Motori turbocompound: come funzionano e cosa dichiarano i costruttori

Una scheda tecnica che riporta D13TC, o MP8HE, o «Energy Recovery Technology», sta dicendo una cosa precisa: nel flusso di scarico c’è una seconda turbina, e non è lì per alimentare l’aspirazione. Il suo compito è recuperare energia che altrimenti uscirebbe dal tubo di scarico e restituirla all’albero a gomiti. Il comunicato di lancio di Volvo per I-Save, il pacchetto che combina il suo turbocompound D13TC con altre soluzioni per il risparmio di carburante, lega il valore del pacchetto alla distanza percorsa dal camion: «The longer they drive, the more they can potentially save.» (Più a lungo guidano, più possono potenzialmente risparmiare).

Che cosa fa davvero la seconda turbina

Il turbocompressore di questi motori è, nelle parole di Volvo, quello «used to manage engine intake air» (usato per gestire l’aria di aspirazione del motore). Il turbocompound aggiunge un’ulteriore turbina per un altro scopo. Nella descrizione che Volvo dà del suo D13TC nordamericano, una semplice girante di turbina si trova «downstream of the actual turbocharger» (a valle del turbocompressore vero e proprio) ed è «linked through a network of reduction gears to the engine’s crankshaft» (collegata tramite una rete di ingranaggi di riduzione all’albero a gomiti del motore); il comunicato di Volvo UK per l’FH dice che l’energia recuperata dai gas di scarico aziona il volano. Mack dice che la sua Energy Recovery Technology cattura il calore «that would otherwise be lost» (che andrebbe altrimenti perso), converte le emissioni di scarico «to mechanical energy» (in energia meccanica) e la restituisce «back to the crankshaft as torque» (all’albero a gomiti sotto forma di coppia).

Il motivo per cui resta qualcosa da recuperare è l’efficienza stessa del motore diesel. «Typically, for every gallon of diesel burned, only about 42 percent of the energy content actually makes it to the wheels» (in genere, per ogni gallone di gasolio bruciato, solo circa il 42 per cento del contenuto energetico arriva effettivamente alle ruote), ha detto alla rivista nordamericana di Volvo per i clienti il product marketing manager di Volvo John Moore. «The rest is wasted as heat.» (Il resto viene sprecato sotto forma di calore). Nel 2018, come ha riferito Transport Topics, Moore ha detto a Equipment & Maintenance Update che l’unità avrebbe portato il rendimento termico effettivo del D13TC nordamericano dal 43% al 48%, catturando energia che sarebbe andata persa nello scarico o nell’impianto di raffreddamento.

Sul Volvo FH e sul Renault Trucks T si vede nella coppia, non nella potenza massima dichiarata

La nostra scheda del Volvo FH, costruita a partire dai motori che Volvo UK elencava ancora a settembre 2026, riporta un D13 standard da 309–397 kW con 2 100–2 600 Nm e il turbocompound D13 I-Save da 309–368 kW con 2 400–2 800 Nm. Il motore turbocompound si ferma più in basso in potenza e più in alto in coppia. Il materiale di lancio della stessa Volvo quantifica la differenza in fino a 300 Nm in più.

La scheda del Renault Trucks T, costruita a partire dalla brochure di Renault Trucks del maggio 2023, mostra la stessa forma per un secondo costruttore: il DE13 TC è indicato a 330 e 360 kW, i due livelli che ha anche il DE13 normale, ma con 2 500 e 2 700 Nm contro 2 200 e 2 400 — e non è indicato affatto al livello da 390 kW, quindi la famiglia turbocompound si ferma di nuovo più in basso in potenza e più in alto in coppia.

Questa forma non è una regola del turbocompound. Per il suo D13TC nordamericano, il comunicato di Volvo del 2017 dice che «the 50 additional horsepower is fed directly to the crankshaft» (i 50 hp aggiuntivi vengono trasmessi direttamente all’albero a gomiti), e la rivista nordamericana di Volvo dice che l’effetto netto è «adding additional torque and horsepower to the crankshaft» (aggiungere coppia e potenza supplementari all’albero a gomiti), ma che «unlike turbo compounding used in the past, Volvo decided not to use the technology to add horsepower» (a differenza del turbocompound usato in passato, Volvo ha deciso di non usare la tecnologia per aggiungere potenza). «I can either add it to my max power and deliver more power, or I can reduce how much fuel I’m putting in the engine for the same output. We choose the latter» (posso aggiungerla alla mia potenza massima ed erogare più potenza, oppure posso ridurre il carburante che immetto nel motore a parità di potenza erogata. Scegliamo la seconda strada), ha detto alla rivista il suo ingegnere capo per il powertrain, John Bartel. Il comunicato europeo di Volvo indica come vantaggio che «less acceleration and fuel is needed to keep a steady speed in highway traffic» (servono meno accelerazione e meno carburante per mantenere una velocità costante nel traffico autostradale), e Mack dice che il suo sistema «enables the engine to operate at 1,000-1,100 RPM, saving fuel without sacrificing performance» (consente al motore di funzionare a 1 000-1 100 giri/min, risparmiando carburante senza sacrificare le prestazioni). Abbinato a una trasmissione con downspeeding, aggiunge la rivista di Volvo, il turbocompound permette al cambio di «stay in top gear longer in rolling terrain» (restare più a lungo nella marcia più alta su terreni ondulati), per un guadagno di carburante che la rivista quantifica in «about 3 percent» (circa il 3 per cento).

