iby150 ha scritto:
come prototipo già esiste ed è la opel opc Turbodiesel con 212 Cv, ed è un 1.9 Common-rail
La sovralimentazione a doppio stadio è una soluzione nota da molti anni ed applicata solo in pochi casi su grossi motori diesel (ma raramente su quelli marini).
In verità l'idea fin'ora non era mai stata sfruttata su automobili di serie (fatta eccezione per la lancia delta s4, che da una parte non era proprio di serie in senso stretto e dall'altra aveva una sovralimentazione a doppio stadio ibrida -volumetrico e turbocompressore-) per varie ragioni.
a) è ingombrante;
b) fin poco tempo fa i diesel non sviluppavano grandi potenze specifiche e la corposa coppia ai bassi regimi non faceva sentire la mancanza di -allora- inutili complicazioni. oggi tutto è cambiato: dai diesel si vogliono potenze specifiche nell'ordine degli 80 cv/litro o più ma non si vuone rinunciare alla strepitosa elesticità di marcia ai bassi regimi.
Andiamo per gradi.
1) l'incremento di potenza di un'unità diesel è conseguibile pressochè esclusivamente mediante l'incremento della pressione di sovralimentazione (anche perchè ci sono sempre le normative antinquinamento di mezzo).
2) per aumentare la pressione di sovralimentazione senza incorrere in pericolosi scadimenti di efficienza del compressore (fonte di incrementi incontrollati di temperatura, fino al completo stallo distruttivo del compressore) è via pressochè obbligata l'adozione di un turbo più grande, in grado di muovere maggiori masse d'aria (cioè a maggiore portata) rimanendo all'interno della curva di massima efficienza. E' però noto che una turbina più grande ha delle inerzie assai maggiori e quindi è foriera di un maggiore ed indesiderato turbo-lag. In teoria, ammesso di avere un motore in grado di sopportare i relativi aumenti di pme, da un diesel 2 litri si potrebbero anche ottenere 300cv, ma ciò richiederebbe un turbocompressore così grande da ridurre il range di utilizzabilità del motore a circa 1000 giri, tra i 3000 ed i 4000, cosa che nella guida di tutti i giorni nessuno vuole.
3) fino ad oggi il problema era stato affrontato con le turbine a geometria variabile che variando l'angolo di incidenza del flusso di gas di scarico sulle palette della girante sono in grado di variare anche l'energia che gli stessi gas riescono a scaricare sulla girante. In pratica ai bassi regimi, con pressioni inferiori a quella massima impostata in mappa, i diffusori restano chiusi rendendo l'angolo d'incidenza quasi parallelo alla tengente della girante (configurazione di massima efficienza lato turbina). In prossimità della massima pressione il compressore comincia ad avvicinarsi al limite di efficienza. superandolo la girante girerebbe sempre più svelta (oltre 150.000-180.000 g/m) e la pressione andrebbe alle stelle con un incremento di temperatura dell'aria pauroso (anche 200°) chiaro sintomo dell'uscita dal range di utilizzabilità del compressore. giunti allo stallo il compressore gira quasi a vuoto e se nel frattempo il motore non è già esploso a 200.000 giri si verifica il sicuro grippaggio dell'alberino del turbo (ormai da buttare). Viceversa, al raggiungere della massima pressione di progetto i diffusori si muovono aumentando l'angolo di incidenza con conseguente riduzione dell'energia scaricata sulla girante e consentendo così la stabilizzazione del regime di rotazione.
Anche così non è però possibile superare i limiti geometrici del turbocompressore (rapporto a/r) dal lato compressore.
4) si arriva al doppio stadio: i gas di scarico passano prima in una turbina piccola (quindi a basssissima inerzia) in grado di innalzare velocemente la pressione a picchi altissimi ma con poca portata, poi passano in una turbina grande che interviene solo quando il volume e la temperatura dei gas di scarico sono tali da mandarla in sufficiente regime di rotazione. le dimensioni maggiori sono tali per cui ad una data pressione (piuttosto alta) si associa anche una portata in grado di comprimere tantissima aria nel cilindro. l'altissima pressione aiuta molto la combustione (riduzione dell'interspazio molecolare e migliore reciproca reperibilità tra particelle di gasolio e particelle d'aria) che corroborata da un generoso apporto di gasolio ad alta pressione (che comunque brucia tutto per quanto sopra detto, quindi emissioni ok!) produce tanta coppia con corrispondente tanta potenza.
In pratica il sistema può essere strutturato in vari modi, con tubazioni libere o con valvole che parzializzano e coordinano l'intervento delle due turbine in base alle condizioni di funzionamento. Quest'ultimo è lo schema adottato dalla opel.