Turbo lag: come lo uccidono geometria variabile, twin-scroll e turbo elettrico

In Italia, quando si parla di turbo elettrico, si parla della Ferrari F80. È comprensibile, ed è anche un modo comodo di raccontare la storia partendo dalla fine. Il turbo elettrico è soltanto l’ultimo capitolo di una guerra di cinquant’anni contro un solo difetto, e in quella guerra Maranello è arrivata dopo una Mercedes a quattro cilindri.

Il difetto si chiama lag, e nel capitolo precedente l’abbiamo smontato in due pezzi. C’è il ritardo vero e proprio, che è una questione di tempo: quanto ci mette la turbina a prendere giri dopo che hai affondato il piede. E c’è la soglia, che è una questione di energia: il regime sotto il quale lo scarico non porta abbastanza gas per tenere la pressione che chiedi, per quanto tu possa aspettare. Le sportive turbo degli anni Settanta soffrivano di tutte e due nel modo più crudo. Sotto non c’era niente, poi arrivava tutto insieme, di solito a metà curva.

Da quando il turbo ha scalzato il compressore volumetrico come modo normale di gonfiare un motore, gli ingegneri hanno avuto un solo nemico. E per abbatterlo hanno provato almeno cinque strade, una più ingegnosa dell’altra.

Turbina piccola o turbina grande: il ricatto

Ogni soluzione che segue nasce dallo stesso ricatto.

Una turbina piccola pesa poco e prende giri con un filo di gas: soffia presto, la soglia è bassa, il motore sembra sveglio fin dai bassi. In alto però diventa un tappo. Il corpo turbina piccolo non riesce a smaltire tutto il gas che un motore produce a 6.000 giri, la pressione nello scarico sale e il motore si strozza proprio quando dovrebbe allungare.

Una turbina grande fa il contrario. In alto spinge come una furia e muove una montagna d’aria, in basso è una ruota pesante in mezzo a un venticello che non riesce a farla girare. La soglia sale, il ritardo si allunga, e la macchina ha due caratteri separati da un buco.

Per decenni scegliere un turbo ha voluto dire scegliere quale metà del contagiri sacrificare. Tutto il resto è il tentativo di avere una turbina che si comporti da piccola ai bassi e da grande agli alti.

Geometria variabile: l’invenzione che in Italia è arrivata per prima

La soluzione più elegante lascia la ruota della turbina com’è e cambia la porta da cui entra il gas.

Un turbo a geometria variabile, VGT o VNT a seconda di chi lo costruisce, ha nella chiocciola una corona di piccole palette orientabili che circondano la girante. La girante resta la stessa, con lo stesso peso e la stessa inerzia. Le palette ruotano tutte insieme su un anello e cambiano due cose: la sezione di passaggio del gas e l’angolo con cui colpisce le pale.

Ai bassi le palette si chiudono. Il gas, costretto a passare da fessure strette, accelera e investe la turbina con violenza, come quando chiudi a metà la bocca di un tubo per annaffiare e il getto arriva in fondo al giardino. La turbina parte presto anche con poco gas. Agli alti le palette si aprono, il gas passa libero e il motore respira. La centralina le muove in continuazione in base al carico e alla pressione richiesta, non solo ai giri. Il compromesso non sparisce del tutto, ma nessun’altra soluzione meccanica lo addolcisce così bene.

E qui l’Italia ha una medaglia che si racconta poco. La geometria variabile è esplosa prima sui diesel, perché i gas di scarico di un diesel sono molto meno caldi di quelli di un benzina, e un meccanismo di palette mobili infilato nel punto più rovente del motore in un diesel sopravvive. Fiat l’ha montata sulla Croma turbodiesel a iniezione diretta nel 1991, quando gran parte dei turbodiesel europei andava ancora avanti con turbine fisse. Da lì la geometria variabile ha conquistato tutto: i TDI tedeschi assemblati anche nelle fabbriche spagnole della SEAT, gli HDi francesi, i JTD di casa. Una Spagna motorizzata a gasolio per vent’anni ha macinato chilometri su autostrade e autovías grazie a quelle palette, quasi sempre senza sapere che c’erano.

