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Turbo elettronico, com’è fatto e come funziona l’E-Turbo Garrett

Lo specialista Garrett ha progetto un turbo elettronico che incrementa la potenza di un’auto del 16% e la coppia del 10,5%. Che cos’è e come funziona l’E-Turbo Garrett

Arriva il turbo elettronico dello specialista Garrett. Il nuovo dispositivo si chiama E Turbo ed è molto simile a quello utilizzato dalle moderne Power Unit di Formula 1. Sembra sia indispensabile per ridurre le emissioni inquinanti nel 2021 nella futura norma Euro 7.

L’ibridizzazione del turbocompressore, cioè l’introduzione di una macchina elettrica reversibile tra la turbina a gas di scarico e il compressore centrifugo, è stata introdotta in Formula 1 a partire dal 2014. Questa soluzione permette da una parte di recuperare l’energia meccanica fornita dalla turbina, trasformandola in energia elettrica e immagazzinandola nelle batterie di bordo, dall’altra di elettrificare il compressore, portandolo rapidamente ai regimi di funzionamento ottimali con la spinta del motore elettrico.

Perché un turbo elettronico?

Elettrificare il turbocompressore rimuove la necessità di avere una piccola turbina per avere una grande efficienza alle basse portate, permettendo di dimensionare la turbina per la marcia ai regimi più elevati. L’utilizzo di un motore elettrico compensa i problemi d’inerzia e dona al compressore, anche se di grosse dimensioni, un funzionamento pronto in tutte le condizioni di marcia, migliorando sia le riprese dai bassi regimi sia le prestazioni massime.

Un turbocompressore elettrico ben dimensionato permette la diminuzione delle emissioni di CO₂ perché, a parità di potenza erogata, consente di adottare una cilindrata inferiore (downsizing) e di girare a regimi inferiori rispetto a un classico turbodiesel. Inoltre nella guida urbana è possibile recuperare energia in rilascio, nelle fasi di cambio marcia e frenata.

Turbo elettronico E-Turbo Garrett
Turbo elettronico E-Turbo Garrett

Downsizing motori con turbo elettrico

Come appena anticipato, il turbocompressore elettrificato, a parità di prestazioni, permette il downsizing: il costruttore potrebbe abbassare la cilindrata da due litri a un litro e mezzo oppure ridurre il numero dei cilindri da 4 a 3. Il compressore spinto dal motore elettrico lo porta a operare nel suo campo di massima efficienza anche ai bassi regimi, ai quali la portata dei gas di scarico nella turbina sarebbe insufficiente. Questa funzione è utile anche come assistenza alle partenze a freddo.

Permette poi un corretto funzionamento del motore a rapporto stechiometrico* (λ=1) e di gestire i transitori in cui tale rapporto varia, permettendo anche la combustione magra.

Il E-turbo ha una funzione chiave per un’auto ibrida: gestisce l’energia del powertrain, utilizzando quella in eccesso per caricare le batterie di bordo.

Motore Ford 1.0L EcoBoost
Il downsizing nei motori è l’operazione che permette ai costruttori di abbassare la cilindrata o il numero dei cilindri

Turbo elettronico E-Turbo Garrett com’è fatto?

Il turbo elettronico della Garrett prevede un motore elettrico montato direttamente sull’asse della turbina, in modo tale da ridurre l’ingombro all’interno del motore. Il sistema potrà essere adottato sulle vetture di serie, anche come retrofit.

Si tratta di a una soluzione diversa da quelle già adottate dalla Volkswagen e dalla Mercedes-Benz, dove la componente elettronica aziona un compressore esterno che manda in pressione la turbina prima che i gas di scarico abbiano una sufficiente spinta.

Schema funzionamento turbo elettronico E-Turbo Garrett
Il motore elettrico è montato direttamente sulla girante della turbina dell’E-Turbo Garrett

COME funziona il turbo elettronico E-Turbo Garrett

Questo sistema lavora insieme ad un sistema a 48 V ed aiuta ad eliminare il fastidioso turbo lag dei motori turbo tradizionali. Inoltre il dispositivo della Garrett può recuperare energia quando la turbina gira in fase di rilascio, un po’ come funziona la MGU-H delle Power Unit della monoposto di Formula 1.

Secondo le prime stime questo turbo incrementa la potenza di un’auto del 16% e la coppia del 10,5%, con una ripresa più grintosa.

Schema funzionamento turbo elettronico E-Turbo Garrett
Schema funzionamento turbo elettronico E-Turbo Garrett

Test, come va il turbo elettronico E-Turbo Garrett

Secondo le prime stime questo turbo incrementa la potenza di un’auto del 16% e la coppia del 10,5%, con una ripresa più grintosa. Garrett sta facendo dei test con diversi costruttori.

Secondo le prime indiscrezioni il turbo elettronico è stato provato sul motore 2.0 litri Volkswagen TSI EA888 di un Audi Q7. Il guadagno è stato di 40 CV di potenza e di 40 Nm di coppia, che ha permesso al SUV di migliorare la ripresa 60-100 km/h da 11 a 8,8 secondi e di essere più scattante in salita, con una coppia quattro volte superiore al regime di rotazione di 1.500 giri. Di seguito i vantaggi elencati da Garrett nel test sul SUV Audi:

  • possibilità di omologazione alle future norme euro 7, aumento di potenza da 185 kW a 215 kW (da 251 a 292 CV, 16% in più)
  • aumento della coppia massima da 380 a 420 Nm (circa il 10% in più)
  • funzionamento del motore a rapporto stechiometrico sia a regime di coppia massima (al quale sarebbe superiore, λ>1) sia a regime di potenza massima (al quale sarebbe leggermente Inferiore, λ<1).

Il turbo elettronico E-Turbo di Garrett è stato testato con risultati sorprendenti sul SUV Audi Q7

Vantaggi turbo elettronico E-Garrett

L’utilizzo di un turbocompressore elettrico correttamente dimensionato permetterà di affrontare le sfide motoristiche della normativa Euro 7 in particolare di rispettare quanto richiesto per la combustione a λ=1 costante e allo stesso tempo di aumentare le performance dei motori.

Un turbocompressore elettrificato può essere considerato una tecnologia complementare nell’ibridizzazione: non consuma l’elettricità del veicolo ma contribuisce alla ricarica delle batterie.

Confronto fra turbo meccanico ed elettronico e-Turbo Garrett
Confronto fra turbo meccanico ed elettronico e-Turbo Garrett

* Il rapporto stechiometrico è il rapporto ideale tra la massa del comburente e del combustibile per avere una combustione sia completa. Per quanto riguarda i motori a benzina è di 14,7;1 (14,7 Kg di aria per ogni kg di combustibile) mentre per il diesel è di 14:1. In questi casi si parla di combustione con λ=1. Per λ>1 si ha una miscela magra (abbondanza di aria) mentre per λ<1 si parla di miscela grassa.

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Manuel Cerfeda

Da sempre appassionato di automobilismo e di scrittura. È ingegnere e lavora nel campo delle energie rinnovabili. Ama leggere libri di tecnica motoristica e automobilistica, in particolare sulla storia della Formula 1 e delle auto da competizione in genere. Molto attratto dalle auto storiche, in particolare le youngtimer: il suo sogno è una Porsche 911 Carrera 4 Targa, serie 964 del 1989. Possibilmente rossa. E' autore umoristico e satirico: scrive sulla rivista “L’odio digitale” e ha pubblicato i libri “Autopsie ipocaloriche e altri metodi per perdere peso” e “L'anagramma di derma (non madre, quell'altro)”.
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