I valori pubblicati e il termine di confronto

Volvo Trucks dice che il Volvo FH con I-Save «can cut fuel costs by up to 7% in long-haul operations» (può ridurre i costi del carburante fino al 7% nel trasporto a lungo raggio; nella versione di Volvo UK «could», cioè «potrebbe»), misurato rispetto a un D13 Euro VI fase D senza il Long Haul Fuel Package, e lo presenta come «the combined efficiency gains of all these products and services» (i guadagni di efficienza combinati di tutti questi prodotti e servizi): il D13TC più nuovi assi posteriori, un I-See aggiornato, software I-Shift per il lungo raggio, I-Cruise con I-Roll, spegnimento automatico del motore al minimo e una pompa del servosterzo a cilindrata variabile. Le due versioni del suo comunicato del 7 marzo 2019 non concordano su chi ne sia il destinatario: il comunicato globale di Volvo dice che I-Save è stato pensato in particolare per gli operatori del lungo raggio che percorrono tipicamente più di 120 000 km all’anno, mentre la versione di Volvo UK indica 160 000 km e definisce il D13TC ideale per i clienti del lungo raggio «typically exceeding 160,000 km per annum» (che superano tipicamente i 160 000 km all’anno). Entrambe le versioni precisano in nota che il consumo effettivo di carburante «will vary» (varierà; nella versione britannica «may vary», cioè «può variare») in base a molti fattori, come l’uso del cruise control, la specifica del veicolo, il carico del veicolo, la topografia, l’esperienza del conducente e il meteo.

Il dato nordamericano di Volvo è suddiviso in modo diverso. Il suo comunicato del luglio 2017 per il nuovo VNL indica «up to a 6.5 percent improvement in fuel efficiency from the engine alone» (un miglioramento dell’efficienza nei consumi fino al 6,5 per cento dal solo motore) rispetto ai suoi precedenti motori D13 GHG14, e fino al 7,5% complessivo una volta che l’aerodinamica del nuovo VNL aggiunge un ulteriore 1 per cento. Transport Topics ha riferito nel luglio 2018 che il turbocompound di Mack, combinato con soluzioni come i miglioramenti aerodinamici del pacchetto HE+, permette ai modelli Mack Anthem di migliorare l’efficienza nei consumi fino al 9,5%.

Questi valori vanno letti con attenzione. Il 7% europeo e il 9,5% di Mack sono valori di pacchetto. Il 6,5% è l’unico valore qui che il suo costruttore indica per il solo motore, ed è misurato rispetto al precedente motore della stessa Volvo.

Il lavoro per cui è costruito

Volvo definisce l’FH con I-Save «tailor-made for demanding long-haul operations» (fatto su misura per le impegnative operazioni a lungo raggio), e il suo comunicato nordamericano del 2017 dice che il D13TC è stato «designed for customers with long-haul, steady-speed operations» (progettato per i clienti con operazioni a lungo raggio a velocità costante). Nel 2018 Volvo ha detto a Transport Topics che il miglioramento maggiore del turbocompound si ottiene nelle applicazioni a lungo raggio con downspeeding, e Jack Legler, direttore tecnico del Technology & Maintenance Council delle American Trucking Associations, ha detto che può essere particolarmente efficace per le flotte che adottano il downspeeding. L’attuale pagina nordamericana di Volvo sul D13TC aggiunge che le flotte impiegate in applicazioni a carico variabile, «including tanker, bulk haul and flat-bed deliveries» (comprese cisterne, trasporto di merci sfuse e consegne con pianale), «can benefit» (possono trarne beneficio).

Volvo ha legato quella percentuale a delle condizioni: il chilometraggio annuo per cui il pacchetto è stato pensato e, nella nota, l’uso del cruise control, il carico del veicolo e la topografia.

