Flussometro statico o banco dinamico: come si collauda un turbo a geometria variabile

Capita sempre più spesso: un turbo a geometria variabile revisionato a regola d’arte, una volta montato, fa rendere male il motore. Poca spinta, consumi alti, a volte la spia motore. Il motivo è che oggi le prestazioni del motore poggiano sul turbo molto più di un tempo, e il turbo deve restare in un campo di tolleranza ristretto. Se in passato un controllo visivo bastava, perché il motore accettava di buon grado un turbo un po’ fuori specifica, oggi serve una misura strumentale delle sue caratteristiche reali.

Perché la centralina è diventata così esigente

La centralina gestisce il motore con mappe o modelli matematici che legano le caratteristiche del compressore (portata e rapporto di compressione) alla portata dei gas di scarico e alla posizione della geometria. Ogni differenza tra il turbo che la centralina si aspetta e quello montato la trae in inganno: un errore di registro della geometria, ma anche una girante o una chiocciola con quote sbagliate.

Non è un caso se la leva della geometria, un tempo mossa da un semplice attuatore pneumatico, oggi è comandata da un attuatore elettronico o pneumatico con sensore di posizione: la posizione delle palette è diventata un parametro così critico da non tollerare più l’imprecisione del vecchio sistema. Per la stessa ragione non sono più accettabili tarature empiriche, fatte guardando lo spazio tra le palette a minima apertura o la depressione nell’attuatore a fine corsa. E il registro dell’attuatore va rifatto ogni volta che il turbo si assembla o si riassembla.

Il banco di flussaggio statico (flussometro)

La geometria è un’ostruzione al passaggio dei gas nella chiocciola turbina: a parità di differenza di pressione tra monte e valle della turbina, la portata dipende dall’angolo delle palette. Misurando la portata a una differenza di pressione nota si risale quindi all’apertura della geometria, e si può registrare l’attuatore perché a ogni comando corrisponda l’apertura giusta.

È uno strumento valido e, per un turbo identico a quello di primo impianto, il corretto registro dell’attuatore basta a farlo rispondere come la centralina si aspetta. Il limite sta proprio in quel “se”: il banco statico garantisce solo la coerenza tra comando dell’attuatore e apertura delle palette, e solo in assenza di trafilamenti. Non dice nulla su quanta aria il turbo comprime.

Il banco di flussaggio dinamico

Un banco dinamico fa lavorare il turbo come in vettura: oltre a mettere in relazione la portata lato scarico con il comando dell’attuatore, misura i giri del rotore e, soprattutto, il rapporto di compressione ottenuto lato aspirazione, per diverse posizioni della geometria. È l’unica verifica che garantisce il corretto funzionamento del turbo, perché misura ciò che la centralina si aspetta di ottenere.

Un esempio estremo rende l’idea. Un turbo assemblato con una girante del compressore liscia, senza palette, non comprimerebbe nulla: il motore funzionerebbe da aspirato e la centralina segnalerebbe un guasto. Eppure al flussometro statico risulterebbe in specifica, perché il lato turbina è perfetto. Una girante del compressore con un profilo sbagliato produce lo stesso effetto in scala ridotta: meno pressione del previsto, poco rendimento, consumi alti. Lo stesso vale per carter e giranti lato turbina con quote errate o accoppiati male.

Il caso dei trafilamenti: la prova dei 0,1 mm

Il turbo a geometria variabile rende così bene perché gli ugelli della geometria indirizzano i gas sulla turbina con la velocità e l’angolo giusti. Ma non tutto il gas passa dagli ugelli: temperature elevate e materiali diversi accoppiati tra loro impongono dei giochi, e una parte del flusso trafila lungo l’anello della geometria e attraversa la turbina senza compiere lavoro. Sui turbo nuovi questi trafilamenti sono contenuti, e i costruttori complicano sempre di più il progetto proprio per ridurli (se ne parla per esempio nella IHI Engineering Review, vol. 44 n. 2, 2011). In un turbo ricostruito restano una variabile difficile da prevedere.

Per misurarne l’effetto, Cimat ha condotto una prova sul proprio banco dinamico Turbo Test. Un turbo assemblato con tutti i componenti corretti è stato registrato e misurato: portata lato turbina, rapporto di compressione e giri risultavano in specifica. Poi, sullo stesso turbo, è stato inserito uno spessore di 0,1 mm sotto i rulli della geometria, simulando un difetto dimensionale dei soli rulli, e la geometria è stata registrata di nuovo secondo specifica.

La portata lato turbina è praticamente identica: per un flussometro statico i due turbo sono uguali e tutti e due in specifica. Il banco dinamico mostra invece che, con i rulli più alti di un decimo di millimetro, il rapporto di compressione scende fino a 1,225 contro 1,31 a geometria media e i giri del rotore calano di oltre 12.000 al minuto: valori ben oltre la tolleranza che il motore accetta.

Cos’altro verifica un banco dinamico

• La tenuta dell’olio in condizioni simili a quelle di esercizio.
• Il fischio, che si può individuare prima che il turbo arrivi in vettura.
• Gli errori di montaggio che portano le giranti a strisciare sulle chiocciole.
• Gli attuatori elettronici, alimentati a 12 o 24 V e pilotati come dalla centralina, con la programmazione dove prevista.

Il confronto

Come scegliere

Il banco statico resta un buon strumento per registrare correttamente l’attuatore, e va considerato il minimo per chi lavora sui turbo a geometria variabile. Ma se ricostruisci turbo moderni, usi componenti di ricambio della geometria o delle giranti, o vuoi poter garantire il risultato al cliente, l’unica verifica completa è quella dinamica: misura il turbo come lo vedrà la centralina. Cimat lo propone come banco a sé, il Turbo Test, o insieme all’equilibratrice ad alta velocità nelle stazioni Turbo Test Duo: li trovi tra le attrezzature per turbocompressori, di cui siamo rivenditori esclusivi per l’Italia.