Termini tecnici del motore





Un riassunto di alcuni termini prettamente tecnici spesso commentati sul forum : valvola By-Pass, valvola Pop-Off, valvola Wastegate, l'overboost,intercooler e il principio del funzionamento del turbo.

La valvola By-Pass e la valvola Pop-Off

La valvola di by-pass e' chiamata a salvaguardare l'integrita' della valvola a farfalla (posta sull'aspirazione), delle tubazioni e della girante del compressore quando si rilascia l'acceleratore. Queste valvole vengono montate quando, nella versione di serie o dopo una profonda elaborazione, vengono utilizzate elevate pressioni di esercizio. Queste valvole hanno il compito di aprirsi e dare sfogo al picco di pressione che si viene a creare nel collettore di aspirazione quando si chiude repentinamente il gas. In questa condizione, infatti, le pale del compressore continuano a ruotare velocemente pompando aria nel condotto che pero' risulta temporaneamente chiuso; per non danneggiare la delicata girante si apre dunque una via di fuga che lascia sfogare altrove l'eccesso di pressione (in questa fase inutile visto che siamo in fase di rilascio). La valvola e' dotata di un tubo di depressione che parte a valle della "farfalla" comandata dall'acceleratore e ne provoca l'apertura. Sono possibili due schemi di utilizzo: - nello schema con valvola by-pass (tipico delle vetture di serie) l'aria viene riconvogliata tramite un tubo a valle del filtro dell'aria in maniera silenziosa, si cerca in questo modo di riciclare quest'aria per mantenere comunque elevata la pressione di esercizio e per non far fermare del tutto il compressore anche ad acceleratore chiuso. - nello schema con valvola pop-off (tipico delle vetture preparate) l'aria viene deviata verso l'esterno ed e' questo che produce il famoso sibilo in fase di rilascio dei motori turbo da gara; normalmente queste valvole sono perfettamente calibrate o regolabili, permettendo quindi un maggior controllo senza inutili abbassamenti di pressione.

La valvola Wastegate

Si tratta di un dispositivo che, comandato dalla pressione esistente nel lato aspirazione, produce l'apertura di una valvola prima della turbina e lascia fuoriuscire nello scarico parte dei gas combusti che altrimenti porterebbero la turbina a girare ad una velocita' eccessiva pompando quindi troppa aria ed aumentando cosi' esageratamente la pressione; cio' evita l'autodistruzione del motore.... L'azionamento di questa valvola puo' essere meccanico, pneumatico o elettronico (gestito da una centralina) e normalmente e prevista una certa regolazione della Wastegate in modo da ottimizzarne il funzionamento. Puo' essere collocata a ridosso della chiocciola o piazzata sul collettore di scarico per indirizzare una porzione dei gas combusti direttamente a valle del turbocompressore senza attraversarlo (schema utilizzato nei propulsori di F1).

L'overboost

Oltre alle due valvole precedentemente descritte c'e' un terzo dispositivo che controlla la pressione di sovralimentazione: l'overboost, che puo' essere realizzato a comando meccanico o elettronico. Attraverso il suo operato si puo' ingannare la wastegate per un determinato lasso di tempo, dando la possibilita' di ottenere dei picchi di potenza. In pratica si ritarda l'intervento della valvola lasciando salire la pressione di qualche punto (picco di overboost) e mantenendola per un tempo prestabilito, dopodiche' la wastegate torna a svolgere il proprio compito facendo tornare la pressione di sovralimentazione al valore di taratura.