Il DD15 di Detroit e Navistar: l’altra strada

Il DD15 di Detroit aveva il turbocompound prima delle norme sui gas a effetto serra del 2014. Secondo Brian Daniels di Detroit, citato da Transport Topics nel 2018, l’aggiornamento del 2014 di quel motore lo ha eliminato e si è affidato invece al Detroit Asymmetric Turbocharger, che Daniels ha descritto come un progetto semplificato, più efficiente e più durevole, più leggero di 70 libbre; lo stesso articolo riferiva che Detroit usava ancora il turbocompound sul suo motore più grande, il DD16. L’attuale pagina di Detroit sul DD15 indica un turbo a geometria semplice con cuscinetti a sfere e afferma che il motore è «up to 3% more fuel efficient than our previous model» (fino al 3% più efficiente nei consumi rispetto al nostro modello precedente). Il turbocompound non vi è menzionato affatto.

Navistar ha detto alla stessa pubblicazione di non avere in programma di aggiungere un turbocompound ai suoi camion International. Jim Nachtman, il suo direttore marketing per il segmento dei prodotti pesanti, ha detto che «if you add a lot of complexity to a vehicle, there’s a higher propensity for something to fail» (se si aggiunge molta complessità a un veicolo, aumenta la propensione a che qualcosa si guasti), che le flotte dicono a Navistar che un giorno di fermo vale da 1 000 a 1 500 dollari a seconda della flotta, più il costo della riparazione stessa, e che «if you save a small amount of fuel economy but incur some extra downtime, in general that is not advantageous to the customer’s bottom line» (se si risparmia un po’ di carburante ma si subisce del fermo in più, in generale non è vantaggioso per il risultato economico del cliente). È la tesi contraria, e viene da persone che vendono camion di mestiere. Navistar ha detto che avrebbe invece continuato a migliorare il turbocompressore stesso, insieme a un pacco di fasce elastiche a basso attrito, rivestimenti a basso attrito per i mantelli dei pistoni, una pompa dell’acqua più lenta, una ventola a sei pale che secondo l’azienda liberava 31 hp e un cruise control predittivo che ha quantificato tra l’1% e il 2%.

La risposta di Volvo alla questione della durata, sulla sua pagina nordamericana del D13TC, è che il turbocompressore a geometria fissa del motore è «designed to meet the 1.2 million mile B50 life of the engine, with no extra maintenance required» (progettato per raggiungere la durata B50 del motore di 1,2 milioni di miglia, senza manutenzione aggiuntiva); il suo comunicato del 2017 riporta le parole di Moore secondo cui il sistema turbocompound «adds no additional routine maintenance to the engine» (non aggiunge al motore alcuna manutenzione ordinaria supplementare).

Perché esiste

L’idea non è nuova: la rivista della stessa Volvo osserva che il turbocompound «was used on heavy aircraft engines during the second world war» (fu usato sui motori degli aerei pesanti durante la seconda guerra mondiale). I costruttori danno oggi le proprie ragioni per adottarlo. Il comunicato europeo di Volvo colloca I-Save sullo sfondo di camion che percorrono distanze sempre più lunghe e di prezzi del gasolio in aumento; in Nord America, Transport Topics ha riferito che il D13TC è stato introdotto come parte del powertrain di Volvo conforme alle norme sui gas a effetto serra del 2017.

Gli obiettivi di CO2 dell’UE per i veicoli pesanti nuovi

Il regolamento (UE) 2019/1242, come modificato, fissa obiettivi di riduzione delle emissioni di CO2 per il parco veicoli pesanti a motore nuovi dell’Unione, eccetto i veicoli per uso speciale e i veicoli fuoristrada, «rispetto alle emissioni medie di CO2 del periodo di riferimento dell’anno 2019»: il 15% per i periodi di riferimento dal 2025 al 2029 per i sottogruppi di veicoli 4-UD, 4-RD, 4-LH, 5-RD, 5-LH, 9-RD, 9-LH, 10-RD e 10-LH; il 45% dal 2030 al 2034 (eccetto i veicoli professionali); il 65% dal 2035 al 2039; e il 90% dal 2040 in poi. L’allegato I del regolamento (punto 3.2) applica il periodo di riferimento del 2019 come base solo a quei nove sottogruppi; i sottogruppi 1, 2, 3, 11, 12 e 16 sono misurati rispetto al 2021, e tutti gli altri rispetto al 2025. La Commissione li descrive come una riduzione «across all vehicles manufactured by a company» (su tutti i veicoli fabbricati da un’impresa), con le emissioni di CO2 e il consumo di carburante simulati nello strumento VECTO «based on data from relevant vehicle components» (sulla base dei dati dei componenti pertinenti del veicolo).

Come si chiama la variante

Su un Volvo lo indica la designazione del motore — il comunicato di lancio del 2019 elenca «D13TC (Turbo Compound)», e Volvo UK lo elenca per l’FH come D13 I-Save; quello di Mack è l’MP8HE con Energy Recovery Technology.