Sovralimentazione:

Generalità

Sovralimentare un motore a scoppio significa immettere nei suoi cilindri, con l'ausilio di un compressore, un quantitativo di miscela per ciclo maggiore di quello che il motore sarebbe capace di aspirare per effetto dei pompaggio dei pistoni. Con l'aumento di carica da bruciare, ottenuto in tal modo, si accresce il lavoro prodotto dal motore grazie all'innalzamento dei valori di pressione media effettiva del suo ciclo di funzionamento. Ciò produce un aumento corrispondente di coppia motrice e potenza sviluppata dal motore. Questo é il sistema migliore per aumentare la potenza specifica, cioè il rapporto Potenza/Cilindrata e migliorare il rapporto Peso/Potenza di un dato motore.

Pressione di sovralimentazione

E' bene distinguere due livelli di sovralimentazione generalmente adottati:
- una "spinta" che raggiunge pressioni di alimentazione che superano la pressione atmosferica di 0,70-1 bar
- una "media-leggera" che raggiunge valori superiori alla pressione atmosferica, compresi fra 0,40-0,55 bar
In questi ultimi anni si é andata affermando fra i costruttori la tendenza a privilegiare la sovralimentazione "medio-leggera" per ottenere miglioramenti di caratteristiche importanti per la "Classe" di un'autovettura. Tali miglioramenti sono conseguiti nel nostro caso, mediante interventi paralleli effettuati sul motore da sovralimentare:
1) riduzione dei rapporto di compressione al valore di 7 : 1
2) riduzione degli angoli di incrocio del diagramma della distribuzione del motore.
La riduzione dei rapporto dì compressione determina la riduzione dei picchi di pressione e delle temperature massime sviluppate durante la combustione entro i limiti tollerati dal motore, consentendo tuttavia di aumentare pressioni e temperature medie effettive dei Ciclo.
In tal modo si ottengono aumenti di potenza, coppia, e carichi meccanici medi, mentre si diminuiscono invece le punte di carico massimo sugli organi dei manovellismo.
Il più basso rapporto di compressione riduce inoltre il pericolo di detonazione.
La riduzione degli incroci valvole permette di spostare le coppie motrici massime verso più bassi regimi motore, e nel contempo di ridurre la quantità di idrocarburi incombusti emessi. Tale fatto sarà benefico per l'inquinamento atmosferico e migliorerà la fluidità di rotazione dei motore al minimo.

TURBOCOMPRESSORE (IHI-RHB 52)

Il turbocompressore impiegato per ottenere la sovralimentazione dei motore è del tipo IHI -RHB 52, esso è costituito essenzialmente da 2 giranti calettate su uno stesso albero. Una girante detta turbina è posta sul collettore di scarico ed è mossa dalla forza cinetica e di pressione posseduta dai gas di scarico che vengono appositamente convogliati su di essa. La rotazione della turbina investita dai gas porrà in movimento alla stessa velocità l'altra girante, detta compressore, posta sul condotto di aspirazione. Il compressore, grazie alla velocità di rotazione e alla forma particolare delle sue palette preleva l'aria esterna e la comprime nel collettore di aspirazione e quindi nel cilindro motore.
Sezione Trasversale del Turbocompressore IHI - RHB 52
La velocità di rotazione dei turbocompressore dipende sia dalla pressione e quantità dei gas di scarico del motore, che dalla forma e dimensioni della turbina. Il turbocompressore raggiunge una velocità massima di 180.000/min e fornisce una pressione massima assoluta di sovralimentazione di 2,8 bar.
Tuttavia non si avrà sovralimentazione (debole) disponibile sino a che il turbocompressore non raggiunga e superi i 60.000/min,
L'asse dei compressore ruota su due supporti antifrizione ben lubrificati dall'olio proveniente dal motore.
A quest'olio è demandato anche il compito di:
- stabilire uno schermo di tenuta fra i gas di scarico, l'aria immessa e le parti interne del turbocompressore;
- trasportare parte della grandissima quantità di calore "ceduto" dai gas di scarico alla turbina.
Inoltre, le temperatura dei gas di scarico che lambiscono la turbina avvicinandosi ai 900°C pongono severi problemi di resistenza dei materiali impiegati, e qualora la miscela dovesse temporaneamente diventare povera, la sopraccitata temperatura supererebbe i 950°C.
Per evitare questo il motore sovralimentato a turbocompressore lavora agli alti regimi con miscele piuttosto "ricche".
Il motore sovralimentato col turbocompressore acquisisce inoltre una particolare silenziosità allo scarico, anche rispetto al motore aspirato, per l'espansione considerevole che i gas combusti subiscono, a causa della turbina, nel silenziatore di scarico. Ciò favorisce l'effetto di smorzamento dell'energia sonora prodotto dalle camere di risonanza dello stesso.