L'intercooler

Svolge la funzione di raffreddare l'aria di alimentazione del motore, infatti piu' aumenta la temperatura dell'aria piu' essa si espande e diventa meno densa e quindi a parita' di pressione pompiamo meno aria nel motore; il rendimento dello stesso cala ed aumenta immediatamente quello che e' il maggior pericolo di un motore turbo: l'autoaccensione. L'intercooler e' un radiatore dell'aria che ha il compito di limitare la temperatura in aspirazione ad un massimo di 50-60 gradi (la temperatura ideale si aggira sui 20-30 gradi). Per svolgere bene il suo compito l'intercooler ha bisogno di un grande flusso d'aria che lo attraversi e pertanto sia davanti che dietro nulla deve impedire il libero fluire dell'aria ed e' anche chiaro che maggiori saranno le dimensioni della superficie dissipante maggiore sara' la potenza a parita' di pressione. Per sottolineare l'importanza della densita' dell'aria aspirata basti pensare a quando si va in montagna: salendo di altitudine la densita' dell'aria aumenta e solitamente viene indicata (per i motori turbo) una perdita di potenza del 1,5% ogni 100 metri di altitudine in piu' e quindi a 1000 metri avrete gia' perso il 15 % di potenza !

Il principio di funzionamento TURBO

Il turbocompressore non e' altro che un compressore centrifugo, trascinato per mezzo di un alberino da una turbina centripeta che è mossa a sua volta dal flusso dei gas di scarico che la investono; le due giranti sono simili, soltanto che hanno i flussi di entrata ed uscita invertiti. Una delle cose piu' difficili da comprendere è che piu' veloce gira la turbina e meno fatica essa fa a pompare ulteriormente l'aria: la portata d'aria lavorata cresce con il quadrato della velocita' di rotazione, succede cosi' che mentre una turbina a 80.000 giri al minuto pompa circa 0,4 metri cubi d'aria al secondo, a 160.000 non ne pompa il doppio ma bensi' 4 volte tanto e nello stesso tempo la sovrapressione cresce in modo vertiginoso, passando da 0,2 bar a 1,6 bar con un incremento quindi di ben otto volte ! Cio' determina le sue due caratteristiche principali: una lentezza di risposta iniziale (il famoso turbo lag) seguita poi da una eccezionale escalation di potenza . Infatti quando ai regimi di rotazione inferiori la spinta dei gas di scarico non e' sufficiente a far girare velocemente le pale della turbina, la pressione di alimentazione del motore non supera quella atmosferica; dopodiche' , insistendo con la richiesta di potenza, il flusso e la temperatura dei gas prodotti dalla combustione aumentano ed appena questi sono sufficienti a fornire una sovrapressione s'innesca una reazione a catena che porta ad una vera e propria esplosione di potenza che puo' essere fermata solo da due evenienze, la distruzione del motore o l'apertura della valvola wastegate (in verita' vi e' una terza possibilita': alzare il piede dall'acceleratore, ma questa non la prendo neanche in considerazione !). Un motore turbo si adegua al carico che subisce il motore ed e' facilmente verificabile: partendo da fermi, accelerate fino a raggiungere nella marcia piu' alta una velocita' che sia quella di crociera del veicolo; tenendo sotto controllo il manometro della pressione vedrete che essa aumentera' ad ogni cambio di marcia fino al massimo, ma, stabilizzandosi la velocita' (a parita' di pressione sull'acceleratore) essa tendera' a diminuire. Per la stessa ragione e' impossibile arrivare alla massima pressione accelerando il motore in folle. Questo fatto e' quello che favorisce in modo notevole l'utilizzo di un motore turbo in una gara in salita: non tenendo conto della variazione di potenza a seconda dell'altezza, maggiore e' il carico che deve vincere il motore per spingere la macchina e maggiore automaticamente diventa la pressione di sovralimentazione.

Il turbocompressore centrifugo meccanico

Si tratta di un tipo particolare di turbocompressore dove al posto della girante mossa dai gas di scarico si ha invece una puleggia, collegata mediante una cinghia all'albero motore (praticamente un mezzo turbo). Gli unici modelli sono il Paxton ed il Mach, entrambi americani. Dato che le velocita' di rotazione sono piu' basse la dimensione della girante deve essere maggiore rispetto ad un turbo soffiato e la sua portata dipende esattamente dal numero dei giri del motore e pertanto ai medio-bassi regimi non si ha pressione. Il suo uso e' limitato normalmente a motori molto grossi che pertanto hanno gia' elevata coppia ai bassi regimi.

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