Biturbo

Il twin-turbo o biturbo è una configurazione di sovralimentazione che prevede l’impiego di due turbocompressori per aumentare la quantità di aria introdotta nei cilindri di un motore a combustione interna. Nei propulsori a iniezione indiretta viene compressa la miscela aria-carburante, mentre nei motori a iniezione diretta viene compressa esclusivamente l’aria. La soluzione più diffusa adotta due turbocompressori identici o speculari installati in parallelo, ciascuno dei quali sfrutta una parte dei gas di scarico del motore. A seconda del progetto, le due unità possono essere uguali oppure avere dimensioni differenti.

Tipologie di configurazione

Nei sistemi twin-turbo si distinguono tre principali modalità di funzionamento delle turbine:

Parallelo

Sequenziale

In serie

Oltre alla disposizione delle turbine, è possibile variare anche l’architettura dei compressori. In linea teorica, ciascuna configurazione può essere combinata con differenti schemi di compressione dell’aria.

Configurazioni dei compressori

Compressori compound

Nei sistemi a compressori compound l’aria viene compressa in più fasi da due turbocompressori collegati in serie. Il primo stadio effettua una pre-compressione, mentre il secondo aumenta ulteriormente la pressione. Questo schema consente di raggiungere rapporti di compressione complessivi molto elevati rispetto a un singolo turbocompressore.

Compressori compound a stadi

I compressori compound a stadi rappresentano un’evoluzione del sistema compound, in cui le fasi di compressione sono gestite in modo più articolato tramite valvole e sistemi di controllo che regolano progressivamente l’intervento dei vari stadi. L’obiettivo è ottimizzare la pressione di sovralimentazione in funzione del regime di rotazione e del carico del motore, migliorando l’efficienza complessiva.

Compressori sequenziali a stadi

Nei compressori sequenziali a stadi i turbocompressori entrano in funzione in momenti differenti: uno opera ai bassi regimi, mentre il secondo interviene progressivamente agli alti regimi. A differenza del sistema puramente compound, le unità non lavorano costantemente insieme, ma secondo una logica di attivazione graduale che riduce il ritardo di risposta.

Compressori sequenziali paralleli

In questa configurazione si combinano elementi del sistema parallelo e di quello sequenziale. In una prima fase opera un solo turbocompressore; successivamente entra in funzione anche il secondo, che lavora in parallelo al primo. Tale soluzione consente di bilanciare prontezza di risposta ai bassi regimi e potenza agli alti regimi.

Compressori paralleli

Nei compressori paralleli i due turbocompressori operano simultaneamente e indipendentemente, ciascuno comprimendo una parte del flusso d’aria destinato al motore. L’aria compressa può essere convogliata in un unico collettore di aspirazione oppure in collettori separati. Questa configurazione è tra le più diffuse nei motori pluribancata, poiché permette una distribuzione equilibrata dei gas di scarico e una riduzione del turbo lag mediante l’impiego di turbine di dimensioni contenute.

Configurazione parallela delle turbine

Nella configurazione parallela delle turbine, ciascun turbocompressore riceve una porzione dei gas di scarico. Questa soluzione è particolarmente indicata per motori con più bancate di cilindri, come i V6 e i V8, in quanto consente di assegnare una turbina a ciascuna bancata, semplificando i collettori di scarico.

La prima vettura di serie a utilizzare un sistema biturbo fu la Maserati Biturbo, prodotta dal 1981 al 1994.

Configurazione sequenziale delle turbine

La configurazione sequenziale prevede l’impiego di un turbocompressore ai bassi regimi e l’intervento del secondo agli alti regimi. Questo sistema è progettato per ridurre il turbo lag tipico delle turbine di grandi dimensioni e garantire al tempo stesso un’elevata potenza massima.

La prima automobile di serie a utilizzare un sistema twin-turbo sequenziale fu la Porsche 959, prodotta tra il 1986 e il 1988.

Configurazione in serie delle turbine

Nel sistema in serie (o seriale) i turbocompressori sono collegati in successione e operano comprimendo progressivamente l’aria. Tale soluzione è impiegata quando si richiedono pressioni di sovralimentazione molto elevate, come nei motori aeronautici a pistoni o in alcuni motori diesel ad alte prestazioni.

Uno degli svantaggi principali della sovralimentazione a stadi è l’aumento del ritardo di risposta, dovuto alla maggiore complessità del sistema e alla massa complessiva delle turbine.