Turbocompressore: cos’è e a cosa serve?
Un turbocompressore, comunemente noto come turbo, è un dispositivo che aumenta l’efficienza e la potenza di un motore a combustione interna forzando l’ingresso di aria compressa nella camera di combustione. Questo miglioramento rispetto alla potenza di un motore ad aspirazione naturale è dovuto al fatto che il compressore può spingere nella camera di combustione una quantità di aria e di carburante proporzionalmente maggiore rispetto alla pressione atmosferica – in questo caso, il pistone stesso.
Come funziona un turbocompressore?
Nei motori a pistoni ad aspirazione naturale, i gas di aspirazione vengono aspirati o “spinti” nel motore dalla pressione atmosferica che riempie il vuoto volumetrico causato dalla corsa verso il basso del pistone (che crea una regione di bassa pressione), in modo simile al prelievo di un fluido con una siringa. La quantità effettiva di aria aspirata, rispetto a quella teorica se il motore fosse in grado di mantenere la pressione atmosferica, è chiamata efficienza volumetrica. Lo scopo di un turbocompressore è quello di migliorare l’efficienza volumetrica del motore aumentando la densità del gas in ingresso (solitamente aria), consentendo una maggiore potenza per ciclo del motore.
Il compressore del turbocompressore aspira l’aria ambiente e la comprime prima di immetterla nel collettore di aspirazione ad una pressione maggiore. Ciò comporta una maggiore massa d’aria che entra nei cilindri ad ogni corsa di aspirazione. La potenza necessaria per far funzionare il compressore centrifugo deriva dall’energia cinetica dello scarico del motore.
Storia dei turbocompressori
L’induzione forzata risale alla fine del XIX secolo, quando Gottlieb Daimler brevettò nel 1885 la tecnica di utilizzare una pompa a ingranaggi per forzare l’aria in un motore a combustione interna. Il turbocompressore è stato inventato dall’ingegnere svizzero Alfred Büchi (1879-1959), responsabile della ricerca sui motori diesel presso la Gebrüder Sulzer, un’azienda produttrice di motori di Winterthur, che nel 1905 ha ottenuto un brevetto per l’utilizzo di un compressore azionato dai gas di scarico per forzare l’aria in un motore a combustione interna al fine di aumentare la potenza erogata, ma ha impiegato altri 20 anni per realizzare l’idea.
Il primo utilizzo della tecnologia di sovralimentazione basata sul suo progetto fu per i motori marini di grandi dimensioni quando il Ministero dei Trasporti tedesco commissionò le navi passeggeri “Preussen” e “Hansestadt Danzig” nel 1923. Entrambe le navi erano dotate di due motori diesel a dieci cilindri con potenza aumentata da 1.750 a 2.500 cavalli grazie a turbocompressori progettati da Büchi e costruiti sotto la sua supervisione da Brown Boveri. Durante la Prima Guerra Mondiale, l’ingegnere francese Auguste Rateau montò dei turbocompressori sui motori Renault, che alimentarono con successo diversi aerei da caccia francesi. Nel 1918. L’ingegnere della General Electric Sanford Alexander Moss ha montato un turbocompressore sul motore di un aereo V12 Liberty. Il motore è stato testato a Pikes Peak, in Colorado, a un’altitudine di 4.300 metri, per dimostrare che poteva eliminare la perdita di potenza normalmente riscontrata nei motori a combustione interna a causa della ridotta pressione e densità dell’aria ad alta quota.
