Pedeorelha | Come funzionano i Supercharger

Vova Krasen
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Foto per gentile concessione di Superchargers Online
Ford Ranger con un compressore sotto il cofano. immagini del motore di automobile.

-Dall'invenzione del motore a combustione interna, ingegneri automobilistici, drogati di velocità e progettisti di auto da corsa hanno cercato modi per aumentare la sua potenza. -Un modo per aumentare la potenza è costruire un motore più grande. Ma i motori più grandi, che pesano di più e costano di più per la costruzione e la manutenzione, non sono sempre migliori.

Grazie
Grazie a Jeff Beckman per la sua assistenza con questo articolo.

Un altro modo per aumentare la potenza è rendere più efficiente un motore di dimensioni normali. Puoi farlo forzando più aria nella camera di combustione. Più aria significa più carburante può essere aggiunto e più carburante significa un'esplosione più grande e una maggiore potenza. Aggiungendo un file compressore è un ottimo modo per ottenere l'induzione d'aria forzata. In questo articolo spiegheremo cosa sono i compressori, come funzionano e come si confrontano con i turbocompressori.

Un compressore è qualsiasi dispositivo che pressurizza la presa d'aria al di sopra della pressione atmosferica. Sia i compressori che i turbocompressori lo fanno. In effetti, il termine "turbocompressore" è una versione abbreviata di "turbocompressore", il suo nome ufficiale.

La differenza tra i due d-dispositivi è la loro fonte di energia. I turbocompressori sono alimentati dal flusso di massa dei gas di scarico che azionano una turbina. I compressori sono azionati meccanicamente dalla trasmissione a cinghia oa catena dall'albero motore del motore.

Nella prossima sezione vedremo come un compressore fa il suo lavoro.

Un motore di base con l'aggiunta di un compressore.

Un normale motore a quattro tempi dedica una corsa al processo di aspirazione dell'aria. Ci sono tre passaggi in questo processo:

Il pistone si abbassa.
Questo crea un vuoto.
L'aria a pressione atmosferica viene aspirata nella camera di combustione.

Una volta che l'aria viene aspirata nel motore, deve essere combinata con il carburante per formare la carica, un pacchetto di energia potenziale che può essere trasformato in energia cinetica utile attraverso una reazione chimica nota come combustione. La candela avvia questa reazione chimica accendendo la carica. Quando il carburante subisce l'ossidazione, viene rilasciata una grande quantità di energia. La forza di questa esplosione, concentrata sopra la testata, spinge il pistone verso il basso e crea un movimento alternativo che viene infine trasferito alle ruote.

Ottenere più carburante nella carica renderebbe un'esplosione più potente. Ma non puoi semplicemente pompare più carburante nel motore perché è necessaria una quantità esatta di ossigeno per bruciare una determinata quantità di carburante. Questa miscela chimicamente corretta - 14 parti di aria per una parte di carburante - è essenziale affinché un motore funzioni in modo efficiente. In conclusione: per inserire più carburante, devi inserire più aria.

Questo è il lavoro del compressore. I compressori aumentano l'aspirazione comprimendo l'aria al di sopra della pressione atmosferica, senza creare il vuoto. Questo forza più aria nel motore, fornendo una "spinta". Con l'aria aggiuntiva nella spinta, è possibile aggiungere più carburante alla carica e aumentare la potenza del motore. La sovralimentazione aggiunge in media il 46% in più di potenza e il 31% in più di coppia. In situazioni ad alta quota, dove le prestazioni del motore si deteriorano perché l'aria ha bassa densità e pressione, un compressore fornisce aria ad alta pressione al motore in modo che possa funzionare in modo ottimale.

A differenza dei turbocompressori, che utilizzano i gas di scarico creati dalla combustione per alimentare il compressore, i compressori traggono la loro potenza direttamente dall'albero motore. La maggior parte è azionata da una cinghia accessoria, che avvolge una puleggia collegata a un ingranaggio di trasmissione. L'ingranaggio conduttore, a sua volta, ruota l'ingranaggio del compressore. Il rotore del compressore può essere disponibile in vari modelli, ma il suo compito è aspirare l'aria, spremere l'aria in uno spazio più piccolo e scaricarla nel collettore di aspirazione.

Foto per gentile concessione di Muscle Mustang
Compressore centrifugo ProCharger D1SC

Per pressurizzare l'aria, un compressore deve girare rapidamente, più rapidamente del motore stesso. Rendendo l'ingranaggio di trasmissione più grande dell'ingranaggio del compressore, il compressore gira più velocemente. I sovralimentatori possono girare a velocità comprese tra 50.000 e 65.000 giri al minuto (RPM).

Un compressore che gira a 50.000 giri / min si traduce in un aumento di circa 6-9 libbre per pollice quadrato (psi). Sono da sei a nove psi in più rispetto alla pressione atmosferica a una particolare altitudine. La pressione atmosferica a livello del mare è di 14,7 psi, quindi una tipica spinta di un compressore immette circa il 50% in più di aria nel motore.

