Come funziona un motore a 4 cilindri con turbocompressore singolo twin-scroll?

Il turbocompressore singolo Twin-Scroll a 4 cilindri è un sistema di turbocompressione che combina la tecnologia Twin-Scroll con un design a turbina singola per migliorare 

la reattività e l'efficienza del motore. Ecco una spiegazione dettagliata passo dopo passo del suo funzionamento: 1. Struttura di base: componenti del turbocompressore

• Turbina: azionata dai gas di scarico del motore.

• Compressore: azionato dalla turbina, l'aria compressa viene inviata al cilindro.

• Twin-Scroll: l'ingresso della turbina è suddiviso in due volute indipendenti, collegate ai collettori di scarico dei cilindri.

2. Caratteristiche di scarico dei motori a quattro cilindri

• Ordine di accensione: i motori a quattro cilindri vengono solitamente accesi nell'ordine 1-3-4-2, con gli scarichi dei cilindri adiacenti distanziati di 180°.

• Interferenza dell'impulso di scarico: se tutti i gas di scarico dei cilindri entrano nello stesso tubo, le onde di pressione di scarico dei cilindri adiacenti interferiranno tra loro, 

con conseguente riduzione dell'efficienza della turbina (detta "exhaus pulse interference").

3. Progettazione della divisione del flusso del twin-scroll

• Collegamento di cilindri raggruppati: due volute collegano rispettivamente due gruppi di cilindri (ad esempio: i cilindri 1+4 sono un gruppo, i cilindri 2+3 sono un altro gruppo).

• Isolare gli impulsi di scarico: lo scarico di ciascun gruppo di cilindri entra in una spirale indipendente per evitare che le onde di pressione di scarico si annullino a vicenda, 

garantendo che l'energia di scarico venga trasferita in modo efficiente alla turbina.

4. Utilizzo efficiente dell'energia di scarico • Effetto turbocompressore a impulsi:

◦ Il twin-scroll separa gli impulsi di scarico con ampi intervalli (ad esempio l'intervallo di scarico di un motore a quattro cilindri è di 180°), 

consentendo alla turbina di ricevere continuamente gas di scarico ad alta energia cinetica.

◦ Rispetto a una spirale singola, una spirale doppia può anche mantenere una velocità di scarico più elevata a basse velocità, riducendo il ritardo del turbo.

5. Vantaggi di una singola turbina

• Struttura semplificata: una turbina singola è più leggera e meno costosa di un sistema biturbo.

• Ampia copertura di velocità: grazie all'ottimizzazione twin-scroll, una singola turbina può ottenere una risposta rapida a basse velocità mantenendo al contempo un elevato incremento della portata ad alte velocità.

6. Esempio di flusso di lavoro (prendendo come esempio un motore a quattro cilindri)

1. Fase di scarico:

◦ Il cilindro 1 completa il lavoro e i gas di scarico ad alta temperatura si riversano nella turbina attraverso la prima chiocciola.

◦ Dopo una rotazione di 180° dell'albero motore, il cilindro 4 scarica e aziona la turbina attraverso la stessa chiocciola.

◦ Lo scarico dei cilindri 2 e 3 aziona alternativamente l'altro lato della turbina attraverso la seconda chiocciola.

2. Azionamento della turbina:

◦ Due serie di impulsi di scarico alternati fanno sì che la velocità della turbina aumenti più rapidamente, soprattutto a basse velocità, riducendo significativamente l'isteresi.

3. Aumento dell'aspirazione:

◦ La turbina aziona il compressore per inviare aria compressa nell'intercooler e poi la immette nel cilindro dopo il raffreddamento, migliorando l'efficienza della combustione.

7. Vantaggi prestazionali

• Miglioramento della coppia a bassa velocità: il design a doppia spirale consente alla turbina di funzionare in modo efficiente a 1500-3000 giri/min del motore, migliorando la coppia a bassa velocità.

• Turbo lag ridotto: l'isolamento degli impulsi di scarico rende la velocità di risposta del turbo vicina a quella di un compressore.

• Risparmio di carburante: migliora l'efficienza della combustione rispettando le normative sulle emissioni (ad esempio riducendo la combustione ricca prima dell'intervento del turbo).

8. Scenari applicativi tipici

• Auto ad alte prestazioni per uso domestico: come il motore BMW N20, Volkswagen EA888 Gen3, ecc., bilanciano potenza e costo.

• Equilibrio tra economia e sportività: adatto ai modelli che richiedono una potenza lineare e apprezzano l'efficienza del carburante.

Riepilogo Il turbocompressore singolo twin-scroll a quattro cilindri raggiunge una velocità di risposta vicina a quella di un twin turbo in una struttura single turbo 

deviando gli impulsi di scarico e ottimizzando l'utilizzo dell'energia dei gas di scarico, tenendo conto al contempo della leggerezza e dei bassi costi. 

Questo design rappresenta una soluzione classica per bilanciare prestazioni e praticità nella moderna tecnologia di sovralimentazione.