Sul benzina invece la storia è stata una sequenza di prove coraggiose e poco fortunate. Nissan annunciò nel 1985 un turbo a ugello variabile per il V6 VG20ET, Honda nel 1988 il “Wing Turbo” sul due litri della Legend giapponese, Shelby nel 1989 la CSX-VNT in soli 500 esemplari, e Peugeot nel 1992 montò un Garrett VAT25 sulla 405 T16. Il calore del gas di scarico di un benzina deformava e grippava il meccanismo, e nessuno riuscì a renderlo normale. Ci riuscì Porsche nel 2006, con la 911 Turbo serie 997 e i suoi due turbo a geometria variabile sul sei cilindri boxer. Porsche la presentò come una prima mondiale, e non lo era. Fu però la prima volta che la tecnologia smise di sembrare un esperimento su un motore a benzina. Quindici anni dopo la Croma.

Twin-scroll: separare gli sbuffi

La seconda soluzione non tocca la turbina. Lavora su come il gas ci arriva.

Un motore non espira in modo continuo. Ogni cilindro, quando apre la valvola di scarico, spara un colpo di gas, e in un quattro cilindri questi colpi arrivano a turno. Se finiscono tutti nello stesso condotto, si pestano i piedi: il colpo fresco di un cilindro va a sbattere contro la coda di quello precedente, una parte dell’energia si perde nell’urto e una parte della pressione torna indietro verso gli altri cilindri, che svuotano peggio.

Il twin-scroll divide l’ingresso della chiocciola in due spirali separate che alimentano la stessa girante. Il collettore accoppia i cilindri i cui colpi non si sovrappongono, in base all’ordine di accensione: in un quattro cilindri con ordine 1-3-4-2, l’uno e il quattro vanno in una spirale, il due e il tre nell’altra. Ogni spirale riceve colpi più distanziati e puliti, e la turbina li sfrutta come spinte nette invece che come un vortice confuso. Il guadagno si sente soprattutto ai bassi e ai medi, dove i colpi sono più distanziati e il disturbo pesava di più.

Le due spirali lavorano sempre insieme. Non c’è nessuno scambio tra l’una e l’altra in base ai giri, come succede in un biturbo sequenziale. Il trucco è solo impedire agli sbuffi di litigare.

Antilag: il fuoco nello scarico

Poi c’è la soluzione più selvaggia, quella che in Italia si conosce dai tempi della Lancia e dei rally, e che sulle strade normali non ha nessun senso.

Il problema è quello del pilota in prova speciale. Alza il piede per frenare, la farfalla si chiude, il flusso di gas che alimentava la turbina crolla. Il turbo non si ferma di colpo, ha la sua inerzia, ma perde giri in fretta. Quando il pilota riapre in uscita, deve aspettare che il turbo riprenda: ritardo nel momento peggiore, in uscita da ogni curva, cento volte per prova.

L’antilag tiene il turbo in rotazione anche col piede sollevato. Le strategie sono diverse. La più diffusa agisce sull’accensione: a gas chiuso, il sistema lascia passare un po’ d’aria e ritarda moltissimo la scintilla, così la miscela brucia tardissimo, quando la valvola di scarico si sta già aprendo, e quella combustione fuori tempo manda un getto caldo e veloce dritto sulla turbina. Altri sistemi iniettano aria, o aria e benzina, direttamente nel collettore e la fanno bruciare lì. Da qui vengono i botti e le fiammate che chiunque abbia visto una prova del Mondiale Rally conosce bene.

L’idea non è nata nel fango. Le squadre di Formula 1 turbo degli anni Ottanta bruciavano già carburante nello scarico per tenere sveglie le turbine a gas chiuso, e il rally l’ha copiata. Toyota Team Europe, la squadra delle Celica GT-Four con cui Carlos Sainz vinse i suoi due mondiali, fu tra le prime a svilupparla seriamente in Gruppo A, passando poi a una versione ad aria fresca, più pulita e meno crudele con i pezzi. Subaru rispose con quello che nel paddock chiamavano “rocket exhaust”.

