La sovralimentazione

Scritto da Fabio Trezzi | 2 giugno, 2011 1:48

Il motore trae la sua energia dalla miscela aria/carburante: più riesce a bruciarne (correttamente!) più sarà potente. Ecco cos’ è la sovralimentazione: un sistema per alimentare il motore più di quanto esso riesca a fare a solo. Per fare questo s’ introduce più aria in modo forzato. L’ aria contenente ossigeno permetterà un’ esplosione più forte nei cilindri, il pistone sarà mosso con più forza e trasmetterà questo movimento veloce alle ruote facendo andare più forte la nostra macchina.
Usare la sovralimentazione è sicuramente il miglior modo che hanno i preparatori per aumentare considerevolmente la potenza. Sempre che questo motore regga bene le nuove sollecitazioni…
Ci sono vari tipi di sovralimentazione: dinamica, chimica, e meccanica.

La sovralimentazione dinamica – Si ottiene con airbox e tromboncini d’ aspirazione, che sfruttando le leggi della fisica sulla dinamica dei gas, aiutano i cilindri ad ingoiare più aria possibile. Rispetto alle altre due soluzioni è poco redditizia.

La sovralimentazione chimica – E’ come quella diventata tanto famosa col nome NOS. Il protossido d’ azoto contiene molto più ossigeno dell’ aria, ed una volta che entra nei cilindri trasforma il motore dal tranquillo dottor Jekyll nello spaventoso mr. Hyde…Ma le quantità di protossido d’ azoto che si possono immagazzinare, forniscono un’ autonomia limitata, ed in più sottopone il motore a sollecitazioni pericolose per l’ affidabilità. Va bene per le gare d’ accelerazione e…per i films.

La sovralimentazione meccanica – E’ indiscutibilmente la migliore, ecco il funzionamento delle varie soluzioni meccaniche.
Turbocompressore – Comunemente detto turbo, usa due turbine tra loro collegate: una è posta all’entrata dei cilindri e l’ altra all’ uscita. I gas di scarico dei cilindri fanno girare la turbina in uscita, questa fa girare la turbina in entrata che aspira e comprime l’ aria mettendo così più ossigeno nei cilindri.
Tra cilindri e turbine ci sono le valvole “pop-of” (in entrata) e “wastegate” (in uscita) che servono a regolare e sfogare la pressione dei gas in eccesso. Quando non si sta accelerando, la pop-of butta fuori l’ aria compressa diretta verso i cilindri che non solo non serve (non si sta accelerando…), ma non avendo in quel momento un adeguato sfogo, provocherebbe danni seri. La wastegate invece, sfoga la pressione in eccesso in uscita evitando che la rotazione delle turbine diventi un circolo vizioso: più gira la turbina in uscita più gira quella in entrata e più gira quella in entrata più aumenta la potenza e la velocità del pistone che così butta fuori più velocemente i gas che fanno girare ancora più velocemente la turbina in uscita che a sua volta fa girare ancora più velocemente la turbina in entrata che a sua volta…
La wastegate è quella che dice: ok, adesso basta. Vi fermo qui o esplode tutto!
Ecco un video che spiega questa soluzione.

Vantaggi – Grande aumento di potenza.
Svantaggi – Risposta lenta all’ acceleratore: le turbine prima di cominciare a riprendere, e girare forte, devono aspettare i gas di scarico e vincere una certa inerzia. Per ovviare a questo problema si potrebbero usare delle turbine più piccole, reagirebbero più velocemente perchè più leggere, ma essendo piccole, metterebbero poco ossigeno nei pistoni dando così un più limitato aumento di potenza…Ecco allora due soluzioni solitamente scelte: usare due turbine o usarne una a geometria variabile.
Le due turbine possono essere: una piccola per riprendere subito ed una grande (che subentra dopo) per continuare la progressione; oppure possono essere due piccole, che essendo piccole, riprendono subito perchè leggere, ma essendo due riescono a fornire una buona portata d’ aria nei cilindri.
L’ altra soluzione, più semplice e forse migliore, è quella con la turbina a geometria variabile: delle alette mobili regolano la pressione dei gas
sulla turbina in uscita, in questo modo si ottiene una pressione capace di vincere subito l’ inerzia mandando così velocemente la turbina ad alte rotazioni.

Ecco un video con una soluzione a due turbine…

un video col funzionamento della turbina a geometria variabile…

ed un video con due turbine e la geometria variabile!

Compressore centrifugo – Ha la turbina solo in entrata. Il suo movimento infatti, non viene dato dai gas di scarico, ma è dato dall’ albero motore al quale la turbina è collegata tramite una cinghia. In alternativa, questa turbina può essere azionata da un motore elettrico.
Vantaggi - Risposta immediata all’ acceleratore.
Svantaggi - La turbina potrebbe girare più velocemente dell’ albero motore continuando la progressione e dando così più potenza ma…ad esso è collegata e al suo limite si deve fermare.

Compressore volumetrico – Funziona come il compressore centrifugo, il movimento cioè è dato dall’ albero motore tramite una cinghia, ma invece delle turbine, usa altri sistemi per mettere più aria possibile nei pistoni.
Nei video i sistemi più comuni.

Comprex – Qui tutto avviene all’ interno di un cilindro percorso da tanti tubi più sottili. Da una parte di questo cilindro entra l’ aria aspirata e dalla parte opposta entrano i gas di scarico, entrambi si dirigono verso il centro dove s’ incontrano e…scontrano. A questo punto, i gas di scarico ributtano violentemente indietro l’ aria riuscendo così a mandarne in gran quantità nella camera di combustione.
Vantaggi – Risposta immediata all’ acceleratore.
Svantaggi – I gas d scarico caldi e sporchi potrebbero mischiarsi con l’ aria che entra nei cilindri (che dovrebbe essere fresca e pulita…).
In questo video ecco com’ è fatto il cilindro del comprex.

Intercooler - Alla sovralimentazione è poi associato l’ intercooler, questo è uno scambiatore di calore (simile ad un radiatore) ed ha il compito di raffreddare la temperatura dell’ aria aspirata. Più l’ aria è fredda più si compatta, e di conseguenza, ne può passare di più aumentando così la portata d’ ossigeno nel motore.

Intercooler

Ed ora tutti in piedi, giù il cappello e mano destra sul cuore: signore e signori, la sovralimentazione della Lancia Delta S4 Gruppo B. Questa è una soluzione particolare (forse solo il genio italiano poteva inventarsela) che fu adottata dalla Lancia nei rally a metà degli anni ’80 coi mostruosi Gruppo B. I Gruppo B erano macchine dal fascino incredibile, veri mostri a 4 ruote da quasi 600 cv con che appassionerebbero ancora oggi anche chi, essendo giovane, non li ha potuti vivere. Molto diverso da oggi…era tutto grandi potenze e tutto solo meccanico, oggi meno potenze e tutto elettronico. Nella Delta S4 il turbo veniva accoppiato ad un compressore volumetrico e questo rendeva la spinta più omogenea (ed i piloti ne avevano bisogno di guidabilità con quelle bestie che avevano in mano…), ai bassi giri spingeva il volumetrico che lasciava poi il compito di continuare la progressione al turbo. Si otteneva così risposta immediata e potenza. Ascoltiamo però i personaggi del video che sono i creatori di questo gioiello. Ascoltare per capire ed apprezzare.

Ho detto che il Gruppo B era bestiale…vedere per credere!

Fabio Trezzi

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