Siamo alla metà degli anni Settanta, le camicie aperte su petti villosi e i capelli cotonati sono la chiave di uno stile che oggi viene via via riscoperto. Da poco, la crisi energetica del 1973 è stata messa alle spalle e le prime avvisaglie della fine della Guerra Fredda trasmettono voglia di vivere al massimo, come dice anche il Vasco nazionale, nell’album Vado al massimo che viene pubblicato nel 1982. Un’energia contagiosa che, inevitabilmente, immette benzina fresca anche nei motori, rivitalizzati da una tecnologia certamente non recente, ma che, proprio in quegli anni, va affermandosi anche in campo automobilistico. Il turbo, un’idea tanto semplice quanto banale, che permette alle case automobilistiche di lanciare un monito. Non subito, però. Il tempo che la turbina raggiunga il giusto regime di giri, il tempo che il turbo lag lasci spazio alla potenza strabordante del motore turbocompresso.
I motori turbocompressi e il turbo lag
Forse abbiamo un po’ romanzato la storia dei motori turbocompressi, ma tanto c’è di vero. Come il fascino che quelle automobili, spesso adornate dall’evocativa scritta turbo, esercitavano sugli appassionati di motori. Il turbo, come detto, non era una tecnologia recentissima: il 16 novembre 1905, l’ingegnere svizzero Alfred J. Buchi, depositò il brevetto di questo sistema che, ben presto, trovò applicazione in campo aeronautico. Successivamente, i motori turbocompressi fecero il loro esordio nel campo marittimo e, a seguire, in quello dei trasporti su gomma.
Solo a partire dal 1962, con la Oldsmobile F-85 Jetfire V8, il turbo fece il proprio esordio nel mondo delle automobili. In Europa, tra le prime case automobilistiche a importare questo sistema furono la BMW, con la 2002 Turbo del 1973, e – neanche a dirlo – la Porsche, con la sua 911 del 1974. Sin da subito furono chiare due cose: la prima era che il turbo poteva davvero fare la differenza in termini di potenza e di fascino. La seconda, invece, che il turbo soffriva di un problema di riposta, quello che venne soprannominato turbo lag.
Che cos’è il turbo lag, il ritardo in risposta dei turbocompressori
Per comprendere come fu superato il problema del turbo lag è necessario capire che cos’è il turbo lag. In termini pratici, il turbo lag si avverte quando in un’automobile con motore turbocompresso si preme sull’acceleratore: la risposta in potenza tipicamente è un avvio stentato, fino a quando, raggiunto un certo regime rotazionale (i giri motore), l’automobile non eroga una potenza decisamente superiore, quasi un colpo di frusta per il conducente.
Come sappiamo, in un motore a scoppio è prevista una fase di aspirazione dell’aria, cioè il comburente, che ha una certa pressione, solitamente quella dell’ambiente (1 atm). Il turbocompressore, invece, recuperando l’energia dei gas di scarico, comprime ulteriormente l’aria aspirata dal motore e, per effetto di questa compressione, ne immette una maggiore quantità all’interno della camera di combustione. Il risultato finale di questa condizione è che il motore eroga maggiore coppia e potenza.
Questo, tuttavia, è il funzionamento ideale di un turbocompressore. La realtà, invece, è leggermente diversa. Le turbine che costituiscono un turbocompressore di prima generazione sono disegnate, com’è ovvio, per funzionare al meglio a un certo regime di rotazione. Tale regime non può essere raggiunto se non dopo qualche istante rispetto alla richiesta del motore, cioè dal momento in cui il conducente preme sull’acceleratore. Prima, infatti, i gas di scarico non hanno sufficiente energia per spingere la turbina, e quindi il compressore, al giusto regime di rotazione. Il lasso di tempo che impiega il turbocompressore a raggiungere il regime di rotazione corretto è, per l’appunto, il turbo lag.
Questa, almeno, è una spiegazione di base del fenomeno, ma per spiegarlo nella sua completezza bisognerebbe fare riferimento all’entalpia e ad altri concetti fisici più complessi, che tralasciamo in questo articolo.
