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GIUGNO
2014
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DOSSIER
INDUSTRIA AUTOMOTIVE
Turbocompressore di grandi di-
mensioni. I turbocompressori con
grandi giranti presentano un’e-
levata inerzia, per cui il sistema
esercita un effetto smorzante che
si traduce in gradienti minori. A
sua volta questo porta svantaggi
nelle dinamiche del motore e con-
seguentemente un maggiore con-
sumo in condizioni operative alta-
mente transitorie. D’altro canto, i
minori gradienti di temperatura
determinano migliori prestazioni
ed emissioni, fattore vantaggioso
in termini di prestazione acusti-
ca. Inoltre, l’intero flusso di gas
di scarico può essere diretto at-
traverso la turbina e può essere
utilizzato un maggiore potenziale
di energia di scarico.
Turbocompressore multistadio. I
turbocompressori multistadio ge-
neralmente comprendono due tur-
bocompressori. La combinazione di
un turbocompressore più piccolo
con uno più grande sfrutta i van-
taggi di entrambe le configurazioni
precedenti. Il turbocompressore più
piccolo fornisce la dinamica, men-
tre il turbocompressore più grande
utilizza l’energia di scarico anche
a elevati livelli di potenza erogata
dal motore. Tuttavia, viene richie-
sto un controllo più complesso di
tali sistemi, una minore efficienza
complessiva dei turbocompressori
(il prodotto dei singoli stadi), costi
maggiori e un maggiore ingombro.
L’ingegnerizzazione assistita da
computer
Oltre ai requisiti suddetti relativi
all’uso di un turbocompressore
con un motore a combustione in-
terna, i progettisti devono tenere
conto di complessi processi fisici
che hanno esigenze elevate in
termini di termodinamica e dina-
mica strutturale. La trasmissione
di energia con una turbomacchina
è sempre transitoria, le pale della
girante oscillano, le distanze cam-
biano sul perimetro a causa della
dinamica del rotore e l’ammissio-
ne dello scarico alla turbina è a
impulsi. Il flusso di calore all’inter-
no del turbocompressore dipende
dalla temperatura dell’olio lubrifi-
cante e dell’ambiente circostante.
Il funzionamento del motore e la
situazione di assemblaggio reale
con il turbocompressore in varie
condizioni di ingresso/uscita del
flusso influiscono in maniera fon-
damentale sul consumo di combu-
stibile e sulle emissioni.
È necessaria una notevole e-
sperienza per gestire una simile
complessità e per avere buone
prospettive di successo occorre
applicare processi di progettazio-
ne standardizzati e strutturali. Gli
ambienti di progettazione assistita
da computer sono particolarmente
adatti a tale scopo. La crescente
capacità di elaborazione e i costi
sempre più ridotti dei moderni
computer consentono di realiz-
zare una modellazione basata su
software sempre più particola-
reggiata. Attualmente, una parte
significativa della progettazione
di un turbocompressore si basa
su simulazioni con l’appropriato
livello di dettagli e precisione.
L’implementazione di metodi ma-
tematici e di automazione risulta
notevolmente facilitata. L’elevata
riproducibilità dei risultati del-
turbocompressore può utilizzare
l’energia dei gas di scarico; d’altro
canto, deve essere esso stesso ali-
mentato e rappresenta, quindi, un
ulteriore componente nel percorso
di flusso del motore. Il campo di
sollecitazione dell’applicazione è
descritto nei tre seguenti esempi
di sovralimentazione: piccolo tur-
bocompressore.
Il turbocompressore è alimentato
dai gas di scarico ad alta tempe-
ratura. La risposta della valvola
a farfalla è determinata dall’iner-
zia del sistema - meccanicamente
mediante peso e attrito e termica-
mente mediante le proprietà dei
materiali. Un turbocompressore
di piccole dimensioni è in grado
di trasformare l’energia di scarico
disponibile in energia di pressione
più rapidamente; questo sistema
consente elevate dinamiche del
motore. Tuttavia, ciò determina
anche gradienti più elevati; in par-
ticolare i gradienti di temperatura
hanno una notevole influenza sul-
la sollecitazione dei componenti e
quindi sulla durata, nonché sulle
emissioni durante la combustione.
Oltre alla necessità di un controllo
rapido, un turbocompressore di
piccole dimensioni deve essere
protetto dal fuorigiri in condizioni
di elevata erogazione di potenza
del motore e una parte del flusso
di gas di scarico deve bypassare
la turbina.
