Opzioni di sovralimentazione semimeccanica – Compressore Comprex
Negli articoli precedenti, abbiamo discusso dettagliatamente della sovralimentazione e turbocompressore, che hanno rivoluzionato l’industria automobilistica. Tuttavia, esistono diversi tipi di boost meccanico. In questo articolo, ne presenteremo uno leggermente diverso dagli altri.
Spinta meccanica
Prima di iniziare la nostra revisione dei vari tipi di potenziamento, esaminiamo le proprietà di base del gruppo discusso qui.
Le prestazioni dei motori aspirati dipendono principalmente in gran parte dalla quantità di aria aspirata nel cilindro durante un ciclo di lavoro specifico. Questo è importante perché la quantità di carburante erogata deve essere in una certa proporzione rispetto alla quantità di aria.
Dopo il movimento verso il pistone, nella camera di combustione si crea un vuoto che aspira la miscela all’interno. In passato, l’unico modo per aumentare la potenza del motore era aumentare la cilindrata.
Tuttavia, sono stati trovati diversi metodi per aumentare il vuoto creato dal pistone, vale a dire il (turbo) compressore.
I tipi di spinta differiscono per quanto riguarda la fonte del vuoto. Di conseguenza, distinguiamo tra compressori meccanici, dove parte della potenza del motore viene utilizzata per generare pressione, e turbocompressori, che generano spinta utilizzando la quantità di moto dei gas di scarico.
I compressori meccanici ottengono l’energia necessaria per creare la pressione direttamente dall’albero motore del motore, solitamente tramite un cambio. Esistono versioni in cui la velocità di ricarica può essere regolata o addirittura completamente disattivata mentre il motore è in funzione.
Come accennato in precedenza, la potenza proviene dall’albero motore, il che significa che la potenza di ricarica viene prelevata dal motore stesso.
Il vantaggio è che il motocompressore può sempre fornire potenza aggiuntiva.
Anche il compressore Comprex appartiene al primo gruppo, anche se questo potrebbe essere messo in discussione, poiché il suo funzionamento differisce in modo significativo dal carico meccanico tradizionale.
Descrizione del compressore Comprex
È anche comunemente chiamato compressore a onde di pressione e questo nome la dice lunga su come funziona questo dispositivo. A proposito, il nome Comprex deriva dalle parole “compressione” ed “espansione”.
Comprex utilizza l’effetto della dinamica dei gas per ridurre la quantità di aria compressa al minimo volume possibile.
È discutibile se il Comprex sia un compressore meccanico in quanto non è chiaro da dove prenda l’energia di cui ha bisogno per funzionare. Questa energia è in parte fornita dal motore dall’albero principale, che fa ruotare il meccanismo del caricatore. Allo stesso tempo, va notato che questo copre solo una parte del fabbisogno energetico del compressore. Il resto è fornito dalla ruota motrice, che ruota in base alla velocità del motore, a cui contribuiscono i gas di scarico. Tuttavia, il compressore Comprex è in grado di generare il giusto rapporto di pressione anche a bassa e media velocità, senza sottrarre energia al motore.
Principio di funzionamento
L’anima dell’intero meccanismo è la suddetta ruota motrice, che è un rotore cilindrico e complicato. È azionato dall’albero motore del motore.
Questo rotore è collegato da quattro diversi canali, due ingressi e due uscite. Uno degli ingressi alimenta i gas di scarico ad alta pressione, che fa ruotare la girante. Nel frattempo, l’aria fresca proveniente dall’ambiente esterno entra attraverso il secondo ingresso e riempie lo spazio disponibile. Mentre la ruota motrice continua a girare sotto l’influenza dei gas di scarico, l’aria fresca dall’altra parte della ruota inizia ad essere spinta verso la valvola su una delle uscite, dove il rapporto di compressione aumenta.
Le singole fasi di funzionamento del compressore Comprex:
- L’aria fresca fluisce verso la ruota motrice
- Il gas di scarico fluisce verso la ruota motrice
- L’aria fresca compressa fluisce nel condotto di aspirazione
- I gas di scarico che perdono energia fluiscono nel sistema di scarico
Quando la valvola di aspirazione si apre, fa entrare l’aria di sovralimentazione precompressa, mentre i gas di scarico, cedendo parte della loro energia, escono dal sistema di scarico.
La maggiore complessità del Comprex è che sebbene i condotti dell’aria fresca e di scarico siano separati, la struttura della ruota motrice cilindrica è al centro, ruota ed è comunque necessario evitare che lo scarico e l’aria fresca si mescolino in quanto ciò provoca un notevole calo di efficienza.
Per evitare ciò, la parete della camera è progettata per sigillare le due miscele di gas all’interno del cilindro.
Vantaggi e svantaggi
Il compressore Comprex era unico per il suo tempo perché era in grado di fornire la corretta pressione di sovralimentazione anche a basse e medie velocità, quindi nessuno prevedeva che la sua popolarità sarebbe diminuita.
Nonostante i suoi vantaggi, questo compressore presenta degli svantaggi. Uno di questi è la complessità della struttura, che rende il suo sviluppo complicato e costoso. L’efficienza del boost è fortemente influenzata dalla geometria opportunamente selezionata, dal materiale degli elementi e dal numero di canali. Maggiore è il numero di canali, maggiore è la perdita di pressione nel sistema, che dovrebbe essere evitata.
Interessante anche la scelta del materiale perché la ruota motrice deve resistere a continue onde d’urto, forze centrifughe significative, sollecitazioni e dilatazioni termiche generate dai cicli di temperatura.
Questo compressore è stato utilizzato nei motori diesel, ad esempio Opel e Mazda hanno utilizzato il compressore Comprex fino agli anni ’80.
Man mano che la tecnologia dei motori è diventata sempre più precisa, è diventato sempre più ovvio che è troppo costoso mantenere una caduta di pressione del compressore Comprex a un livello soddisfacente e quindi non redditizio.
Fonte:
- https://www.empa.ch/web/s604/comprex-charger
- https://en.wikipedia.org/wiki/Pressure_wave_supercharger
- https://en.wikipedia.org/wiki/Pressure_wave_supercharger#/media/File:Pressure_wave_supercharger.svg
- https://en.wikipedia.org/wiki/Pressure_wave_supercharger#/media/File:US4563997_Fig1_Pressure_wave_supercharger.png
- https://encyclopedia.pub/entry/21897