Man mano che l'aria viene compressa, diventa più calda, il che significa che perde la sua densità e non può espandersi così tanto durante l'esplosione. Ciò significa che non può creare tanta potenza quando viene acceso dalla candela. Affinché un compressore funzioni alla massima efficienza, l'aria compressa in uscita dall'unità di scarico deve essere raffreddata prima che entri nel collettore di aspirazione. L'intercooler è responsabile di questo processo di raffreddamento. Gli intercooler sono disponibili in due modelli di base: intercooler aria-aria e intercooler aria-acqua. Entrambi funzionano esattamente come un radiatore, con aria o acqua più fresca inviata attraverso un sistema di tubi o tubi. Quando l'aria calda che esce dal compressore incontra i tubi del radiatore, si raffredda. La riduzione della temperatura dell'aria aumenta la densità dell'aria, il che rende la carica più densa che entra nella camera di combustione.

Successivamente, esamineremo i diversi tipi di compressori.

Foto per gentile concessione di Shopper
Il compressore Eaton, un compressore Roots modificato.

Esistono tre tipi di compressori: Roots, bivite e centrifughi. La differenza principale è il modo in cui spostano l'aria al collettore di aspirazione del motore. I compressori Roots e bivite utilizzano diversi tipi di lobi di ingranamento e un compressore centrifugo utilizza una girante, che aspira l'aria. Sebbene tutti questi modelli forniscano una spinta, differiscono notevolmente nella loro efficienza. Ogni tipo di compressore è disponibile in diverse dimensioni, a seconda che tu voglia solo dare una spinta alla tua auto o competere in una gara.

Il compressore Roots è il modello più antico. Philander e Francis Roots brevettarono il progetto nel 1860 come una macchina che avrebbe aiutato a ventilare i pozzi minerari. Nel 1900, Gottleib Daimler incluse un compressore Roots nel motore di un'auto.

Compressore di radici

Quando i lobi di maglia ruotano, l'aria intrappolata nelle tasche tra i lobi viene trasportata tra il lato di riempimento e il lato di scarico. Grandi quantità di aria entrano nel collettore di aspirazione e "si accumulano" per creare una pressione positiva. Per questo motivo, i compressori Roots non sono altro che soffiatori d'aria, e il termine "soffiatore" è ancora spesso usato per descrivere tutti i compressori.

Foto per gentile concessione di Sport Truck
Un pick-up Ford degli anni '40 con un compressore Roots.

I compressori Roots sono generalmente grandi e si trovano sulla parte superiore del motore. Sono popolari nelle muscle car e negli hot rod perché sporgono dal cofano dell'auto. Tuttavia, sono i compressori meno efficienti per due motivi: aggiungono più peso al veicolo e muovono l'aria a raffiche discrete invece che in un flusso regolare e continuo.

Foto per gentile concessione di Superchargers Online
Compressore a doppia vite

Un compressore a doppia vite funziona tirando l'aria attraverso una coppia di lobi a maglia che assomigliano a una serie di ingranaggi a vite senza fine. Come il compressore Roots, l'aria all'interno di un compressore a doppia vite è intrappolata nelle tasche create dai lobi del rotore. Ma un compressore a doppia vite comprime l'aria all'interno dell'alloggiamento del rotore. Questo perché i rotori hanno un cono conico, il che significa che le sacche d'aria diminuiscono di dimensioni quando l'aria si sposta dal lato di riempimento a quello di scarico. Man mano che le sacche d'aria si restringono, l'aria viene compressa in uno spazio più piccolo.

Compressore a doppia vite

Ciò rende i compressori bivite più efficienti, ma costano di più perché i rotori a vite richiedono una maggiore precisione nel processo di produzione. Alcuni tipi di compressori bivite si trovano sopra il motore come il compressore Roots. Fanno anche molto rumore. L'aria compressa che esce dall'uscita di scarico crea un sibilo o un fischio che deve essere attenuato con tecniche di soppressione del rumore.

Foto per gentile concessione di Muscle Mustang
Compressore centrifugo ProCharger D1SC

Un compressore centrifugo alimenta una girante - un dispositivo simile a un rotore - a velocità molto elevate per aspirare rapidamente l'aria in un piccolo alloggiamento del compressore. Le velocità della girante possono raggiungere da 50.000 a 60.000 giri / min. Quando l'aria viene aspirata dal mozzo della girante, la forza centrifuga la fa irradiare verso l'esterno. L'aria esce dalla girante ad alta velocità, ma a bassa pressione. Un diffusore, una serie di alette fisse che circondano la girante, converte l'aria ad alta velocità e bassa pressione in aria a bassa velocità e ad alta pressione. Le molecole d'aria rallentano quando colpiscono le alette, il che riduce la velocità del flusso d'aria e aumenta la pressione.

Compressore centrifugo

I compressori centrifughi sono i più efficienti e i più comuni di tutti i sistemi di induzione forzata. Sono piccoli, leggeri e si attaccano alla parte anteriore del motore invece che alla parte superiore. Emettono anche un lamento caratteristico quando il motore aumenta di giri, una qualità che potrebbe far girare la testa per strada.

Foto per gentile concessione di Shopper
Sia il Monte Carlo che la Mini-Cooper S sono disponibili con compressori.