VALVOLA Di REGOLAZIONE (Waste-gate)

Il sistema di sovralimentazione con turbosoffiante a valvola di regolazione permette di impiegare un turbocompressore di piccole dimensioni, in grado però di fornire elevate pressioni di sovralimentazione anche quando i gas di scarico sono ancora quantitativamente scarsi, cioè ai bassi-medi giri dei motore. Questo sistema permette tempi di risposta (= tempo caratteristico che intercorre affinché il motore passi dal funzionamento "aspirato" a quello "sovralimentato") abbastanza brevi.
La regolazione realizzata sul turbocompressore IHI è del tipo a valvola WASTE-GATE.
Quando le condizioni di funzionamento creano una pressione di sovralimentazione superiore a quella ammissibile la molla si schiaccia provocando l'apertura della valvola e solo una parte dei gas di scarico passa attraverso la turbina mentre l'altra parte fuoriesce dalla valvola e giunge direttamente allo scarico.
Detta valvola è ubicata a monte della turbina ed è costituita da una membrana e da una molla che è tarata sul livello massimo di sovralimentazione previsto.

INTERRUTTORE PRESSIONE MASSIMA ARIA

Il motore della Y10 turbo è provvisto anche di un dispositivo di sicurezza denominato interruttore pressione massima aria, posto nel collettore di aspirazione. Esso disinserisce l'alimentazione del circuito accensione motore quando la pressione di alimentazione all'aspirazione superi il valore massimo ammesso (0,86 bar), onde evitare che temperature e pressioni di combustione eccessive danneggino gli organi principali dei motore.

CARBURATORE SOFFIATO

Quando si monta il compressore a monte del carburatore, il tratto compreso fra il compressore e il motore, includente il carburatore e la sua vaschetta, sarà sottoposto alla pressione di sovralimentazione del motore.
Il carburatore perciò è costruito con criteri particolari di tenuta ed adotta un circuito di alimentazione combustibile che include un regolatore di pressione carburante capace di garantire una differenza di pressione costante di 0,2 bar fra la pressione di vaschetta e quella agente sui getti dei carburatore per ogni condizione di funzionamento del motore: "aspirato" o "sovralimentato". In particolare, nella condizione di massima sovralimentazione, la pressione di alimentazione del carburante raggiungerà un valore massimo di 0,73 bar.

REGOLATORE Di PRESSIONE

Il regolatore di pressione è del tipo differenziale a membrana. Il carburante in pressione, proveniente dalla pompa, determina una spinta sull'equipaggio mobile (1 e 2) contrastata dalla molla tarata (3). Al superamento della pressione prestabilita si ha lo spostamento della valvola a piattello (2) ed il conseguente deflusso in serbatoio del carburante eccedente.
1. Equipaggio mobile 2. Valvola a piattello 3. Molla tarata di contrasto

SCAMBIATORE Di CALORE ARIA-ARIA (INTERCOOLER)

Il vantaggio più considerevole di adottare un carburatore soffiato e non aspirato è che ciò consente di impiegare uno scambiatore di calore fra il compressore ed il carburatore allo scopo di raffreddare la carica immessa nei cilindri in modo da aumentare la potenza sviluppata dal motore.

