La guerra dei compressori: quale sarà il vincitore?

Compressori e turbocompressori hanno combattuto a lungo per la palma della priorità nel campo dell’aumento della potenza dei motori a combustione interna. Alla fine, I turbocompressori hanno vinto, ma i compressori non sono completamente scomparsi dal mercato, grazie soprattutto agli appassionati di tuning, specialmente negli Stati Uniti.

In questo articolo, ti mostreremo come il compressore funziona in modo diverso rispetto al turbocompressore e perché, dopotutto, lo ha sostituito nel mercato dei motori a combustione interna.

Definizione

Nei motori a combustione interna, il compressore comprime i gas di aspirazione, forzando più aria nel motore per produrre più potenza per una data cilindrata.

Secondo l’attuale categorizzazione, il compressore utilizza la circolazione forzata dell’aria azionata meccanicamente dalla cinghia di trasmissione del motore, in contrapposizione al turbocompressore, che è azionato dall’energia cinetica dei gas di scarico. Fino alla metà del XX secolo, i “turbocompressori” erano chiamati “turbocompressori” ed erano considerati un tipo di compressore.

Panoramica storica

Nel 1849, G. Jones a Birmingham, in Inghilterra, iniziò la produzione di un compressore con pompa per ventilare le miniere di carbone. Nel 1860, la Roots Blower Company (fondata dai fratelli Philander e Francis Marion Roots) negli Stati Uniti brevettò un progetto di soffiante per altiforni e altre applicazioni industriali. Sia questo ventilatore che il compressore di ventilazione menzionati in precedenza utilizzavano un design simile ai successivi compressori Roots.

Nel marzo 1878 l’ingegnere tedesco Heinrich Krigar ottenne il primo brevetto per un compressore a vite. Il progetto prevedeva un rotore con due pale di forma identica, ma il progetto non è mai entrato in produzione.

Sempre nel 1878, l’ingegnere scozzese Dugald Clerk progettò il primo compressore che funzionasse con un motore a gas a due tempi. Nel 1885, Gottlieb Daimler ricevette un brevetto per un compressore per un motore a combustione interna. Louis Renault brevettò un compressore centrifugo in Francia nel 1902.

Tipi di base

A seconda del metodo di flusso del gas, esistono due famiglie principali di compressori: volumetrici e dinamici. I compressori volumetrici forniscono un aumento pressoché costante della pressione di sovralimentazione a tutti i regimi del motore, mentre i compressori dinamici fanno aumentare la pressione di sovralimentazione in modo esponenziale con il numero di giri (oltre una certa soglia). Un’altra famiglia di compressori, sebbene rara, sono i compressori ad onde d’urto.

I soffianti Roots (posizionamento positivo) in genere raggiungono solo il 40-50% di efficienza a livelli di boost elevati, rispetto al 70-85% per le unità di tipo dinamico.

Le soffianti rotative a vite Lysholm sono efficienti quasi quanto i compressori dinamici su una gamma ristretta di carico/velocità/corsa per la quale il sistema deve essere progettato specificamente.

Confronto con il turbocompressore

I motori turbocompressi utilizzano l’energia cinetica degli scarichi che normalmente andrebbe sprecata, a differenza dei compressori che sono azionati direttamente dall’albero motore. Pertanto, i motori con turbocompressore sono più potenti ed efficienti nei consumi rispetto ai motori sovralimentati.

Per molto tempo i compressori sono stati un’alternativa ai turbocompressori a causa del cosiddetto ritardo turbo.

Per molto tempo, l’uso dei turbocompressori è stato fuori discussione dove la reattività era ciò che contava, cioè nelle corse.

La bilancia pende a favore del turbocompressore quando, grazie a varie soluzioni (geometria variabile, servoassistenza elettrica, ecc.), la decelerazione è stata ridotta a una frazione della sua entità originaria.

I principali svantaggi del compressore, come la perdita di potenza utile sull’albero motore, non sono stati risolti fino ad oggi.

Applicazione nell’industria automobilistica

Le prime auto sovralimentate prodotte in serie al mondo furono la Mercedes da 1,6 litri da 6/25 CV e la Mercedes da 2,6 litri da 10/40 CV, entrambe avviate in produzione nel 1923. Furono lanciate come modello “Kompressor”, un termine che continuato ad essere utilizzato fino al 2012.

Le auto da corsa del compressore dell’epoca includono Fiat 805-405 (1923), Miller 122 (1923), Alfa Romeo P2 (1924), Sunbeam Grand Prix (1924), Delage (1925) e Bugatti Type 35C (1926) .

Tra le auto a compressore più famose c’è la Bentley Blower, introdotta nel 1929.

Nel 21° secolo, i motori a compressore nelle automobili di serie stanno diventando sempre più rari poiché i produttori sono passati ai turbocompressori per estrarre più energia dalla stessa quantità di carburante, come abbiamo discusso nel capitolo precedente.

I motori Mercedes-Benz dei primi anni 2000 (come C230K quattro cilindri in linea, C32 AMG V6 e CL55 AMG V8) sono stati sostituiti intorno al 2010 da motori turbocompressi in modelli come C250 e CL S65 AMG. Tuttavia, ci sono eccezioni come il V6 sovralimentato Audi 3.0 TFSI (introdotto nel 2009) e il V8 sovralimentato Jaguar AJ-V8 (aggiornato alla Gen III nel 2009).

Oggi i compressori sono stati ampiamente soppiantati dai turbocompressori nella maggior parte dei paesi.

Doppia spinta

Nei Campionati del mondo di rally 1985 e 1986, Lancia ha schierato la Delta S4, che presentava sia un compressore a cinghia che un turbocompressore a gas di scarico. Il progetto prevedeva un sistema di aspirazione e scarico con un complicato gruppo valvola di bypass e una frizione elettromagnetica, in modo che la spinta potesse essere raggiunta anche a bassi regimi.

La sovralimentazione è stata effettuata da entrambi i sistemi nella gamma media della velocità di rotazione, mentre alla massima velocità di rotazione l’elettronica di controllo ha disconnesso il compressore. Questo per sfruttare i vantaggi di ciascuno dei sistemi boost rimuovendo gli svantaggi. Questo approccio ha complicato la costruzione del veicolo e aumentato il numero dei suoi componenti, ma ha anche deciso la sua vittoria nelle gare WRC.

I motori a doppia sovralimentazione vengono occasionalmente utilizzati anche nelle auto prodotte in serie, come la Volkswagen 1.4L del 2005-2007 e la Volvo B4204T43 / B4204T48 2.0L del 2017.

Fonti:

https://en.wikipedia.org/wiki/Supercharger#/media/File:Supercharger_Animation_by_Tyroola.gif

https://en.wikipedia.org/wiki/Supercharger

https://en.wikipedia.org/wiki/Supercharger#/media/File:2006_Saturn_Ion_Red_Line_engine.jpg

https://en.wikipedia.org/wiki/Lancia_Delta_S4#/media/File:R%C3%A9tromobile_2017_-_Lancia_Delta_S4_-_circa_1986_-_001.jpg