QV proprio perché a detta dei proprietari, vedi forum Alfa a cui sono tuttora iscritto, la 235 cv stava mediamente sui 10,5 km/l, ora che la nuova 241 consumi meno ci credo, ma non credo faccia realmente i 14, posso chiedere direttamente ai proprietari su forum, eventualmente! Per la pista ti sbagli alla grande, dopo la Giulietta ho preso una 123d coupé Msport e pistavo circa 2 volte al mese con con 3 amici, uno la RX-8, uno proprio la Giulietta QV 235 cv e l'altro con la 500 Abarth.. Vogliamo dirla tutta? Inizialmente il cinquino bastonava tutti rullava intorno ai 270 cv, mentre gli altri avevamo tutti le auto stock, e da stock il 123d girava a pochi decimi dalla Giulietta, non tanto sul dritto dove perdeva realmente poco, quanto in assetto, la Giulietta era già ben assettata mentre la 123d anche se con Msport era abbastanza turistica per la pista e aveva angoli per le signorine che vanno a far la spesa col bagnato, capiamoci.. Già solo con assetto completo, angoli giusti e tubi giravo più veloce.. Quando l'ho venduta, ormai quasi due anni fa mi rullava quasi 300 cv (fai te che abbiam dovuto montare la pompa gasolio del 3.0 perché sopra i 260/270 cv non dava più benza) stavo davanti ad auto ben più potenti e blasonate.. Ora la 225d la lascio stock perché mi sono aumentati i km annui e pistono con il Cayman GT4.. Saluti a Lei
Ritratto di nicktwo
4 ottobre 2016 - 10:16
mi fa piacere per l'argomentato commento pero' devo sottolineare che le esperienze dirette sono comunque personali... purtroppo per poter fare un confronto c'e' bisogno di una database comune quindi se pure sembra un atteggiamento poco aperto mentalmente io se devo fare dei confronti sui consumi vedo ufficialmente quanto fa la giulietta q.v. testa da av o da 4r e metto a paragone con altre macchine testate dalle stesse a.v. e 4r (anche per la mia macchina nei forum del marchio-modello c'e' chi dice di fare 20 al litro e chi non arriva ai 13, lo stile di guida e' troppo personale)... analogamente per i riscontri dinamici ci sono le prove ufficiali in pista, per esempio al nurb la q.v. fa 8:30 ossia intorno alla 150ima posizione mentre in posizione solo attorno alla 320 ci dovrebbe il primo disele che e' la jaguar s-type 2.7 diesel con 9:12.... saluti
Ritratto di Frect
4 ottobre 2016 - 11:30
Vero anche quello.. Al ring devi però pensare che molto auto diesel non hanno tempi ufficiali.. E sui tempi potremmo discuterne per ore.. Ti porto un esempio lampante, rimango sul 123d perché avendolo avuto mi sono informato su molti aspetti.. Ad esempio a Balocco la 120d attiva (quindi con assetto Msport) 3 porte aveva fatto 3.11.45 (che è un ottimo tempo, per comparazione la GT86 da 200 cv ha fatto 3.11.13) mentre il 123d 5 porte 3.11.00, risultato penoso che fece gran bordello sul forum alfa, dissero tutti che era un motore inutile ecc ecc.. peccato che non sapevano che quella provata fosse una 5 porte senza Msport, quindi davvero turistica oltre che più pesante per via delle 5 porte, ora tutti sappiamo quanto sia vantaggioso un assetto migliore e più basso in pista, direi che in una pista come balocco fa guadagnare dicersi secondi.. Oppure ad Hockeneim schort la 147 GTA (molto più esasperata) ha segnato 1.22.10 mentre la 123d Msport sempre 5 porte 1.21.30, meno assettata e con 50 cv in meno, oltre che 1.200 di cc in meno e 2 cilindri in meno.. La bellissima Giulietta QV ha fatto 1.20.70, sempre con una trentina di cv in più ed un assetto più dedicato.. Senza contare che parliamo sempre della vecchia e cara benza con un cagafumo ;) Un saluto, fa sempre piacere parlare di auto :)
Ritratto di nicktwo
4 ottobre 2016 - 12:27
confermo che effettivamente le diesel non le portano a fare i tempi al nurb, mentre secondo me sarebbe una cosa interessante per paragonare... saluti
Ritratto di Frect
4 ottobre 2016 - 14:02
Vero vero!! Sai per caso qualcosa sulle motorizzazioni 3.0 sulla Giulia?
Ritratto di nicktwo
4 ottobre 2016 - 14:12
se come presumo e' rivolta a me, veramente non saprei visto che non seguo piu' di tanto i vari rumors che la riguardano, anche perche' in alfa sono abbastanza incalcolabili e quindi cose che potrebbero sembrare scontate non le fanno mentre invece arrivano cose inaspettate tipo 2-3 versioni una dietro l'altra, a cercare di tenere le idee ordinate si rischia di uscire pazzi... saluti
Ritratto di nicktwo
4 ottobre 2016 - 15:10
in verita' aprendo un qualsiasi sito di un distributore a caso leggo benizna 1.328 e diesel 1.486 che e' poco piu' del 10x100 in piu' ossia quasi la meta' del 20x100 paventato... se il sistema e' questo poi, sbagli un calcolo la' e una percentuale qua, e' facile trarre conclusioni che col benzina uno consuma il doppio ma anche il triplo che col diesel... saluti
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