Il turbocompressore auto, cosa devi sapere? Guasti e garanzia

Il turbocompressore è un componente dell’automobile che è spesso soggetto a danni e malfunzionamenti inaspettati. Vediam quali sono i guasti più frequenti e quali sono gli aspetti legati alla garanzia.

I motori delle nostre automobili vengono divisi in due grandi categorie: quelli ad accensione spontanea e quelli ad accensione comandata. Per intenderci: i primi sono quelli alimentati a gasolio

Mentre i secondi sono quelli alimentati a benzina o anche a gas. Un’altra distinzione viene fatta tra due famiglie, i motori aspirati e sovralimentati. Nei primi l’aria per la combustione viene aspirata dal motore per effetto dell’abbassamento del pistone durante la corsa di aspirazione. Mentre nei secondi l’aria viene soffiata nei cilindri tramite un sistema di sovralimentazione meccanico.

Il risultato della sovralimentazione è che, a parità di cilindrata, nelle camere di combustione ci va a finire più aria, e ciò si traduce in un innalzamento della coppia utile ossia del lavoro che può erogare l’albero motore per ogni ciclo. Ossia ogni due rotazioni complete nei motori a 4 tempi.

La sovralimentazione, una definizione

L’idea della sovralimentazione è nata con l’aviazione. Ad alta quota i motori dei primi velivoli soffrivano il fatto che l’aria è rarefatta. Oggi il motore degli aerei è, praticamente, un unico turbocompressore. I sistemi di sovralimentazione meccanica possono essere di tre tipi:

Compressore volumetrico

Il compressore volumetrico è trascinato dal motore tramite cinghia o ingranaggi, o direttamente da un motore elettrico. È una soluzione adottata su larga scala negli anni ’80 da Lancia /Fiat poi anche da Mercedes. Ha il vantaggio di avere un ottimo funzionamento senza ritardi di risposta ai bassi regimi ed è assai affidabile perché non ha problemi dovuti alle alte temperature di funzionamento.

Per contro, il rendimento di questi compressori si abbassa all’aumentare dei giri. Questo tipo di compressori hanno anche il grosso svantaggio di aumentare i consumi di carburante. Questa soluzione è stata abbandonata e viene adottata solo su alcune Mini. E, limitatamente ai bassi regimi, sui motori 1.4 TSI di Volkswagen da 140 e 185 CV a supporto del sistema di sovralimentazione.

Compressore ad onde di pressione

Anche questo sistema di sovralimentazione viene azionato dal motore e sfrutta il fatto che i gas che si affacciano alle estremità di un condotto relativamente lungo e stretto scambiano la loro pressione molto più velocemente di quanto non scambino le molecole di cui sono costituiti.

Praticamente questi condotti sono montati su un tamburo rotante e fanno in modo che la maggior pressione dei gas di scarico si trasferisca (in parte) ai gas di aspirazione, che ne risultano compressi.

I due gas, dopo lo scambio di pressione, vengono convogliati ognuno nei condotti prima che si mescolino. Il problema di questo tipo di sovralimentazione è che i gas di aspirazione e di scarico si miscelano. I gas che sono in aspirazione si riscaldano tanto da necessitare un raffreddamento a valle.

Questo tipo di sovralimentazione è, per ovvie questioni di timing, anche difficile da regolare e mettere a punto, per cui è una soluzione che è stata presto abbandonata sulle auto.

Turbocompressori

A differenza dei due sistemi precedenti, il compressore non è trascinato dall’albero motore, ma da una turbina che converte l’energia dei gas di scarico. Da qui il nome turbocompressore, o, impropriamente, solo turbo. Già per questo è chiaro che tale sistema è più efficiente dal punto di vista dei consumi visto che recupera un’energia che altrimenti andrebbe persa nei gas di scarico.

È il sistema di sovralimentazione per antonomasia. È largamente usato da tutti i costruttori di automobili, sebbene la progettazione e la costruzione di tali sistemi sia affidata a pochissime aziende, quali, ad esempio: IHI, Garrett, Mitsubishi, Borg Warner, Bosch, Denso, Delphi, Mahle, ecc.

Per approfondire: cosa copre la garanzia auto usata? [Infografica]

Come è fatto un turbocompressore?

L’energia dei gas di scarico viene estratta da una turbina centripeta. Questa, tramite un piccolo albero, trascina un compressore centrifugo che opera sull’aria in ingresso al motore, comprimendola. Chiameremo girante l’insieme turbina – albero – compressore (parte mobile del turbocompressore).

