Che fine hanno fatto i turbo a geometria variabile?

Non voglio dire che siano scomparsi del tutto, ma 10 anni fa sembravano essere uno dei pezzi più caldi della nuova tecnologia dei motori sul mercato.

Oggi, però, trovarli su auto sportive a benzina è una rarità. Cos’è successo?

Prima di tutto, qualche spiegazione…

Una delle ragioni per cui un turbocompressore a geometria variabile sembra così attraente per un pilota è la promessa teorica di una spinta costante quando serve; un turbo che fornisce sempre la quantità più appropriata di aria compressa al motore. Nessun ritardo, nessun accumulo – solo un puro e incondizionato “stu-stu-stu-stu”. Indipendentemente dal regime del motore.

Sì! Sì! Sì! *winks* (video credit: MotorTrend.com)

Utilizzando palette adattive sulla turbina di scarico, un turbo a geometria variabile può cambiare il suo angolo di attacco in tempo reale.

In sostanza, un turbocompressore a geometria variabile può essere un piccolo, reattivo turbo a bassi regimi, prima di trasformarsi in un grande, sostanzioso turbo quando il motore si dà da fare.

Suona incredibile, vero? È come avere un piccolo turbo e un grande turbo in una configurazione sequenziale twin-turbo. Ma invece, è questo ‘all-in-one’ strano tipo CVT-turbo… cosa.

Più bassi sono i giri, più piccolo diventa il turbo. È il meglio dei due mondi.

Non dovete preoccuparvi di mantenere due turbocompressori completamente separati, se giustificate questo salto, e quando la polizia locale infilerà la testa sotto il cofano per controllare che tutto sia legale, non sarà sconcertata dal fatto che avete osato aggiungere più di un ‘dispositivo hoon’.

Ci sono anche altri benefici.

Perché l’erogazione di potenza è molto più snella quando il turbo entra in funzione, il motore si comporta un po’ più come un’unità aspirata naturalmente, piuttosto che quella sensazione di “niente, niente, niente, ohmygod” che i vecchi proprietari di Porsche 930 conoscono bene.

*Mette il piede in qualsiasi turbo degli anni ’80*

C’è anche una distribuzione più lunga e piatta della coppia nelle gamme medie; la capacità del motore di funzionare con un rapporto aria-carburante più snello ed efficiente sotto carico parziale; una maggiore efficienza termica a causa di un A/R adattivo; e il motore non aspetterà di essere spinto fuori giri in modo da poter generare una spinta sufficiente, come in una situazione di grande turbo e inoltre non sarà strangolato in situazioni di alto flusso, alto numero di giri da un piccolo turbo.

Se è così buono allora, perché non li abbiamo?

Beh, l’abbiamo fatto. Una volta.

Nel 2007 la Porsche ha presentato la 911 Turbo (997) – un’altra di una lunga serie di 911 Turbo da “santo cielo che velocità” – ma questa volta la Porsche ha fatto qualcosa di diverso.

Piuttosto che alzare la spinta e rendere il leggendario ‘Turbo’ ancora più temibile, come hanno fatto praticamente con tutte le 911 turbocompresse prima, Porsche ha spinto per rendere la nuova 997 Turbo un’auto più pulita e vivibile.

Per raggiungere questo obiettivo, Porsche ha installato una coppia di turbo a geometria variabile BorgWarner per ottimizzare l’erogazione della potenza e l’efficienza meccanica. E ragazzo, ha ottenuto la sua giusta quota di acclamazione da parte della critica.

Tutto ciò che riguarda l’erogazione di potenza della nuova auto, la risposta dell’acceleratore e la (mancanza di) ritardo del turbocompressore è stato più o meno universalmente lodato. Non sorprende, visto che proviene dall’azienda che ha una lunga storia di creazione, raffinazione e perfezionamento dell’applicazione della sovralimentazione sulle auto sportive.

Quindi, se è una di quelle innovazioni che funziona bene in teoria – e in pratica – allora perché non abbiamo visto l’effetto trickle-down applicare i turbocompressori a geometria variabile alle auto sportive più accessibili?

Il responsabile di IAM Asia – BorgWarner, Garry Shields, ha detto questo: “I turbocompressori VTG (Variable Turbine Geometry) sono molto costosi da produrre a causa dei componenti aggiuntivi e dei materiali altamente specializzati utilizzati per far fronte alle alte EGT (temperature dei gas di scarico) sui motori a benzina. I produttori generalmente vogliono raggiungere i loro obiettivi di prestazioni, efficienza, guidabilità ed emissioni con il prodotto a più basso costo disponibile.”

