Sovralimentazione
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Si definisce sovralimentazione di un motore a scoppio l'introduzione forzata di miscela combustibile nei cilindri rispetto a quella che sarebbe possibile con la normale aspirazione, per garantire al motore maggiore potenza e coppia. Si può sovralimentare un motore in maniera meccanica o chimica.
[modifica] Sovralimentazione meccanica
Per sovralimentazione meccanica s'intende la compressione dell'aria all'interno del collettore d'aspirazione e generalmente può essere ottenuta con due diversi sistemi: con il turbocompressore (spesso indicato solo con turbo) o con il compressore volumetrico, o più raramente con entrambi i metodi. Altri sistemi usati possono essere il compressore centrifugo ed il Comprex.
Il turbocompressore rappresenta senza dubbio il sistema più diffuso. Esso è composto da una turbina che viene messa in rotazione dai gas di scarico e da una chiocciola calettata collegata a tale girante mediante un piccolo albero generalmente in lega di magnesio. La chiocciola, ruotando, comprime l'aria e la immette quindi nel collettore d'aspirazione, arricchendo la miscela e assicurando una maggiore potenza.
Tuttavia proprio in virtù di tale potenza anche i gas di scarico sono costretti a uscire più velocemente, così anche il turbocompressore ruoterà più rapidamente conferendo una sempre maggiore potenza al propulsore. La girante normalmente supera i 100.000 giri/min.
Per non incorrere nel cosiddetto fenomeno della "detonazione" o addirittura nella rottura del motore stesso non si può superare un determinato rapporto di compressione all'interno dei cilindri. Per questo motivo è presente una valvola, detta di wastegate , per eliminare i gas in eccesso.
Una ulteriore valvola chiamata "pop-off" (situata fra il turbocompressore e la valvola a farfalla) provvede ad aprirsi totalmente in fase di rilascio del gas quando, pur essendo la farfalla totalmente chiusa, la turbina continua a ruotare per effetto dell'inerzia comprimendo l'aria che tuttavia non viene immessa nei cilindri ed evitando il cosiddetto "colpo d'ariete". Questa valvola può essere di 2 tipi:
-A sfiato interno (detta anche a ricircolo o a By-pass) e in questo caso l'aria in eccesso viene convogliata a monte della turbina, tramite un tubicino situato nella valvola stessa, che riesegue tutto il ciclo;
-A sfiato esterno (o sfiato libero) e in questo caso l'aria in eccesso viene semplicemente espulsa da un apposito ugello situato nella valvola, creando il tipico sbuffo. Il turbocompressore funziona particolarmente bene agli alti regimi di rotazione mentre fino ai 2000-3000 RPM rappresenta solo uno svantaggio per via dell'inerzia della girante che rallenta i gas di scarico. Nei motori ad alte prestazioni c'è quindi la tendenza a installare più turbocompressori di ridotte dimensioni anziché uno solo. Inoltre recentemente è stato sviluppato un sistema molto avanzato detto a geometria variabile montato principalmente su motori diesel di ultima generazione.
Il compressore volumetrico comprime l'aria prima di immetterla nei cilindri mediante un compressore a lobi che anziché essere mosso dai gas di scarico viene fatto girare dal motore mediante una cinghia. Questo assicura un maggior rendimento ai bassi e medi regimi di rotazione. È un sistema poco diffuso in Europa (patria del turbo), molto invece sui grossi V8 U.S.A.
Il compressore centrifugo invece utilizza una chiocciola di aspirazione molto simile a quella del turbocompressore, la differenza principale però è che la girante non è messa in funzione dai gas di scarico ma da una puleggia calettata sull'alberino della girante e collegata tramite cinghia a una delle pulegge che ruotano insieme al motore, come se fosse una puleggia della distribuzione. Il vantaggio in termini di potenza di quest'ultima soluzione è molto ridotto rispetto al turbocompressore, la principale causa sta nel fatto che ruotando vincolata al motore (al contrario della girante del turbo che ruota liberamente) il numero di giri raggiungibile fa sì che non si possa arrivare ad elevate pressioni; tuttavia la estrema semplicità di installazione di questo tipo di sovralimentazione fa sì che vengano abbattuti tutti i problemi (e i conseguentemente i costi) relativi all'installazione del turbo e la rende un'ottima alternativa qualora l'incremento di cavalli si voglia contenere entro l' 80-100% della potenza iniziale ( questo nel caso di giranti molto grosse ). Una soluzione molto più rara sta nell'utilizzare un compressore centrifugo con la girante mossa da un motorino elettrico.
[modifica] Sovralimentazione chimica
La sovralimentazione chimica è un'altro sistema per aumentare l'ossigeno nei cilindri rispetto a quello che sarebbe normalmente presente con la sola aspirazione e consiste nel sostituire l'aria con un fluido più ossigenato. L'atmosfera contiene infatti solo circa il 20% di ossigeno. Il composto più utilizzato al giorno d'oggi è il protossido d'azoto (N2O) che contiene circa il 36% di ossigeno in peso. Esso viene immesso nel collettore d'aspirazione attraverso particolari ugelli e reagisce non appena viene a contatto con zone ad alta temperatura, liberando ossigeno puro. L'incremento di potenza e coppia è notevole, con un guadagno fino al 50-60% di CV disponibili. Questo è un sistema molto poco usato, per problemi legali, costi, problemi di affidabilità e perché provoca una rapida usura del motore. Inoltre le bombole di protossido d'azoto consentono solo pochi secondi di effettiva sovralimentazione, limitandone il sistema a gare di accelerazione o manifestazioni. Il sistema di inezione al protossido d'azoto è forse più noto con l'acronimo NOS dal nome dell'azienda che per prima nel 1978 ne ha prodotto un sistema per veicoli. I primi impieghi comunque risalgono al secondo conflitto mondiale sui caccia quando serviva potenza extra in fase di decollo o attraverso zone d'aria rarefatte.