L’albero della girante è alloggiato in un corpo centrale con delle bronzine che gestiscono l’albero radialmente, una ralla reggispinta (che supporta l’albero assialmente) e dei paraolii. L’olio che lubrifica il motore viene fatto passare attraverso il corpo centrale, opportunamente sagomato, per:

• Lubrificare l’albero.
• Raffreddare i componenti più caldi.
• Ancorate al corpo centrale ci sono due volute.

La turbina e la relativa voluta, a contatto continuo con i gas caldi in uscita dal motore, raggiungono temperature superiori ai 1000° Celsius. I gas compressi in uscita dal compressore sono caldi.

Prima di entrare nel motore vengono raffreddati per diminuire il loro volume (a parità di pressione) e riempire con più comburente le camere di combustione. Nei motori a benzina il raffreddamento di questi gas è obbligatorio per non favorire le condizioni di insorgenza dell’autoaccensione.

I sistemi di controllo del turbocompressore

Un turbocompressore è un sistema che ha problemi di stabilità. In particolari condizioni di funzionamento del motore, l’aumento della pressione nel condotto di aspirazione derivante dalla spinta del compressore agisce sull’aumento di giri della turbina. Che influenza il compressore.

Questa retroazione può portare all’aumento indefinito della velocità della girante. E all’autodistruzione del turbocompressore. La voluta di scarico è dotata di un sistema di controllo del che fa in modo di limitare l’azione dei gas di scarico sulla turbina. Il sistema di controllo può essere:

Valvola di bypass (detta wastegate)

In questa soluzione il superamento di una certa soglia di pressione in aspirazione, tramite un attuatore pneumatico, fa aprire una valvola calettata sulla voluta di scarico. Che permette il deflusso dei gas provenienti dal motore direttamente allo scarico senza passare dalla turbina auto.

Ne consegue il mancato aumento della velocità della girante. E viene meno l’ulteriore aumento di pressione in aspirazione; è una soluzione semplice che crea pochi problemi di affidabilità.

Canalizzazioni mobile (a geometria variabile)

in questa soluzione una serie di paratie mobili orientano i gas di scarico in maniera da ottimizzare il rendimento della turbina ai bassi regimi. Quando, poi, la turbina va in qualche modo frenata le paratie spostano i flussi di gas in modo che il rendimento della turbina precipiti.

Le paratie sono spostate o, come per il sistema bypass, tramite una valvola pneumatica, o con un attuatore elettrico. È una soluzione più complessa e raffinata della prima, ma più delicata.

Qual è il turbocompressore migliore?

Da quando la sovralimentazione è stata introdotta su auto a larga scala, si è prediletto l’aspetto commerciale legato alla immagine di maggior potenza massima (auto con velocità più alte).

I progettisti hanno fatto in modo che l’aumento di coppia ci fosse agli alti regimi di rotazione del motore e del turbocompressore. Si è prediletto l’uso della wastegate come valvola di sicurezza.

Con il tempo, sempre più orientati alla riduzione dei consumi e degli inquinanti, si è man mano preferito fare in modo di innalzare la coppia ai regimi più bassi. Il risultato qual è?

Lo spostamento del picco di coppia verso i regimi più bassi si ottiene con la regolazione della turbina. Questo grazie al miglioramento di iniezione e combustione del gasolio che hanno abbassato la quantità di particolato. Così si sono diffusi i sistemi di controllo a geometria variabile.

La scelta dei valori di taratura di tali sistemi è delicata. Poiché, tra le altre cose, si deve tenere conto del lavaggio ottimale delle camere di combustione che è funzione della differenza di pressione tra i gas in entrata e in uscita dalla testata, grandezze gestite proprio dal sistema di controllo.

Quali sono i problemi che hanno i turbocompressori?

Il turbocompressore ha la peculiarità di essere concepito, da un punto di vista meccanico, con estrema precisione. La girante può raggiungere velocità elevatissime, fino a 350.000 giri al minuto. Quello che serve per avere a valle del compressore pressioni intorno a 2,5 x 105 Pa.

Il lato freddo lavora il gas in ingresso al motore a temperature pressoché identiche a quella dell’aria esterna. Il lato caldo, a pieno carico, lavora i gas in uscita dal motore (sui 1000° Celsius).

