Sovralimentazione: Triflux e considerazioni generali

Siamo giunti alla terza ed ultima parte dell’approfondimento targato Vehicle Close-up Engineering sulla sovralimentazione.
• Prima parte: ==> https://vehicle.closeupengineering.it/sovralimentazione-categorie-e-differenze/10008/

• Seconda parte: ==> https://vehicle.closeupengineering.it/sovralimentazione-meccanica-dinamica/10055/

– Oggi tratteremo il sistema Triflux e infine daremo una valutazione complessiva.

L’italianissimo sistema di sovralimentazione Triflux è stato progettato dalla casa costruttrice Lancia in collaborazione con Abarth, al fine di equipaggiare (in modo vincente) le vetture da Rally: ECV ed ECV II.

• Facciamo un passo indietro di 35 anni…

Il sistema fu brevettato dall’Ing. Claudio Lombardi, responsabile del progetto, il quale ricavò una soluzione interessante per far sí che la Lancia dominasse nel Gruppo B del Campionato Mondiale di Rally. Tornando a quei anni, la concorrenza era davvero molta. Il gruppo francese Peugeot dominava con la Peugeot 205 Turbo 16 Evolution, ma non era la sola. Come dimenticare:

• Lancia Delta S4;
• Toyota Celica Turbo;
• Renault 5 Turbo;
• Audi Sport Quattro;
• Ford RS200;
• Austin Metro 6R4.

La FIA (Fédération Internationale de l’Automobile) abolì il gruppo B nel 1986, dopo aver regalato continue emozioni al mondo intero per ben quattro stagioni. Il motivo? Troppi incidenti. La causa? Troppa potenza (circa 600 CV), masse ridotte (circa 900 kg) e una meccanica non sufficientemente avanzata per gestire al meglio le potenze erogate.

• Idea e sviluppo:

Tornando a noi..
L’idea dell’ingegner Lombardi fu semplice ma molto efficace. Decise di sostituire, al sistema di sovralimentazione mista (già noto sulla Lancia Delta S4), il compressore volumetrico con una seconda turbina.
L’ingegnere si rese conto che l’adozione di un sistema a doppia turbina con stesso A/R fosse in grado di ridurre notevolmente l’inerzia di carico alla rotazione delle turbine stesse. Come abbiamo già detto in precedenza: minor inerzia implica minor ritardo nella risposta di sovralimentazione (TurboLag). Il sistema era in grado di garantire anche:

• Maggior potenza ad alti regimi e carico elevato;
• eliminazione completa della potenza meccanica dissipata dal collegamento meccanico compressore volumetrico-motore, mediante cinghia;
• dimensioni modeste e contenute rispetto al compressore volumetrico.

Se dovessimo classificarlo, il sistema risulterebbe appartenere alla categoria di sovralimentazione di tipo sequenziale.

• Caratteristiche:

Il sistema di sovralimentazione è definito triflux e sta ad indicare il numero di flussi distinti presenti all’interno del sistema. Due flussi per i gas di scarico e uno per l’aria in aspirazione. Capiamo bene, quindi, che il sistema è composto da ben due collettori di scarico (da cui fluiscono i gas pronti ad entrare nella chiocciola) e uno di aspirazione (per l’aria fresca).
Da qui il termine triflux che va ad indicare appunto i tre flussi nel propulsore: Due di scarico e uno d’aspirazione.

• Funzionamento:

• Ai bassi regimi di lavoro, il sistema mediante un’apposita valvola di tipo wastegate convoglia tutti i gas di scarico ad un solo turbocompressore, così da aumentare la portata dei gas di scarico e vincere l’inerzia della girante della turbina, riducendo il TurboLag.
• Dopo aver superato i 5000 rpm (giri/min) i gas di scarico vengono convogliati ad entrambi i turbocompressori, così da portare il sistema sovralimentato a lavorare in parallelo. 

La potenza che si riusciva ad ottenere variava nel range che va da circa 600 CV fino a un massimo di 800 CV.

I gas residui della combustione sono raccolti dai 2 collettori di scarico. L’energia cinetica e l’entalpia dei gas alimentano i due turbocompressori, andando ad aspirare, comprimere ed incanalare l’aria tramite 2 manicotti convergenti in un unico collettore d’aspirazione, collocato sulla testa del motore.