Le soluzioni per abbattere il muro del turbo lag
Sin dall’introduzione dei turbocompressori a bordo delle automobili è stato chiaro che, per ottenere una risposta in potenza più regolare, fosse necessario vagliare delle soluzioni alternative. I vantaggi dei turbocompressori – come vediamo anche nelle automobili più moderne, dotate di cilindrate ridotte e di piccoli turbocompressori – sono evidenti. La risposta in potenza, tuttavia, si adatta più all’amatore che a un conducente domenicale. Per rendere più fruibile le automobili turbocompresse, e ridurre così il fenomeno del turbo lag, sono state messe a punto numerose strategie.
Uno dei sistemi più utilizzati, fra l’altro adottato anche da Porsche, è quello della valvola wastegate. Il principio di questo sistema è quello di utilizzare turbocompressori di piccole dimensioni e di una valvola, per l’appunto la wastegate, che consente di smaltire i gas di scarico in eccesso. Ciò consente di avere un risposta più rapida ai bassi regimi, a patto di sacrificare parte dell’energia disponibile.
Un sistema alternativo, invece, è quello del multi-turbo, di cui esistono due versioni: il twin turbo, costituito da due turbine gemelle, e il multistage, che invece prevede l’impiego di due turbine di dimensioni differenti. In entrambi i casi, il principio è di adottare più turbocompressori, che intervengono a diversi regimi di giri motore, così da offrire una risposta più pronta e, dunque, un turbo lag decisamente ridotto.
Uno dei sistemi più conosciuti per abbattere il problema del turbo lag è sicuramente quello dei turbo a geometria variabile. In questo caso la turbina è unica, ma presenta la possibilità di variare l’angolazione delle palette montate sulla girante. Questo sistema, attraverso il controllo elettronico, consente di avere una grande precisione e una risposta pronta del motore, ma, allo stesso tempo, presenta anche una maggiore delicatezza.
Porsche, motori turbocompressi e sistemi anti lag
Nel 1975, con la Porsche 930, la casa di Stoccarda immise sul mercato la prima automobile sovralimentata con turbocompressore. A sottolineare ciò, l’automobile recava la dicitura Turbo, ma patì di non pochi problemi. A cominciare, per l’appunto, dal turbo lag: l’automobile, oltre ad avere un comportamento di guida particolarmente nervoso, aveva un’erogazione della potenza ritardata, che metteva in grande difficoltà il conducente. Per qualcuno difetti, per gli appassionati una vera e propria goduria, unita alla capacità di toccare i 250 km/h: velocità folli, per quell’epoca. A dimostrazione di ciò, già nel 1977 fu presentata una nuova versione della Porsche Turbo, la serie H. In accoppiata al motore da 3.299 cm3, fu montata una turbina KKK, che consentiva di raggiungere la velocità massima di 260 km/h.
Nel corso degli anni, Porsche ha messo a punto diversi sistemi per combattere l’annoso problema del turbo lag a bordo dei propri motori. Uno dei sistemi più recenti è quello denominato Porsche Dynamic Boost, che viene montato a bordo delle Porsche 911 Carrera, della Porsche 718 Boxster e della Porsche Cayman. In questo caso, a differenza dei motori di altre case automobilistiche che iniettano una certa quantità di combustibile durante la fase di scarico così da provocare una combustione e un aumento di energia, il sistema Porsche lascia aperta la valvola a farfalla durante il rilascio dell’acceleratore. Questo consente al comburente di continuare a passare nella camera di combustione e, quindi, al compressore, che resta in rotazione al giusto regime rotazionale. Il sistema, pur non eliminando completamente il problema del turbo lag e riducendo l’effetto motore, si presenta estremamente semplice.
Un altro sistema recentemente presentato da Porsche è, se così possiamo definirlo, l’E-Turbo. In questo caso, a differenza di altre case automobilistiche che hanno introdotto motori elettrici per ridurre il turbo lag, Porsche ha brevettato un sistema che prevede una turbina per ogni collettore di scarico. Ciascuno di questi, quindi, è collegato a un generatore che ha il compito di ricaricare un accumulatore e ad alimentare un motore elettrico che fa girare i due compressori montati ciascuno per bancata.
Insomma, di soluzioni ce ne sono moltissime. Con l’avvento dell’elettrico, forse, un giorno vedremo sparire i turbo e, con essi, anche l’annoso problema del turbo lag. E magari, quando sarà, ne sentiremo anche la mancanza, testimonianza di un tempo in cui le automobili sapevano trasmettere un carattere al loro conducente.