Inoltre, mentre i VGT si trovano quasi esclusivamente in applicazioni diesel pesanti, il signor Shields ha detto che è più probabile che sia dovuto al fatto che i VGT fatti per i motori diesel non richiedono gli stessi materiali altamente specializzati a causa dell’EGT inferiore.

“Tutti i nostri clienti OEM hanno la possibilità di adottare la tecnologia VTG (Variable Turbine Geometry), tuttavia, prenderanno sempre l’opzione più economica tenendo presente i loro requisiti generali di prestazioni, efficienza, guidabilità ed emissioni. Credo che solo la Porsche stia attualmente utilizzando la nostra tecnologia VTG a benzina per l’induzione forzata a singolo stadio.”

In effetti, ci sono solo una manciata di auto sportive a benzina che utilizzano turbocompressori a geometria variabile. I modelli 718 della Porsche (Boxster S/Cayman S) e l’attuale 911 Turbo sono due. E la nuova Swift Sport della Suzuki da 25.490 dollari è un’altra. Strano.

Anche se, per qualche ragione, tutti i motori standard della 911 Carrera usano turbo mono-scroll.

Mono-scroll, twin-scroll, turbo VTG… Qual è il problema, e quale è meglio?

Se solo le cose fossero così facili…

Per farla breve: i turbo mono-scroll sono i più semplici. Sono il semplice design da giardino che, pur essendo laggoso, può essere ‘aggiustato’ aggiungendo un’altra unità al suo fianco.

Per quanto sia fantastico aggiungere altri turbo, è una soluzione poco pratica.

Non si diventa ‘non al verde’ buttando via ancora più soldi. Bisogna adattarsi. Ed è qui che entrano in gioco i turbocompressori twin-scroll.

Più o meno come un turbo a geometria variabile, i turbocompressori twin-scroll forniscono molti vantaggi tecnici rispetto ai loro più semplici fratelli mono-scroll.

Aumentano la coppia ai bassi regimi, migliorano la risposta di spinta, aumentano la potenza in tutta la banda di potenza, massimizzano l’efficienza della turbina, riducono le perdite di pompaggio del motore, migliorano il risparmio di carburante e diminuiscono la diluizione della carica di aspirazione durante la sovrapposizione delle valvole e abbassano le temperature dei gas di scarico.

Si può anche sostituire una configurazione twin-turbo, mono-scroll con una singola unità twin-scroll. Che è più o meno quello che la BMW ha fatto per la sua coupé sportiva M2 quando ha sostituito la vecchia Serie 1 M Coupé biturbo.

Rispetto ai turbo VTG, le unità twin-scroll sembrano una forte alternativa – e lo sono.

Guardando il mercato delle auto sportive, sembra che la Porsche sia l’unica ad aver mantenuto i turbo VTG.

La Golf GTI della Volkswagen ha una configurazione twin-scroll, così come la i30 N della Hyundai, la A45 AMG della Mercedes-Benz, il buon vecchio Rexy STI ed Evo X, e molti altri. Sono ovunque.

E mentre i vantaggi di un twin-scroll sono paragonabili a un VTG, hanno alcune caratteristiche differenzianti.

Per farla semplice, i turbo twin-scroll non hanno pale. Molto simile ai turbocompressori mono scroll, sono semplici. Tranne per il fatto che i turbocompressori twin-scroll richiedono un alloggiamento della turbina diviso in entrata e un collettore di scarico progettato correttamente che accoppia metà dei cilindri in una spirale e l’altra metà in un’altra.

In un’applicazione a quattro cilindri, i cilindri uno e tre soffiano i gas di scarico in una spirale, e i cilindri due e quattro soffiano nella seconda spirale.

È difficile dire quale design sia “migliore”, in particolare quando un tale argomento genererà una risposta simile al sempre fastidioso “tutto dipende dalle circostanze”.

Ma mentre i turbocompressori twin-scroll hanno vantaggi simili ai turbo VTG, i loro benefici collettivi non sono complessivamente così forti. Tuttavia, dovrebbero essere più affidabili; avendo meno componenti in movimento e sono liberi di appoggiarsi su attuatori secondari e terziari per funzionare correttamente.

E mentre i turbocompressori VTG sono impressionanti – probabilmente l’apice del design della sovralimentazione – sono abbastanza costosi. Inoltre, possono anche essere abbastanza difficili da installare e calibrare su un motore che non era destinato a loro in primo luogo. Qualcosa deve dire a quelle palette quando muoversi, e di quanto.

Ma poi di nuovo, se i turbocompressori a geometria variabile sono così buoni, allora perché quasi tutto il mercato dovrebbe adattare la tecnologia di sovralimentazione twin-scroll?