VALVOLA MECCANICA Di BY-PASS

Tra aspirazione e mandata della turbina è interposta una valvola di by-pass il cui compito è di attenuare il rumore tipico del compressore nella fase di rilascio dell'acceleratore.
La depressione che viene a crearsi a valle dei carburatore, agisce sulla membrana della valvola aprendola.
Il sistema di alimentazione a valle della turbina viene così messo in collegamento diretto con il filtro aria, scaricando all'esterno la sovrappressione presente nel circuito.
In questa fase si ha, infatti, un picco di pressione determinato dalla improvvisa diminuzione di portata aria richiesta al sistema. Aprendo nuovamente la farfalla del carburatore in accelerazione, la valvola di by-pass si chiude ripristinando il normale funzionamento dei circuito di alimentazione

1.Tubazione arrivo depressione del Carburatore
2.Tubazione mandata sovrappressione al filtro aria

CIRCUITO DI SOVRALIMENTAZIONE

1.Zoccolo filtro aria termostatizzato - 2.Filtro aria - 3.Valvola meccanica di by-pass - 4.Turbocompressore 5.Carburatore soffiato - 6.Interruttore pressione massima aria - 7.Collettore di aspirazione - 8.Collettore di scarico 9.Tubazione di scarico - 10.Tubazione per alimentazione diretta - 1 l.Scambiatore di calore aria-aria (intercooler) 12.Miscelatore aria-aria

MISCELATORE ARIA - ARIA

Fino alla temperatura aria ingresso di 42°- 46° C l'aria proveniente dal turbocompressore (4) entra nella tubazione (10) per alimentazione diretta per raggiungere il carburatore (5).
A temperature aria leggermente superiori, il termostato (posto all'interno del miscelatore aria-aria) apre la valvola, in modo che parte dell'aria entrante raggiunga lo scambiatore di calore aria-aria (intercooler) attraverso gli alveoli e subisca un abbassamento di temperatura. A temperature superiori ai 55°-59°C la valvola a sportello chiuderà ermeticamente il passaggio diretto, deviando tutta l'aria in arrivo verso il basso, dentro al corpo radiante dello scambiatore dove essa grazie alla grande superficie di raffreddamento costituita dagli alveoli lambiti dall'aria fredda esterna subisce un abbassamento di temperatura.
Ciò causerà un aumento di peso dell'aria immessa nei carburatore con conseguente aumento di potenza del motore.
1.Termostato
2.Valvola a sportello
3.Aria proveniente dalla tubazione per alimentazione diretta
4.Aria proveniente dallo scambiatore di calore aria-aria (intercooler)

SERBATOIO (CONDENSATORE) VAPORI BENZINA

La sua funzione, a motore spento, è quella di raccogliere i vapori benzina provenienti sia dal carburatore che dalla valvola a 2 vie, posta sul serbatoio carburante.
Sul condensatore vapori benzina è posto uno sfiato comunicante con l'atmosfera che serve per evitare il formarsi di un'eventuale depressione all'interno del serbatoio carburante, provocata dal consumo del carburante stesso.

PRINCIPALI PRECAUZIONI DA OSSERVARE PER UN USO CORRETTO DEL MOTORE CON TURBOCOMPRESSORE

-   Non far mai girare il motore privo di filtro aria. Ciò potrebbe danneggiare il turbocompressore, data l'altissima energia che verrebbe ad acquistare il più piccolo corpo estraneo ivi immesso.
-   Non spegnere mai il motore dai medi-alti regimi prima che scenda alla velocità di minimo. Infatti il motore si fermerebbe troppo in anticipo rispetto alla turbina cosicché essa rimarrebbe priva di lubrificazione per un certo tempo danneggiandosi. Inoltre dopo un uso "sportivo" del motore occorre, prima di spegnerlo, lasciarlo girare per qualche minuto al minimo in modo da accelerare il raffreddamento del turbocompressore e del collettore di scarico.
-   Controllare periodicamente il corretto funzionamento del carburatore perché lavorando con miscele magre la temperatura di scarico e cioè del turbo crescerebbe pericolosamente determinandone un possibile grippaggio.

Complessivo turbocompressore IHI-RHB 52

1.Entrata gas di scarico
2.Uscita gas di scarico
3.Mandata aria compressa al motore
4.Attuatore per valvola di regolazione (waste-gate)