I componenti di una stessa girante misurano temperature di poche decine di gradi ad un estremo e temperature intorno ai 900°/1000° Celsius all’altro estremo. Se si tiene conto di ciò si capisce che:

• La girante deve essere estremamente equilibrata.
• È cruciale la scelta e la qualità dei materiali.
• Considerare l’effetto della dilatazione dei materiali con il calore.
• Le tolleranze del turbocompressore devono rispettare dei criteri.

Nello specifico devono essere strettissime, si lavora nell’ordine del micron sia per evitare trafilamenti di gas sul lato turbina/geometria variabile e sul lato compressore, sia per garantire l’effetto di galleggiamento costante della girante nell’olio. Questo anche a motore fermo.

Per ovviare a questi problemi si potrebbe pensare di costruire turbocompressori relativamente massicci. Per ottenere tempi di risposta decenti, la girante deve accelerare velocemente e, quindi, avere una bassissima inerzia, la più bassa possibile. Ciò significa ridimensionare tutto e scegliere materiali leggeri. Il compressore è in lega di alluminio, il resto è in speciali leghe di acciaio.

Possibili guasti del turbocompressore

Il turbocompressore è un delicatissimo (e costoso) condensato di alta tecnologia. E, per sua natura, difficilmente (si rompe per un suo difetto intrinseco. Nella stragrande maggioranza dei casi, infatti, poiché interagisce con numerosi altri sistemi, il turbocompressore si rompe per cause esterne.

Filtri ostruiti

L’ostruzione del filtro dell’aria crea una depressione sul condotto di aspirazione a monte del turbocompressore lato aspirazione. Per questo motivo, il compressore, insieme al resto della girante, cerca di spostarsi lungo l’asse di rotazione in direzione opposta al flusso dei gas di aspirazione.

L’ostruzione del filtro antiparticolato crea una pressione a valle della turbina. Che, insieme alla girante, cerca di spostarsi insieme al resto in direzione opposta ai gas di scarico.

Le due spinte si sommano perché insistono nella stessa direzione lungo l’asse di rotazione della girante. Il risultato, a lungo andare, è il danneggiamento di paraoli e ralla reggispinta.

Il risultato? Abbassamento delle prestazioni del motore e del turbocompressore, trafilamento di olio dal turbocompressore, generale surriscaldamento del turbocompressore stesso.

Fuliggine gas di scarico

Il lato turbina processa i gas in uscita dalle camere di combustione. Questi gas trasportano residui che non vengono bruciati. Nei motori a gasolio, sono agglomerati di particelle carboniose che creano spesso, accumulandosi, inceppamenti alle paratie mobili della geometria variabile.

In questi casi il malfunzionamento del turbocompressore auto viene immediatamente intercettato dalla centralina motore che mette in recovery il veicolo e lo fa marciare a velocità ridotta.

Lubrificazione

Un olio con caratteristiche non adeguate o esausto/degradato, per effetto delle alte temperature, oltre a non lubrificare correttamente la girante, forma facilmente della morchia che ostruisce i passaggi dell’olio stesso all’interno del corpo centrale e nei condotti di adduzione e scarico dell’olio.

L’ostruzione del condotto di adduzione e di scarico dell’olio provoca un abbassamento della portata del lubrificante ed il surriscaldamento del corpo centrale fino al grippaggio della girante e alla rottura delle bronzine. Quando questo grippaggio avviene ad alte velocità di rotazione della girante non è raro che per effetto dell’inerzia, il dado di fissaggio del turbocompressore si sviti.

Il risultato è il crollo delle prestazioni del motore. Lo scenario peggiore è l’autocombustione dell’olio motore che esce dal lato compressore (il fenomeno lo abbiamo descritto in questo post qui Problemi con il FAP/DPF). L’ostruzione del condotto di scarico dell’olio del turbocompressore provoca anche una fuoriuscita dell’olio nei condotti di aspirazione e scarico dell’aria.

Effetto della temperatura

Le temperature sono cruciali durante il funzionamento del turbocompressore, ma lo sono ancora di più quando il turbocompressore smette di funzionare per effetto dello spegnimento del motore.

Spento il motore, le portate dell’olio e dell’aria fresca di alimentazione al turbocompressore è nulla. Vale anche la quantità di calore che viene allontanata dal turbocompressore. A veicolo fermo il turbocompressore non è lambito dal flusso di aria che ventila il vano motore.

Se si considera, infatti, la massa non indifferente della voluta di scarico (e quindi la quantità di calore ivi immagazzinata tenuto conto anche delle temperature dei gas di scarico) è facile comprendere come allo spegnimento del motore ci sia un periodo transitorio. Durante il quale una grossa quantità di calore si trasferisce dal lato turbina a tutto il corpo del turbocompressore.

