Sovralimentazione con compressore volumetrico
Poco utilizzato in campo automobilistico rispetto al turbocompressore, ha comunque qualche vantaggio rispetto a questo. Vediamo come funziona e che differenze ci sono alla guida di un’auto con motore turbo e di una con compressore volumetrico. Se hai seguito regolarmente il nostro “blog motoristico” avrai notato che abbiamo già parlato diverse volte dei sistemi di sovralimentazione turbo, abbiamo parlato dei diversi tipi di turbocompressori (addirittura del sistema turbo compound), della reattività ai bassi giri delle turbine e dei sistemi di controllo pressione di queste ultime. Abbiamo anche parlato di sistemi di sovralimentazione turbo multi-stadio, di record di potenza specifica e di intercooler spiegando anche le differenze tra quelli aria-aria e quelli aria-acqua.
Oggi parliamo della sovralimentazione con compressore volumetrico, soluzione poco utilizzata su auto stradali e per nulla utilizzata nei mezzi pesanti e nel trasporto su gomma in genere. Partiamo da questo punto, dal motivo per cui non si utilizzano compressori volumetrici sui mezzi pesanti. Il motivo è legato al rendimento di questo sistema.
Come funziona un compressore volumetrico?
Ne esistono di più tipi, quello più diffuso è il compressore a lobi. Si tratta di un sistema meccanico nel quale due assi contengono dei profili che si accoppiano perfettamente ruotando, come fossero due ingranaggi ma privi di denti, questo per ridurre la rumorosità ed aumentare il rendimento. Il compressore volumetrico è chiamato in questo modo proprio perché comprime volumi di aria predefiniti e dipendenti dalla sua geometria e dalla velocità di rotazione.
Il turbocompressore utilizza una turbina mossa dai gas di scarico per fare ruotare molto velocemente un compressore di tipo centrifugo (e non volumetrico). Il primo svantaggio di questo sistema di compressione (volumetrica) è che utilizza la forza meccanica proveniente dall’albero motore. Come ben saprai, l’energia utilizzata per muovere i rotori a lobi che fungono da compressore volumetrico non è gratuita e viene sottratta dalla potenza complessiva del motore termico. Una puleggia fissata all’albero motore muove una puleggia (più piccola) fissata ad uno degli alberi del compressore (tramite cinghia generalmente di tipo poli-V, questo sistema – che appunto sottrae potenza al motore – non è ottimale dal punto di vista del rendimento. Ricordiamo infatti che il turbocompressore funziona recuperando l’energia dei gas di scarico ad alta temperatura che fuoriescono dai collettori, non sottrae (quasi) potenza al motore, se non in piccola parte dovuta alla contropressione sul sistema di scarico che è più elevata nel tratto collettori di scarico e turbina rispetto ad un motore simile aspirato.
Il compressore volumetrico non impatta in alcun modo sulla fluidodinamica del sistema di scarico del motore. Sottrae una parte di potenza motore per poter comprimere nei cilindri aria e poter iniettare quindi maggiore quantità di benzina per ottenere maggiore coppia e potenza massima. Come i motori turbocompressi, anche il compressore volumetrico viene associato ad un sistema di abbattimento della temperatura dell’aria in ingresso ai cilindri; l’intercooler. Come per i motori turbo, anche i motori con compressore volumetrico possono disporre di scambiatore di calore aria aria (raffreddamento dell’aria di alimentazione tramite aria) oppure aria-acqua (raffreddamento dell’aria di alimentazione tramite acqua). Il motivo per cui questo sistema non viene impiegato su mezzi commerciali, macchine movimento terra, gruppi elettrogeni ecc., è appunto il suo rendimento inferiore a quello ottenibile con un motore analogo turbocompresso.
Ma quali sono i vantaggi del compressore volumetrico?
Il compressore a lobi o a ingranaggi non ha nessun ritardo di risposta! Il turbocompressore ha una sua inerzia meccanica, inoltre ai bassi giri i gas di scarico possono essere insufficienti per portare alta velocità di rotazione del compressore centrifugo e quindi per generare sovralimentazione. Il compressore volumetrico è sempre in presa e la sua sovralimentazione è determinata dalla sua conformazione geometrica (volume che può gestire la rotazione dei lobi) e dal rapporto di trasmissione tra l’albero motore e il compressore stesso.
Per agire sulla pressione di sovralimentazione di un motore dotato di compressore volumetrico infatti, si deve intervenire sulla misura delle pulegge che collegano l’albero motore all’albero del compressore. Maggiore è la demoltiplicazione di velocità rispetto al motore termico, minore sarà la pressione di sovralimentazione, maggiore sarà la velocità di rotazione trasmessa al compressore, maggiore sarà la pressione di sovralimentazione. I kit di elaborazione di motori che adottano questo sistema di sovralimentazione sono infatti costituiti da una modifica elettronica (Eprom, rimappatura, centralina aggiuntiva) e da una coppia di pulegge che varia il rapporto di velocità tra il motore ed il compressore, unico sistema per aumentare la pressione dell’aria inviata ai cilindri!
Esempi di auto che utilizzano il compressore volumetrico.
Quelle più conosciute sono le Mercedes, anche per via della scritta Kompressor che compare sul retro delle auto che utilizzano questo sistema di sovralimentazione. Jaguar utilizza su alcuni dei suoi possenti V8 un compressore volumetrico con 2 intercooler aria-acqua, andando più indietro nel tempo possiamo ricordare la VW Corrado G60 che utilizzava (a cavallo degli anni ‘90) un 1800 a benzina con compressore volumetrico e potenza di 160cv). Come detto, questi motori hanno una risposta immediata ai comandi del pedale acceleratore in quanto non hanno ritardi nella generazione di pressione di sovralimentazione. Un motore 2 litri con compressore volumetrico può avere la stessa potenza, la stessa coppia e la stessa risposta di un motore 3 litri aspirato, la differenza principale sta nel tipo di suono che emette il motore per la presenza di questo accessorio che genera una sorta di sibilo meccanico, molto diverso dal “fischio” dei turbocompressori.
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