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Caratteristiche e vantaggi della doppia sovralimentazione. Mercedes C250.

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Per motivi di diversa natura, o anche per il solo fascino che l’idea richiama, nell’immaginario comune la doppia sovralimentazione è da sempre sinonimo di prestazioni. Ciò può esser vero, ma non dobbiamo dimenticare anche un altro importante fattore: un motore sovralimentato, oltre ad essere mediamente più “pronto”, in certe condizioni di guida è anche più contenuto nei consumi.

Quest’affermazione, che a primo impatto potrebbe sembrare avvicinarsi ad un’eresia, ha ragion d’esistere se si considera che il rendimento di combustione trae giovamento da pressioni maggiori in camera di scoppio. Nel caso della doppia sovralimentazione, oltre ad avere questo genere di vantaggio, la presenza di due gruppi turbina ha la funzione di assicurare un’erogazione, in termini di coppia, più “spalmata” lungo l’arco dei giri motore, e meno appuntita. Se si pone attenzione infatti, si nota che solitamente le due turbine hanno dimensioni differenti, ve ne è una piccola e una un po’ più grande: la piccola serve a

sovralimentare il motore ai bassi giri (in modo da azzerare il turbo lag), mentre quella grande ha la funzione di offrire coppia a regimi più alti, in corrispondenza dei quali la turbina più piccola raggiunge invece lo stallo aerodinamico.

L’idea di adottare un doppio turbo ha interessato molte case automobilistiche, tra cui BMW e anche FIAT, col propulsore 1.9 JTD Twin Stage.

FIAT 1.9 JTD Twin Stage

Tra le applicazioni più recenti è degna di interesse la configurazione adottata da Mercedes-Benz, che prendiamo a campione per illustrare in che modo le due unità di sovralimentazione possano lavorare sia in sovrapposizione che singolarmente.

 

Esaminiamo a tal proposito la vettura Mercedes-Benz Classe C250 (mod. 204), le cui caratteristiche motore sono riassunte in tabella.

Cilindrata (cm3) 2143
Potenza (kW, CV) 150, 204
Numero cilindri 4 in linea
Alesaggio (mm) 83,0
Corsa (mm) 99,0
Rapporto di Compressione 16,2:1
Sequenza di accensione 1-3-4-2
Numero alberi a camme 2
Numero valvole 16
Comando distribuzione Trasmissione a catena semplice per il comando alberi a camme.

Trasmissione ad ingranaggi per comando pompa olio e pompa di depressione, pompa alta pressione. Contralberi di bilanciamento Lanchester

 

Mercedes C250, vano motore

Il sistema di sovralimentazione della vettura è gestito in maniera da assicurare, per ogni regime motore, un adeguato e valore di coppia.

Se si pone attenzione al disegno sottostante, è possibile osservare la presenza di ben tre polmoncini di comando, identificati come da figura.

Mercedes-Benz, configurazione turbo Classe C250

A tal proposito, le due turbine, grande e piccola, possono lavorare sia in serie, che in parallelo, secondo le logiche descritte.

 

Fino a 1200 giri al minuto, la sovralimentazione viene generata dal solo turbocompressore piccolo. Per far si che questo avvenga, la configurazione dei bypass è quella raffigurata. Si osservi che tutti i gas in uscita dal collettore di scarico vengono indirizzati alla girante di scarico del turbo piccolo, e da questa arrivano alla girante di scarico del turbo grande. Tale flusso è assicurato dalla chiusura del bypass di scarico (“S” in figura). Lato aspirazione invece, l’aria in arrivo dal filtro viene aspirata prima dal turbo grande, il quale però ha solo la funzione di pompare aria in ingresso al turbo piccolo, che è l’unico dei due, in questa fase, a fornire il salto di pressione per il collettore d’aspirazione. Naturalmente il bypass aria di sovralimentazione “A” è chiuso, di modo che tutta l’aria pompata dal turbo grande possa confluire in aspirazione al turbo piccolo. Anche la wastegate “W” è chiusa, non avendo per ora alcuna sovrapressione da limitare.

Configurazione fino a 1200 rpm

Superati i 1200 rpm, e fino a 2800 rpm, la configurazione cambia e diventa quella indicata.

Configurazione tra 1200 e 2800 rpm

Si noti, rispetto alla configurazione precedente, che l’unico bypass che inizia ad aprirsi è quello di scarico “S”. In questo modo, i gas di scarico che prima erano indirizzati tutti alla girante di scarico del turbo piccolo, vengono in parte inviati al turbo grande. Così facendo, le due unità possono lavorare in sovrapposizione, e la sovralimentazione generata è in parte fornita dal turbo piccolo, in parte da quello grande. Anche in questa configurazione il bypass aria di sovralimentazione “A” è chiuso. Naturalmente, più ci avviciniamo alla soglia dei 2800 rpm, più il flusso di gas di scarico diventa sostanzioso, più la turbina grande si sovrappone a quella piccola.

Configurazione oltre a 2800 rpm

Una volta sorpassata la soglia dei 2800 rpm, il bypass di scarico “S” si spalanca e il flusso dei gas di scarico viene interamente indirizzato al turbo grande (una minima parte arriva al turbo piccolo). Adesso tutta la sovralimentazione ottenuta è frutto del lavoro esclusivo del turbo grande. Si noti la configurazione dei bypass: “S” è totalmente aperto in modo da far confluire tutta la portata dei gas di scarico alla girante del turbo grande, anche “A” stavolta si apre, di modo da evitare che tutta la sovralimentazione generata dal turbo grande possa andare a smorzarsi sulla girante di aspirazione del turbo piccolo, invece di confluire nell’intercooler.

In ultimo, al raggiungimento della soglia di giri motore tale per cui ormai il motore no può più offrire coppia, inizia ad aprirsi anche la wastegate “W”.

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