Il conto è salatissimo. La combustione nello scarico cuoce turbine e collettori, tanto che le squadre si portavano dietro i ricambi perché fondevano. Il consumo schizza alle stelle, il freno motore sparisce perché il motore continua a scoppiare anche in rilascio, e il lavoro passa tutto ai freni. In strada sarebbe un disastro. In gara, l’unica cosa che conta è il cronometro.

Il turbo elettrico, e chi è arrivato prima della F80

L’ultima generazione di soluzioni smette di dipendere solo dallo scarico e ci aggiunge l’elettricità. Qui ci sono due architetture diverse, e i giornali le confondono di continuo.

La prima è il compressore elettrico: un piccolo compressore separato nel condotto di aspirazione, con un suo motore elettrico e nessuna turbina. Quando affondi ai bassi parte lui e spinge aria nel motore mentre il turbo vero si sta ancora svegliando. L’esempio di scuola è l’Audi SQ7 TDI del 2016, che Audi presentò come la prima auto di serie a montarlo: il compressore stava dopo l’intercooler, assorbiva fino a 7 kW da un impianto a 48 volt con una batteria al litio sotto il bagagliaio, e arrivava a 70.000 giri in meno di un quarto di secondo. Il debutto è avvenuto su un SUV diesel da due tonnellate e mezzo, non su una sportiva.

La seconda architettura mette il motore elettrico dentro il turbo, sull’alberino che unisce turbina e compressore. Non aggiunge niente all’esterno: accelera direttamente il turbo che c’è già. La prima auto di serie a usarla è stata la Mercedes-AMG SL 43 del 2022, con un motore elettrico spesso circa quattro centimetri piazzato tra le due giranti, su un alberino che arriva a 170.000 giri, alimentato a 48 volt e derivato dalla Formula 1. La Ferrari F80 è arrivata dopo, con un motore elettrico sull’alberino di ciascuno dei due turbo. Quello che in Italia si racconta come una rivoluzione di Maranello è, tecnicamente, la seconda applicazione stradale di un’idea che Mercedes aveva già messo in vendita su una cabriolet a quattro cilindri. Su Not Enough Battery abbiamo raccontato che la vera eresia della F80 è una batteria da 2,28 kWh, non il V6.

Perché tutto questo è arrivato con i 48 volt? Per la corrente. Un compressore che deve prendere giri in un attimo chiede parecchia potenza, e a 12 volt servirebbero cavi grossi come un dito e perdite enormi. Quadruplicando la tensione, a parità di potenza la corrente scende a un quarto, e cavi e connettori tornano ragionevoli.

MGU-H: il gioiello buttato via, visto dalla Spagna

In cima alla famiglia c’è l’MGU-H della Formula 1, il motore-generatore montato sull’alberino del turbo dal 2014. È la stessa architettura della SL 43 portata all’estremo, con due mestieri opposti. Quando lo scarico ha più energia di quella che serve al turbo, l’MGU-H fa da generatore, frena l’alberino e trasforma il surplus in elettricità. Quando serve spinta immediata, si inverte e fa da motore, lanciando il turbo con la corrente così che il ritardo praticamente non esiste. Per averne uno su strada bisogna passare dalla Mercedes-AMG ONE, che monta il motore di Formula 1 vero.

