di  -  lunedì 27 settembre 2010

Quest’oggi si conclude la nostra escursione nel mondo della sovralimentazione andando a parlare delle soluzioni “esotiche” di questa pratica.

SOVRALIMENTAZIONE AD ONDE DI PRESSIONE – IL COMPREX

Una soluzione particolare, che ha avuto un certo periodo di interesse da parte dei motoristi, ma che poco impiego ha avuto in pratica è basata su un particolare dispositivo chiamato Comprex, inventato dalla Brown Boveri negli anni Ottanta.

Il principio alla base del Comprex consiste nel volere sfruttare in maniera diretta l’energia residua dei gas di scarico per “forzare” i gas freschi in fase di aspirazione, e la modalità con la quale questa azione viene svolta consiste nell’impiego di un condotto cilindrico all’interno del quale sono ricavati dei condotti lungo tutta la profondità dello stesso e, mediante opportune deviazioni dei condotti di aspirazione e scarico, si rende possibile lo sfruttamento di questo effetto.

Poiché un’immagine è più esplicativa di mille parole, vediamo come è fatto il Comprex e come funziona:

Comprex

Installazione del Comprex e suo funzionamento

Nella prima immagine è visibile la forma della girante che costituisce il Comprex, in particolare sono ben visibili i canali ricavati all’interno del dispositivo stesso, mentre nella seconda immagine si vede l’installazione ed il funzionamento del Comprex all’interno del motore.

Il Comprex ruota solidale all’albero motore, con un rapporto ben definito tra la sua velocità di rotazione e quella del motore stesso, e tale rotazione mette in comunicazione una parte dei settori del Comprex con l’aspirazione e con lo scarico.

I gas freschi entrano come visibile in figura nella sezione più in basso (colorati in blu) e, grazie alla rotazione del Comprex vengono “traslati” verso la sezione del condotto di aspirazione vero e proprio.

Contemporaneamente i gas di scarico seguono un percorso analogo, ritrovandosi durante la loro traslazione ad entrare in contatto nelle stesse sezioni dei condotti del Comprex con i gas freschi.

Poiché tra i due gas vige una forte differenza di pressione, i gas combusti “cedono” una parte della loro energia ai gas freschi prima che entrambi vengano traslati verso le rispettive sezioni di aspirazione e scarico.

In questo modo i gas freschi vengono “spinti” per via di questo fenomeno d’onda che si viene a creare verso l’aspirazione con un considerevole incremento di pressione.

Tale sistema per certi versi risulta essere uno dei più semplici, ma i limiti che lo hanno sempre contraddistinto sono legati alla contaminazione dei gas freschi ad opera dei gas combusti (è inevitabile un minimo di miscelamento) ed al riscaldamento della carica fresca che richiede un sistema di refrigerazione (intercooler) per evitare effetti negativi sul coefficiente di riempimento del motore.

Applicazioni in campo automobilistico sono state piuttosto scarse, e si ricorda l’impiego fugace ad opera della Ferrari 126cx.

IL TURBOCOMPOUND

Tra i metodi particolari di impiego delle turbine nei motori si deve evidenziare la soluzione Turbocompound, la quale consiste nell’installazione di una turbina che recupera energia dai gas combusti e la cede all’albero motore attraverso un collegamento meccanico con esso.

Tale soluzione, utilizzata soprattutto in passato nel settore aeronautico, consente mediante una turbina dotata di geometria apposita (tale da generare un minore effetto di contropressione allo scarico del motore) di ridurre il consumo specifico di carburante a parità di potenza erogata in quanto opera un recupero di energia altrimenti perduta, restituendola all’albero motore.

L’immagine soprastante illustra in maniera molto semplice lo schema di funzionamento di tale soluzione, mentre un esempio di turbocompound applicato in serie ad il turbocompressore è illustrato nella seguente immagine

SOLUZIONI COMPOSITE VOLUMETRICO-TURBOCOMPRESSE

Pur non trattandosi di soluzioni particolarmente innovative in se stesse, in quanto vengono utilizzati dispositivi già impiegati singolarmente, l’idea alla base delle soluzioni composite era quella di sfruttare i benefici di entrambe minimizzandone gli svantaggi proprio in virtù del loro utilizzo combinato.

Come già esposto in un post precedente, il compressore volumetrico presenta il vantaggio della grande prontezza di risposta sin dai bassi regimi in virtù del collegamento diretto tra motore e sovralimentatore.

Soluzioni adottate soprattutto in ambito sportivo prevedevano il bypass del volumetrico superato un certo regime di rotazione del motore, ovvero quando il turbocompressore (di cui abbiamo parlato nel precedente post) si trovava nelle condizioni ottimali di funzionamento.

Tra le varie implementazioni si ricorda con piacere la mitica Lancia Delta S4, la cui breve storia è stata legata all’ormai defunto Gruppo B del Mondiale Rally e purtroppo funestata dalla morte della coppia ToivonenCresto.

Anche per questo lunedì è tutto… rinnovo l’appuntamento alla prossima settimana sempre su AppuntiDigitali, sempre con la rubrica Energia e Futuro.

