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Turbocompressore nel Campionato del Mondo Rally

Il turbocompressore è un sistema che riutilizza i gas di scarico emessi dal motore di un’auto. Invece di passare attraverso lo scarico della macchina e finire in atmosfera questi gas vengono reindirizzati all’indietro attraverso una turbina nel turbo.

Il motore turbo è presente nell’élite del rally da decenni. Basti pensare, per chi non lo sa, che la prima auto turbo della storia a vincere una gara del Campionato del Mondo Rally era guidata da Stig Blomqvist che nel 1979 vinse il Rally di Svezia con una Saab 99 Turbo.

Le nuove tecnologie hanno portato lo stato dell’arte del turbo a un livello elevatissimo che rende le auto da rally delle belve sofisticate. Ma come funziona un motore turbo, perché viene utilizzato e come potrà svilupparsi in futuro? Con l’aiuto di Tom Flynn, guru del team M-Sport, Storie di Rally spiega come i turbocompressori rendono incredibili le prestazioni delle auto del WRC.

Il turbocompressore è un sistema che riutilizza i gas di scarico emessi dal motore di un’auto. Invece di passare attraverso lo scarico della macchina e finire in atmosfera questi gas vengono reindirizzati all’indietro attraverso una turbina nel turbo. Tale turbina è poi collegata a un compressore che schiaccia l’aria verso il basso, rendendola più densa e dando quindi al motore più spinta, più coppia e più potenza.

In una vettura che corre nel WRC la turbina viaggia a circa 150 mila giri al minuto (rpm). Sarà un po’ più veloce alle alte quote del Rally del Messico, dove l’aria è calda e sottile, e un po’ più lenta nel Rally di Svezia, dove l’aria è fredda e densa. Quindi, quanta spinta regala questo turbo ai piloti del WRC?

Secondo Tom Flynn “se si dovesse confrontarlo con una vettura Super 2000 che ha un motore aspirato naturalmente (cioè non turbo, ndr), siamo nell’ordine dei 100 Nm di coppia, che sono tanti”. Mentre nell’era del Gruppo B degli anni Ottanta i team potevano fare dei trucchi innovativi per far rendere al meglio le loro macchine (Lancia per esempio ha utilizzato sia un compressore e turbocompressore nella famosa Delta S4) ora il WRC è vincolato da regole molto severe.

Una turbina Garrett
Una turbina Garrett

Le squadre devono utilizzare lo stesso turbo: Garrett

Tutte le squadre devono utilizzare lo stesso turbo realizzato dall’azienda statunitense Garrett, con lo stesso riduttore di 33 millimetri che controlla il volume d’aria supportato dal sistema. M-Sport ha avuto la possibilità di girare il turbo più velocemente ma non lo fa per un motivo molto semplice: “Dal momento che il flusso d’aria che passa attraverso il riduttore è già al massimo, non si può andare oltre quel volume. Quindi, se il turbo gira più veloce può solo danneggiarsi e non si otterrà alcuna potenza”, spiega Flynn.

La somiglianza tra le caratteristiche tecniche delle auto moderne significa che le differenze di prestazione tra un rally e l’altro dipendono quasi esclusivamente dalla bravura dei piloti. I piloti delle prime auto dotate di motore turbo (come la Saab 99 per esempio) ricorderanno il ritardo del turbo dovuto al principio di funzionamento del turbocompressore stesso, ma questa sensazione è stata ormai dimenticata dagli attuali piloti del WRC.

“Quando si rilascia l’acceleratore si apre una valvola che rilascia aria nel sistema di scarico”, racconta Flynn, che descrive ciò che con molta fantasia viene definito il sistema anti-lag. “Così si ritarda l’accensione e contemporaneamente viene iniettato il carburante. Poi esplode nel turbo, che continua a girare anche senza accelerazione. Quindi, fondamentalmente, viene eliminato il ritardo nella risposta”.

Pertanto la risposta del motore è immediata quando il pilota preme il pedale dell’acceleratore. Assicurare che il sistema sia impostato correttamente è uno dei compiti principali degli ingegneri, sia durante le prove sia durante la gara. Se l’impostazione è troppo aggressiva il posteriore della vettura tenderà a scivolare, perdendo velocità e impedendo una corretta uscita di curva.

I motori turbo del WRC potrebbero gestire potenze decisamente più elevate – lo stesso propulsore con un riduttore più grande utilizzato nel WTCC produce circa 70 cavalli in più – ma squadre come M-Sport sono arrivate a un punto in cui i loro sistemi non possono praticamente più evolvere.

L’unico guadagno possibile, secondo Flynn, sarebbe nel ridurre l’attrito: “Probabilmente si potrebbe lavorare sui cuscinetti”, ci racconta, “ma stiamo già utilizzando un motore turbo con cuscinetti a sfera e l’attrito è molto basso. Per cui le perdite sono minime. Questa è un’unità molto efficiente”.

