Sovralimentazione motori endotermici (parte seconda)

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Sovralimentazione motori endotermici (parte seconda)


Una parte a se, nell’approfondimento degli altri componenti del sistema, la merita la “valvola wastegate”.

La wastegate è una valvola di sovrapressione, utilizzata per il controllo delle condizioni d’esercizio della turbina.

La gestione consiste nel fare in modo che i gas di scarico bypassino la turbina qual’ora si venisse a creare una situazione di “retroazione positiva”: effetto loop causato dal superamento del limite di velocità della turbina e conseguente aumento di pressione (superamento velocità turbina=aumento  sovralimentazione= superamento velocità turbina) deleterio sia per il turbo-compressore che (soprattutto) per il motore.

In termini pratici: più veloce gira la turbina e meno fatica fa a pompare aria; la portata d’aria lavorata cresce con il quadrato della velocità di rotazione, succede così che mentre una turbina a 80.000 giri al minuto pompa circa 0,4 metri cubi d’aria al secondo, a 160.000 non ne pompa il doppio ma bensì 4 volte tanto e nello stesso tempo la sovrapressione cresce in modo esponenziale, passando da 0,2 bar a 1,6 bar con un incremento quindi di ben otto volte.
Questo spiega le due principali caratteristiche del sistema:

1. Lentezza di risposta iniziale (il cosiddetto turbo-lag)

2. Successiva eccezionale spinta con escalation di potenza incontrollata.

Nella fase (1), a bassi regimi di rotazione, la spinta dei gas di scarico non è sufficiente a far girare velocemente le pale della turbina e la pressione di alimentazione del motore non supera quella Immagine Schema Funzionamento del Turboatmosferica; nella fase (2) invece, il flusso e la temperatura dei gas prodotti dalla combustione aumentano ed appena questi sono sufficienti a fornire una sovrapressione, s’innesca una reazione a catena che porta ad una vera e propria escalation di potenza, che si può fermare solo grazie all’apertura della valvola wastegate, pena il danneggiamento del motore.

Con questa strategia parte dei gas di scarico vengono convogliati verso l’esterno, facendo in modo che la turbina deceleri insieme al compressore, riducendo  di conseguenza la pressione di sovralimentazione.

Gestione valvola wastegate

La wastegate può essere comandata in due differenti modi: azionamento pneumatico (vedi figura a lato). La valvola viene comandata da un tubo connesso al lato compressore. Superato il limite di attenzione, la pressione interna del compressore vince la resistenza di una molla posta all’interno della valvola, provocandone l’apertura.

Azionamento elettronico: nelle automobili di nuova generazione la valvola wastegate viene controllata elettronicamente dalla Centralina Controllo Motore (CCM) che grazie ai parametri forniti dai sensori ne ottimizza l’apertura.

1- Aria in uscita verso la wastegate 2- Connettore elettrico 3- Aria in entrata dal compressore 4- Scarico aria nel condotto di aspirazione

 

 

 

Quando lo specifico sensore di pressione turbo rileva una pressione superiore al valore di soglia, la CCM attiva l’elettrovalvola che libera il passaggio dell’alta pressione verso l’attuatore della wastegate, permettendone l’apertura. Terminata la fase di regolazione, viene tolta alimentazione all’elettrovalvola e l’alta pressione si scarica a monte del turbocompressore.

 

 

 

Ci fermiamo qui: appuntamento alla “parte terza” con degli approfondimenti sugli altri principali componenti del sistema. Ciao 

 

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