Vista dalla Spagna, l’era dell’MGU-H ha un nome solo: Fernando Alonso. Nel 2014, primo anno dei motori ibridi, Alonso era in Ferrari e la power unit di Maranello partì molto dietro la Mercedes. A fine stagione se ne andò in McLaren, che nel 2015 tornava ai motori Honda. Honda volle un motore minuscolo per avere una macchina stretta e infilò turbina, compressore e MGU-H dentro la V. Nella sua storia ufficiale Honda oggi ammette che quella disposizione limitava le dimensioni di turbina e compressore, e che la scarsa energia recuperata dall’MGU-H fu uno dei problemi principali della stagione. In pista voleva dire restare senza elettricità a metà rettilineo. A Suzuka, sul circuito di casa Honda, Alonso veniva passato come se fosse fermo e sbottò alla radio: “GP2 engine”. Anni dopo disse di essersi pentito che quella frase fosse diventata pubblica. Ma resta la recensione più feroce mai fatta a un turbo elettrico.

E nel 2026 la Formula 1 l’ha eliminato. Le ragioni ufficiali sono stati il costo e la complessità, e il fatto che spaventava i costruttori nuovi, con il gruppo Volkswagen che non voleva portare Audi in F1 con l’MGU-H ancora in regolamento. Per compensare, l’MGU-K è salito a 350 kW. Il pezzo più raffinato mai costruito per un turbo è stato tolto non perché non funzionasse, ma perché costava troppo a chi doveva entrare. E Alonso lo ha visto sparire proprio nell’anno in cui è tornato a correre con un motore Honda, sull’Aston Martin.

Il lag non è sparito, è stato rateizzato

I costruttori ripetono che i turbo moderni “non hanno lag”. Hanno ragione a metà. Geometria variabile, twin-scroll e assistenza elettrica attaccano davvero le cause: la turbina parte prima, riceve colpi più puliti o viene aiutata prima ancora che lo scarico sia pronto. Chi passa da una Renault 5 GT Turbo o da una Fiat Uno Turbo a un quattro cilindri turbo di oggi se ne accorge alla prima rotonda.

L’altra metà è il conto. Palette mobili nel gas più caldo del motore, compressori in più, un secondo impianto elettrico a 48 volt, motori elettrici che girano a 170.000 giri. Ogni pezzo è una cosa in più da mantenere, e nessuno costa poco quando si rompe. Il motore aspirato del primo capitolo invece il turbo lag non ce l’ha per definizione, perché il turbo non ce l’ha. Ha i suoi ritardi di risposta, ma è un altro animale. Cinquant’anni di ingegneria brillante sono serviti a pagare un debito che esiste solo perché abbiamo deciso di infilare aria sotto pressione nei cilindri.

Il turbo ha vinto lo stesso, perché dà più cavalli con meno cilindrata e consumi omologati più bassi. Il lag non è sparito. È stato rateizzato, una costosa rata alla volta.

Nel prossimo capitolo, le combinazioni: cosa succede quando un turbo non basta e ne metti due, in parallelo o in sequenza, come nel Triflux della Lancia, e il twincharging, l’eresia di montare compressore e turbo sullo stesso motore che la Lancia portò in gara con la Delta S4.

Il quinto capitolo è per chi non sceglie: twincharging e twin-turbo, dai turbo in parallelo e sequenziali al due stadi e a compressore e turbo insieme.

Il sesto capitolo parla del calore che la pressione si lascia dietro: intercooler aria-aria, acqua-aria e iniezione acqua-metanolo, dalla Porsche 930 al Pegaso Tecno.

Le strade che non hanno vinto, dal Comprex che sovralimentava con le onde di pressione al turbo con camera di combustione propria del carro Leclerc, le raccontiamo in sovralimentazione a onde di pressione, Hyperbar e altre strade strane.

Cosa ne ha fatto l’industria di tutta quest’aria, una volta imparato a infilarla nei cilindri, lo racconta il capitolo 8: il downsizing e perché un piccolo motore turbo consuma meno di uno grande, superknock compreso.

Controlla di essere ancora vivo.

Foto: Ton1 (CC BY-SA 3.0), DmitryKo (CC0), Jakob Sigurðsson (CC BY 2.0), Alexandre Prévot (CC BY-SA 2.0), Alexander-93 (CC BY-SA 4.0), Liauzh (CC BY-SA 4.0), Keisuke Kariya (CC BY 2.0).