I turbocompressori delle WRC spiegati da Tom Flynn

Gli anni passati a perfezionare l’arte di “riciclare l’aria nel motore” hanno portato oggi le World Rally Car a essere macchine molto sofisticate e scattanti. Ma come funzionano i turbocompressori?

Il turbocompressore è in circolazione da qualche decennio (la sua storia la trovi qui) e gli anni passati a perfezionare l’arte di “riciclare l’aria nel motore” hanno portato oggi le World Rally Car a essere macchine molto sofisticate e scattanti. Ma come funzionano i turbocompressori, perché vengono utilizzati e come si svilupperanno in futuro? Con l’aiuto del guru del team M-Sport, Tom Flynn, Storie di Rally prova a spiegare tutto e anche in poche parole. Prova e spera di riuscirci.

Come funziona un turbocompressore?

Per prima cosa va detto che un turbocompressore è un sistema che riutilizza i gas di scarico caldi lanciati dal motore di un’auto. Invece di farli passare attraverso gli scarichi dell’auto e nell’atmosfera, questi gas di scarico vengono reindirizzati nel turbo attraverso una turbina. Quella turbina viene, quindi, collegata a un compressore, che letteralmente schiaccia l’aria, rendendola più densa e dando al motore una notevole e immediata spinta. Più spinta, più coppia e più potenza. Facile, no?

In una macchina WRC, la turbina ruota a circa 150.000 giri al minuto (forse un po’ più veloce) nelle alte quote del Rally del Messico, dove l’aria è calda e asciutta, e un po’ più lentamente al Rally di Svezia, dove l’aria è fredda e densa. Lo scatto di potenza è idealmente paragonabile ad un pugno? Secondo Tom Flynn “se si dovesse confrontarlo con una vettura Super 2000, che è naturalmente aspirata, parleremmo di circa 100 newtonmetri di coppia, che direi è molto”.

Turbo lag: che cos’è, come si fa a sbarazzarsene?

L’esperienza di guidare una macchina con motore turbo negli anni Settanta – una Saab 99 per esempio – è stata l’origine di tutto, che poi ci ha portati fino ad oggi e fino alle turbine delle WRC Plus. Per semplificare, diciamo che è andata in questo modo.

Solo che una volta capitava che premevi pesantemente sull’acceleratore, aspettavi due-tre secondi e poi arrivava una potenza enorme: il turbo si “caricava” e poi forniva la sua spinta in più. Questo fenomeno è noto come turbo lag e, grazie al modo in cui le vetture sono evolute tecnologicamente, è qualcosa che i piloti del WRC non devono affrontare più.

In una moderna WRC, non c’è nessun ritardo

“In una moderna auto del WRC, quando si vuota la valvola a farfalla, si apre una valvola che rilascia aria nel pre-turbo di scarico”, spiega Flynn, aggiungendo che il tutto si traduce in sistema anti-lag. “Hai ritardato l’accensione e allo stesso tempo e hai iniettato il carburante, che poi esplode proprio nel turbo, continuando ad accelerare, quindi sostanzialmente non c’è più nessun ritardo”.

Ciò fornisce agli equipaggi dei rally una risposta istantanea dell’acceleratore. “Ma accertarsi che il sistema sia impostato correttamente non è compito del pilota o del copilota. Questo è uno dei compiti principali di un ingegnere e viene espletato durante i test di collaudo o durante un weekend di rally. Infatti, se il turbo è aggressivo il retrotreno della macchina scivolerà, facendo perdere velocità. Se il turbo è troppo debole, l’auto non riuscirà a rispondere bene all’uscita delle curve”, aggiunge Flynn.

Il futuro della turbocompressione

I motori WRC da 1,6 litri potrebbero facilmente gestire molta più potenza di quanto non facciano al momento. Mentre il dato dichiarato ufficialmente dalla Volkswagen sulla Polo R WRC è di 315 cavalli, lo stesso motore è utilizzato nel World Touring Car Championship ed eroga circa 60 cavalli in più grazie a un turbo più grande.

A partire dal 2017, le auto WRC hanno aumentato la potenza fino a superare i 380 cavalli, ma ciò non dispiace per nulla agli ingegneri dei team rally, che vorrebbero aumentare ancora per regalare maggiore spettacolo. “Quindi, ora l’area principale su cui ci si sta concentrando nella turbocompressione per ottenere ulteriori reali benefici per la squadra, è la riduzione della frizione”. Ma, secondo Flynn, non sarà facile.

“Probabilmente potresti lavorare sui cuscinetti e quel tipo di cose” conclude prima di salutarci e prendere l’aereo che lo porterà qualche migliaio di chilometri lontano dall’Italia, “ma abbiamo già i turbocompressori a sfere e l’attrito è molto basso, quindi c’è pochissima perdita lì. È già un’unità abbastanza efficiente”.