• Applicazioni:

Il sistema in questione trova applicazione su propulsori 4 cilindri in linea da 1.759 cm³. La sovralimentazione è garantita da 2 turbocompressori KKK K-26 con stesso A/R posti rispettivamente a desta e sinistra del propulsore endotermico stesso.

• Valutazione complessiva sulla sovralimentazione:

• La “sovralimentazione” nacque ben 2 secoli fa, quando c’era la necessità di alimentare ed areare con aria in pressione le gallerie delle miniere, al fine di vincere la pressione della profondità. Parliamo di circa 1000 metri e come sappiamo dalla fluidodinamica la pressione aumenta più diminuisce la quota (per il principio di Bernoulli). Successivamente, venne sfruttata l’idea dell’aria compressa negli utensili da lavoro in miniera, come martelli e trapani pneumatici. Erano di tipo volumetrico e azionati con acqua o vapore.

La sovralimentazione raggiunse i motori, principalmente quelli funzionanti a ciclo Otto e Diesel. Gli stessi compressori vennero utilizzati anche sui motori aeronautici, navali e veicoli terrestri (auto e moto).
• Sui motori robusti a Ciclo Otto è più comune la sovralimentazione di tipo meccanica volumetrica, per via della grossa portata di aria in grado di gestire e del tipo di accensione della miscela: Comandata.

• Sui motori Diesel è sconsigliata la sovralimentazione per via volumetrica e si preferisce il sistema turbocompresso; non è un caso l’espressione identificativa frequentemente utilizzata oggi: TurboDiesel. La natura spontanea nell’accensione della carica fresca sui motori Diesel, fa si che il valore della pressione dell’aria debba essere costantemente tenuto sott’occhio; una pressione elevata comprometterebbe le fasi di funzionamento del ciclo, generando inefficienze.

Vediamo quindi i pro e i contro dei due sistemi di sovralimentazione più comunemente utilizzati:

• Compressori volumetrici:

Sicuramente un pregio di questi sistemi è la loro linearità nello sviluppo della potenza: la portata d’aria introdotta è proporzionale alla velocità di rotazione dell’albero di azionamento, quindi proporzionale alla rotazione del motore.
Ciò che si ottiene?
Assenza di TurboLag: potenza disponibile sin dai bassi giri. In effetti questi motori sono più entusiasmanti da guidare, per via della spinta erogata linearmente alla pressione del pedale del gas. Ad esempio la mitica Dodge Charger di Dominic Toretto di Fast and Furious era in grado, con molti effetti scenici, di impennarsi quasi. La potenza è mostruosa ed è appunto garantita sin da subito, senza dover vincere inerzie alla rotazione del sistema.

Per il funzionamento richiede un collegamento meccanico rigido, ad esempio cinghia. E’ proprio questo il fattore limitante di questi sistemi.
L’efficienza di questo sistema peggiora se azionata direttamente dal motore termico. Ecco perché vengono utilizzati rapporti demoltiplicatori di rotazione o collegamenti indipendenti con un motore elettrico.

Come contro, rispetto al turbocompressore, ha:

• Non riesce a garantire lo stesso rendimento termico del turbocompressore;
• limiti fisici del sistema;
• ingombro delle masse;
• maggiori consumi;
• minor efficienza in quanto non sfrutta i gas di scarico per generare lavoro utile (compressione dell’aria in aspirazione), bensì assorbe energia dal motore stesso; in quanto una parte del lavoro uscente prodotto dal motore viene assorbito dal compressore per il suo funzionamento.

Il rendimento volumetrico è inferiore per via:

• Perdite di carico in fase di aspirazione e scarico;
• perdite attraverso le tenute del pistone;
• Ri-espansione del gas compresso rimasto nel volume morto;
• Riscaldamento della carica fresca aspirata da parte delle pareti del cilindro;

• Turbocompressori:

Il turbocompressore ha numerosi vantaggi:

• Garantisce maggior flessibilità ed adattabilità di comportamento;
• maggior rendimento termico;
• maggior durata del sistema.

Il difetto sostanziale, come abbiamo già detto sta nel ritardo della risposta di sovralimentazione.

L’approfondimento targato Vehicle Close-up Engineering sulla sovralimentazione è terminato. Spero sia stato di vostro gradimento.