L’olio nel corpo centrale subisce un vero processo di cokerizzazione che lascia precipitare le parti più pesanti dell’olio (bitumi, morchie) che creano l’ostruzione dei passaggi dell’olio e l’abrasione dell’alberino. Per ovviare a questo problema alcuni turbocompressori sono raffreddati ad acqua a circuito chiuso permette il raffreddamento del turbocompressore anche a motore spento.

Ingresso di corpi estranei

Per fortuna è un evento assai raro in aspirazione, mentre è più frequente allo scarico. Quando, ad esempio ci sono rotture del motore che trascinano detriti metallici nei gas di scarico.

In aspirazione i danni sono rilevanti perché la girante del compressore è costruita in lega di alluminio. Statisticamente, i danni allo scarico sono assai minori sulla turbina, questa è costruita in materiali speciali. Perché devono resistere all’alta temperatura e alla corrosione. Il componente che risente di più del passaggio di detriti allo scarico è la geometria variabile che potrebbe incepparsi.

Guasti a parti elettriche

Il turbocompressore è installato più vicino possibile alla testata del motore perché è la zona dove sono intercettabili i gas di scarico usciti dalle camere di combustione da cui si può estrarre ancora tanta energia. Tanto che per alcuni modelli il collettore e la voluta di scarico sono un unico pezzo.

Il turbocompressore è installato dove temperatura e vibrazioni abbondano. E, come abbiamo visto con i guasti elettrici e garanzia del costruttore, non sono le condizioni ideali di funzionamento di parti elettriche. Per cui è facile che i sistemi di controllo del turbocompressore diano forfait.

Turbocompressore e la garanzia auto

In caso di rottura del turbocompressore, se non hai rispettato la manutenzione, non hai nessuna speranza di vederti riconosciuto il guasto. E non per un capriccio o per un cavillo burocratico. Questa considerazione vale sia per la Garanzia Convenzionale, sia per la garanzia di conformità di legge che è tenuto a riconoscere il venditore del veicolo, sia per l’usato che per il nuovo.

Di solito il turbocompressore è annoverato tra le parti su cui interviene la Garanzia Convenzionale già a partire da livelli di copertura intermedi. Queste operazioni sono escluse dalle garanzie.

Per stabilire se sono annoverabili tra i difetti di conformità bisognerà distinguere, sulla base della causa e della modalità del guasto, quali migliorie sono necessarie e quali non strettamente dovute.

Per questa distinzione c’è bisogno di approfondimenti costosi. Ma non effettuare una di queste operazioni a corredo della sostituzione significa invalidare la garanzia del produttore/fornitore.

Molti distributori di turbocompressori lamentano il fatto che il personale delle officine non tengono in conto la delicatezza del componente e l’importanza sia di eliminare la causa del guasto del turbocompressore, sia di effettuare tutte le operazioni di buona pratica sopra descritte.

Non è raro che turbocompressori revisionati o nuovi diano problemi. La cosa crea ovviamente diversi disagi tanto che molti fornitori di tali componenti, con un piccolo sovraprezzo riconoscono la cosiddetta garanzia Kasco. Qualsiasi problema abbia il turbocompressore dopo il montaggio, indipendentemente dalla causa del guasto, viene riconosciuto in garanzia.

Quanto costa il turbocompressore

La sostituzione di un turbocompressore, che è un componente dal costo elevatissimo, comporta l’impiego di diverse ore di manodopera. Prevede la sostituzione del lubrificante e del filtro, del filtro dell’aria, della pulizia dei condotti di aspirazione e scarico, della sostituzione delle tubazioni di adduzione e scarico dell’olio. A volte serve la rigenerazione forzata del filtro antiparticolato.

La sostituzione del turbocompressore è una spesa assai salata. Se stai per acquistare una vettura usata con questo componente chiedi al venditore una garanzia convenzionale e accertati che copra il turbocompressore. Se acquisti da privato attiva una nostra polizza qui. In ogni caso non trascurare la manutenzione: effettuala a scadenza e presso officine qualificate e di fiducia.

Per approfondire: come funziona la garanzia sulle auto usate

Cosa fare se si rompe alla guida

Non arrestare subito il motore come succede di solito alle fermate nelle stazioni di servizio in autostrada. Rallenta prima di fermarti e lascia scivolare la macchina il più possibile con un filo di acceleratore in modo da raffreddare sia l’olio lubrificante che il turbocompressore dell’auto.