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L’ENERGIA VA RACCOLTA TUTTA – I turbocompressori sono ormai trasversali, equipaggiando anche i motori di piccola cilindrata che, grazie a loro, ricevono sostanziosi aumenti di coppia e potenza. È una tecnologia matura che ha ormai un solo aspetto da migliorare: la velocità di risposta ai comandi dell’acceleratore, che tende ad essere afflitta dal cosiddetto turbo lag. Per rimediare si sono viste varie soluzioni, come le turbine aiutate da un motore elettrico. Queste, chiamate eTurbo, sono per esempio usati da Audi e Mercedes e partono da un turbocompressore “arricchito” da un motore elettrico a 48 volt posto sullo stesso asse che aiuta le giranti a prendere velocemente giri. Un’altra soluzione è l’E-Booster, un compressore azionato direttamente da un motore elettrico invece che dalla turbina mossa dai gas di scarico; Maserati, per esempio, ne usa uno insieme ad un turbocompressore classico per le sue ibride. La Porsche sembra intenzionata a percorrere una strada diversa, come testimoniato da un suo brevetto che parte dalla constatazione che nei gas di scarico è presente molta energia: la turbina di un turbocompressore può infatti traferire al compressore diversi cavalli. Perché non usare quest’energia per generare elettricità e far muovere un compressore elettrico?

> Nello schema qui sopra, tratto dal brevetto della Porsche, con un solo compressore abbiamo le turbine (15), sistemate sugli scarichi delle due bancate, che azionano il generatore (17). L’elettricità viaggia lungo i cavi indicati con la linea tratteggiata e arriva al motore (18) che aziona il compressore (14); l’aria arriva poi all’unità di controllo prima di entrare nei collettori di aspirazione.

SARÀ LA VOLTA BUONA? – L’idea non è nuova ma non ha avuto finora grandi sbocchi produttivi: l’interessamento di Porsche avrà miglior fortuna? Il patent della casa tedesca è il numero 20220003152 ed è stato depositato il 30 giugno 2021 e pubblicato pochi giorni fa. Nei disegni si vede lo schema di un motore V6 che ha una turbina in ogni collettore di scarico; esse ruotano su un albero comune collegato a un generatore che carica una batteria. A questa stessa batteria è collegato un motore elettrico che fa girare due compressori, uno per bancata.

TURBINE DI VARI TIPI  – Nel brevetto si parla anche di una valvola di scarico, concettualmente simile alla wastegate che già conosciamo, il cui compito è mantenere entro valori sopportabili dal motore la pressione dell’aria in aspirazione. Gli schemi presentati sono due, a seconda che il compressore sia uno solo per le due bancate o sia presente una turbina per ogni bancata. Il patent contempla sia l’uso di quelle turbine radiali comunemente usate nei turbocompressori convenzionali sia di quelle assiali (concettualmente simili a quelle dei motori a reazione) che hanno il vantaggio di una maggiore efficienza.

> Lo schema qui sopra con due compressori mette in evidenza le due turbine allo scarico (13) che azionano il generatore che si vede nello spazio fra di esse. Il motore (14), collegato al generatore, muove i compressori, uno per ogni bancata di cilindri.

NE VALE LA PENA – I vantaggi di questa soluzione sono diversi, a partire dalla scontata minimizzazione del turbolag: il motore elettrico prende giri molto velocemente e quindi la reazione ai movimenti dell’acceleratore è praticamente immediata. Un miglioramento fondamentale, non possibile né con l’E-Booster né con l’eTurbo, è che la velocità della turbina e del compressore sono indipendenti e questo permette di far funzionare entrambi nelle zone di funzionamento ottimale per il maggior tempo possibile. Se i gas di scarico sono pochi e il generatore non produce abbastanza energia, poi, si può sempre attingere alla batteria per far recuperare velocemente i giri al motore elettrico che aziona il compressore. Inversamente, il generatore può caricare una batteria, mettendo a disposizione l’energia per altri scopi, quando il compressore non ha bisogno di molta potenza. Questo schema ha una certa “parentela“ concettuale con la MGU-H (Motor Generator Unit – Heat) delle monoposto di Formula 1. Un motore/generatore elettrico calettato sullo stesso albero del turbocompressore recupera energia quando viene trascinato dalla turbina e minimizza il turbolag in accelerazione quando agisce da motore elettrico facendo prendere velocemente giri al turbocompressore.

Articolo di: https://www.alvolante.it/news/il-turbo-elettrico-brevetto-porsche-376626