Addio Turbo Lag, la soluzione Volvo stupisce tutti

L'aria compressa fa girare la turbina con il motore in rilascio: l'idea di Volvo contro il Turbo Lag è semplice ed efficace

14 dicembre 2017 - 10:14

La sovralimentazione dei motori a scoppio è un'idea che è antica quasi quanto i motori stessi ma il vero salto di qualità risale alla diffusione dei turbocompressori. Gli ingombranti, pesanti e voraci (in termini di energia spesa per il loro azionamento) compressori meccanici hanno perso il loro “posto di lavoro” in favore di questi componenti ben più leggeri, compatti e, soprattutto, che recuperavano l'energia dai gas di scarico (leggi delle previsioni-boom per il mercato dei turbocompressori). Lati negativi ovviamente c'erano e ce ne sono, il più importante dei quali è il ritardo (Lag) con il quale il turbo riprendeva vigore dopo un rilascio dell'acceleratore. La soluzione Volvo per ovviare a questo inconveniente si chiama Power Pulse e merita un approfondimento.

CHE FATICA RIPRENDERE! La cura di Volvo per il Turbo Lag è decisamente clever: si chiama Power Pulse e, al confronto con le altre soluzioni prospettate, appare davvero semplice. Il problema da risolvere, quello che crea il lag, si presenta quando si preme sull'acceleratore dopo averlo rilasciato. Questo deriva dal fatto che la portata dei turbocompressori varia con il quadrato della velocità di rotazione e quindi un rallentamento anche lieve “taglia” molto il flusso dell'aria. Un'approssimazione di questo andamento la si può avere considerando che se la portata massima è a 100 mila giri/minuto, a 80 mila giri avremo un dimezzamento del flusso. Il ritardo proviene dal fatto che la turbina impiega un certo tempo a ritornare al regime di lavoro ottimale e questo provoca una risposta non immediata alla pressione dell'acceleratore.

IL GAS NON DEVE MANCARE Come sempre accade, le esigenze sono in contrasto fra loro: un turbocompressore di diametro ridotto ha meno inerzia e recupera più in fretta il suo regime ma ha una portata minore rispetto ad un'unità più grande. Le contromisure non mancano, come usare in parallelo 2 turbo più piccoli invece di uno più grande o metterne 2 in serie, con il più piccolo che accelera prima e passa il testimone al secondo quando c'è bisogno di una portata maggiore. Non possiamo poi non citare i turbo a geometria variabile, nei quali è possibile variare l'incidenza delle palette del diffusore per minimizzare, con successo, il Lag. La soluzione Volvo è rivolta alla radice del problema, ossia al non far rallentare la turbina anche con l'acceleratore rilasciato e questo si ottiene iniettando nel turbo aria compressa in attesa che i gas di scarico riacquistino vigore. Il sistema Power Pulse include un compressore che preleva l'aria a valle del filtro e la immette in pressione in un serbatoio: esso è indicato con il numero 5 nelle figura, nella quale si vede il tubo azzuro che preleva l'aria a valle del filtro mentre l'aria compressa è portata al collettore di scarico dal tubo verde.

Quando c'è bisogno di un boost per mantenere la turbina ad alti regimi, una valvola si apre e l'aria entra nel collettore per arrivare poi alla turbina, né più né meno di quel che fanno i gas di scarico. Volvo Power Pulse è abbinata al motore D5, un turbodiesel da 2 litri che eroga 235 cavalli con la bella coppia di 480 Nm.

10 KG DI PRONTEZZA Il Program Manager dei Powertrain Volvo, Fredrik Ulmhage, ha dichiarato alla SAE che il sistema Power Pulse è stato concepito interamente all'interno dell'azienda: “Nessun altro ce l'ha. La nostra strategia per i diesel prevedeva di combattere il Turbo Lag facendo in modo che il turbocompressore fosse a regime anche prima che la pressione allo scarico arrivasse ad un valore sufficiente”. Sono possibili altre strategie per migliorare la prontezza dei motori sovralimentati, ad esempio con compressori elettrici alimentati a 48 volt (è questa la soluzione scelta da Mercedes per i suoi nuovi diesel potenti e puliti) ma la soluzione Volvo non impone un ripensamento dell'impianto elettrico dell'automobile. Ricordiamo che oltre ai compressori elettrici esistono gli e-turbo, che abbinano un motorino elettrico ad un turbocompressore convenzionale per ridurre il Lag (ne abbiamo parlato a proposito di Honeywell che vede rosa per i turbo elettrici), La capacità del serbatoio dell'aria è sufficiente per due boost consecutivi senza pause; in ogni caso la ricarica completa, se fosse richiesto un terzo intervento (eventualità considerata come estremamente rara), impiegherebbe un paio di secondi.

Il piccolo compressore elettrico comprime l'aria in un serbatoio da 2 litri alla pressione di 12 bar e un'elettrovalvola controlla l'immissione dell'aria compressa nel collettore. Il sistema Power Pulse aggiunge circa 10 kg al motore e la sua compattezza ne ha facilitato la sistemazione nel cofano motore. Gli ingegneri Volvo stanno studiando un serbatoio a pressione fatto di materiali leggeri per ridurre il peso del sistema. Il motore D5 è un biturbo con 2 BorgWarner con diametri di 38 e 53 mm che si attivano in sequenza. Gli ingegneri di Volvo affermano che il sistema raggiunge il regime massimo di 150 mila giri/minuto, partendo da zero, in 0,3 secondi.

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