Ognuno di questi compressori può essere aggiunto a un veicolo come miglioramento post-vendita. Diverse aziende offrono kit forniti con tutte le parti necessarie per installare un compressore come progetto fai-da-te. Nel mondo delle auto divertenti e dei piloti di carburante, tale personalizzazione è parte integrante dello sport. Diverse case automobilistiche includono anche compressori nei loro modelli di produzione.

Successivamente, impareremo i vantaggi di sovralimentare la tua auto.

Il più grande vantaggio di avere un compressore è la maggiore potenza. Collega un compressore a un'auto o un camion altrimenti normale e si comporterà come un veicolo con un motore più grande e potente.

Ma cosa succede se qualcuno sta cercando di decidere tra un compressore e un turbocompressore? Questa domanda è oggetto di accesi dibattiti tra ingegneri automobilistici e appassionati di auto, ma in generale, i compressori offrono alcuni vantaggi rispetto ai turbocompressori.

I compressori non soffrono di lag, un termine usato per descrivere quanto tempo passa tra il guidatore che preme il pedale dell'acceleratore e la risposta del motore. I turbocompressori soffrono di lag perché occorrono alcuni istanti prima che i gas di scarico raggiungano una velocità sufficiente per azionare la girante / turbina. I compressori non hanno tempi di ritardo perché sono azionati direttamente dall'albero motore. Alcuni compressori sono più efficienti a regimi inferiori, mentre altri sono più efficienti a regimi più elevati. Le radici e i compressori bivite, ad esempio, forniscono più potenza a un regime inferiore. I compressori centrifughi, che diventano più efficienti quando la girante gira più velocemente, forniscono più potenza a regimi più elevati.

L'installazione di un turbocompressore richiede un'ampia modifica del sistema di scarico, ma i compressori possono essere imbullonati sulla parte superiore o laterale del motore. Ciò li rende più economici da installare e più facili da riparare e mantenere.

La configurazione di base per un aeroplano con compressore centrifugo o compressore.

Infine, non è richiesta alcuna procedura di spegnimento speciale con i compressori. Poiché non sono lubrificati dall'olio motore, possono essere spenti normalmente. I turbocompressori devono rimanere al minimo per circa 30 secondi prima dello spegnimento in modo che l'olio lubrificante abbia la possibilità di raffreddarsi. Detto questo, un buon riscaldamento è importante per i compressori, poiché funzionano in modo più efficiente alle normali temperature di esercizio.

I compressori sono aggiunte comuni ai motori a combustione interna degli aeroplani. Ciò ha senso se si considera che gli aeroplani trascorrono la maggior parte del loro tempo ad altitudini elevate, dove è disponibile una quantità significativamente inferiore di ossigeno per la combustione. Con l'introduzione dei compressori, gli aeroplani erano in grado di volare più in alto senza perdere le prestazioni del motore.

I compressori utilizzati con i motori degli aerei funzionano esattamente come quelli che si trovano nelle automobili. Prendono la loro potenza direttamente dal motore e utilizzano un compressore per soffiare aria pressurizzata nella camera di combustione. L'illustrazione sopra mostra la configurazione di base per un aereo sovralimentato.

Successivamente impareremo alcuni svantaggi dei compressori.

Il meglio di entrambi i mondi
La Volkswagen ha recentemente rilasciato un motore "Twincharger" su una Golf GT. Il Twincharger è dotato sia di un compressore che di un turbocompressore. A bassi regimi del motore, il compressore soffia aria nei cilindri per aumentare la coppia ai bassi regimi. A regimi elevati, quando i gas di scarico sono stati prodotti in quantità sufficiente, il turbocompressore interviene per aumentare le prestazioni di fascia alta. La GT, disponibile solo in Europa, raggiunge i 100 km orari in 7,9 secondi. Può anche raggiungere 136 miglia all'ora pur continuando a fornire 39 miglia per gallone.

Il più grande svantaggio dei compressori è anche la loro caratteristica distintiva: poiché l'albero motore li aziona, devono rubare parte della potenza del motore. Un compressore può consumare fino al 20 percento della potenza totale di un motore. Ma poiché un compressore può generare fino al 46 percento di potenza in più, la maggior parte pensa che ne valga la pena.

La sovralimentazione mette a dura prova il motore, che deve essere forte per gestire la spinta extra e le esplosioni più grandi. La maggior parte dei produttori tiene conto di ciò specificando componenti pesanti quando progettano un motore destinato all'uso sovralimentato. Questo rende il veicolo più costoso. I compressori costano anche di più da mantenere e la maggior parte dei produttori suggerisce gas di alta qualità ad alto numero di ottani.

Nonostante i loro svantaggi, i compressori sono ancora il modo più economico per aumentare la potenza. I sovralimentatori possono aumentare la potenza dal 50 al 100 percento, rendendoli perfetti per le corse, il traino di carichi pesanti o semplicemente aggiungendo eccitazione alla tipica esperienza di guida.

Per saperne di più sui compressori e sugli argomenti correlati, controlla i collegamenti nella pagina successiva.