Turbo a geometria variabile (VGT)

Il turbocompressore a geometria variabile, abbreviato in VGT e talvolta detto turbina a ugelli variabili, è una forma evoluta di turbo che si adatta alle condizioni del motore per fornire una sovralimentazione robusta su tutto l'arco dei giri. I turbo a geometria fissa devono scendere a un compromesso tra prontezza ai bassi e portata agli alti regimi; il VGT aggira questo dilemma alterando fisicamente la geometria del condotto di scarico che alimenta la turbina, comportandosi di fatto come un turbo piccolo ai bassi regimi e come uno grande agli alti.

Il meccanismo è imperniato su una corona di palette mobili, o ugelli, disposte attorno alla girante della turbina all'interno della cassa turbina. Queste palette ruotano all'unisono, comandate da un attuatore che può essere a depressione, pneumatico o, sempre più spesso, elettrico, e gestito dalla centralina motore. Cambiando il loro angolo, le palette variano la sezione di passaggio attraverso cui transitano i gas di scarico e l'angolo con cui essi colpiscono le pale della turbina. Restringendo il passaggio si accelera il gas e lo si indirizza in modo più aggressivo sulla turbina; allargandolo si lascia passare l'intero flusso con il minimo della resistenza.

È proprio questa variabilità a conferire al VGT la sua sovralimentazione ampia e flessibile. Ai bassi regimi, quando l'energia di scarico è scarsa, le palette si chiudono per restringere il flusso, accelerando il gas così che anche un piccolo volume faccia girare con forza la turbina e produca presto una sovralimentazione utile, riducendo nettamente il turbo lag. Man mano che i giri salgono e il volume di scarico cresce, le palette si aprono progressivamente per evitare di soffocare il motore con un'eccessiva contropressione e lasciare scorrere liberamente la turbina agli alti carichi. Il singolo turbo offre così la prontezza di un'unità piccola e la capacità in alto di una grande senza la complessità di più turbo.

La sovralimentazione a geometria variabile è ormai pressoché universale sui moderni motori turbodiesel ed è una delle tecnologie chiave che hanno reso i diesel common rail così elastici e pronti. Lo scarico relativamente freddo e ricco di ossigeno di un diesel si presta bene al meccanismo a palette, permettendogli di operare in modo affidabile senza le temperature estreme che a lungo hanno reso difficile applicare i VGT ai motori benzina. Nei diesel il sistema agevola anche il freno motore e può assistere il ricircolo dei gas di scarico modulando la contropressione. Le applicazioni benzina, con scarichi molto più caldi, sono comparse più lentamente e si affidano a materiali ad alta temperatura più costosi.

Le principali cautele riguardano affidabilità e manutenzione. Le palette mobili operano in un flusso di scarico caldo e ricco di fuliggine, e sui diesel in particolare possono incrostarsi di carbonio e fuliggine, finendo per incepparsi e far funzionare male il controllo della sovralimentazione. Un uso regolare, un olio di buona qualità e qualche tratto guidato con vivacità aiutano a mantenere libero il meccanismo, mentre l'attuatore e il leverismo sono frequenti punti di intervento. Accanto agli schemi twin-scroll, sequenziali e biturbo, il VGT rappresenta la soluzione mono-turbo più elegante al perenne problema di fornire sovralimentazione in ogni punto dell'arco dei giri.