13 Commenti »

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  • # 1
    sbaffo
     scrive: 

    come scrivevo ieri sera nell’ultimo post al precedente articolo, il volumetrico+compressore è tuttora in uso sulla Golf 1.4 TSI da 160cv, ma molti lo chiamano erroneamente biturbo: sul sito VW sotto ‘innovazioni’ troverai il TSI Twincharger con dei filmati molto belli ed esplicativi, alcuni addirittura interattivi.

  • # 2
    Simone Serra (Autore del post)
     scrive: 

    @ sbaffo

    Ho letto il commento di ieri, per quanto ancora in uso risulta tuttavia piuttosto marginale il suo impiego… anche se credo che soluzioni come quella da te indicata saranno sempre più impiegate nel breve/medio termine

  • # 3
    sidewinder
     scrive: 

    Il turbo compound, mi ha fatto venire in mente i motori del caccia P-38 Lightning che usava appunto 2 Allison con il turbocharger …

  • # 4
    Marco
     scrive: 

    Ma come mai si tocca solo la sovralimentazione meccanica e non si parla di quella dinamica e quella chimica? sono previsti articoli a riguardo? Comunque ottimi questi articoli complimenti davvero all’autore

  • # 5
    sbaffo
     scrive: 

    @simone serra

    sì, infatti è l’unico caso che io sappia, mentre sono molto più diffusi i bi-turbo di cui uno più piccolo per i bassi e uno grosso per gli alti. Mi riferisco soprattutto ai bi-turbodiesel di BMW, Mercedes, Saab e Lancia e forse qualche altro che mi sfugge, forse anche tra i benzina, dove quelli a geometria variabile si usano poco per questione di costi (a quanto ne so).
    In passato invece di biturbo (sequenziali) benzina illustri ce ne sono stati, ma forse sono troppo giovane per ricordarli… :D

  • # 6
    Simone Serra (Autore del post)
     scrive: 

    @ Marco

    Pensavo di mettere un breve cenno alla sovralimentazione chimica, ma un po’ per motivi di tempo, un po’ per motivi di spazio, ho evitato… anche perché da dire in realtà ci sarebbe stato davvero poco.

    Della sovralimentazione dinamica pensavo di parlarne nel post, ma si tratta di una sovralimentazione “atipica” e magari dedicherò un post a parte.

  • # 7
    Alessio Di Domizio
     scrive: 

    @ sbaffo
    Anche la Porsche 959 aveva un motore biturbo sequenziale, col secondo turbo (credo più grande) tenuto in pressione anche prima del suo effettivo ingresso per azzerare qualunque:

    The use of sequential twin turbochargers (two small KKK turbochargers) rather than the more usual identical turbochargers for each of the two cylinder banks allowed a smoother and seamless delivery of power across the engine RPM band, in contrast to the abrupt “on-off” power characteristic that distinguished the 959 engine from Porsche’s other turbocharged engines (930 and also 964 turbo) of the era. Sequential turbo charging was controlled as follows: below 4,000 rpm, as exhaust gas was not enough for driving both turbines efficiently; all the exhaust gas was fed to a single (small) turbo. This made the turbo operating earlier and therewith allowed the engine to build up boost earlier compared to using a conventional turbocharger setup. Between 4,000 and 4,200 rpm, the second turbo started “pre-spinning” (preparing for engaging soon at higher revs). Above 4,200 rpm, the two turbos operated simultaneously to provide full boost up to 0.9 bar (12.8 psi) in the high revs.

    http://www.deutschnine.com/porsche-supercars/history-of-the-porsche-959.php

  • # 8
    joe.vanni
     scrive: 

    Vorrei aggiungere altra carne al fuoco in questo escursus sulla sovraalimentazione.
    La ricerca sta raggiungendo vette impensabili.
    Come il motore “Partially Premixed Combustion” (PPC) che è una via di mezzo tra un diesel e un HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition) che raggiunge RESE TERMODINAMICHE DEL 57% !!
    Superando i limiti di quest’ultimo tra cui applicazioni limitate ai bassi carichi. E mantenendo basse emissioni e bassa rumorosità

    http://www.greencarcongress.com/2010/09/ppc-20100928.html#more

    Credo per ora con applicazioni prevedibili per Camion e SUV

  • # 9
    Simone Serra (Autore del post)
     scrive: 

    @ joe.vanni

    Conosco il PPC… ci ho lavorato un bel po’ proprio in quell’Università e con quelle persone… le conosco personalmente ;-)

    PS a breve anche dall’Italia, se ci riusciamo, potrà uscire qualcosa sul tema PPC (Istituto Motori – CNR Napoli) ;-)

  • # 10
    joe.vanni
     scrive: 

    Beh… visto che il PPC (diesel che va a benzina e consuma molto meno del diesel) è un bel futuro possibile dei motori.

    Anzi: con prototipo funzionante e nome di tutto rispetto: SCANIA

    Con protagonista la ricerca italiana -oltre al nostro Autore- sarebbe bello saperne qualcosa di più…

  • # 11
    Simone Serra (Autore del post)
     scrive: 

    @ joe.vanni

    Il Gasoline-PPC (Gasoline = Benzina in Inglese) è il concetto più promettente per i motori del prossimo futuro… ho avuto l’onore ed il piacere di lavorare per un anno in quel gruppo di ricerca (il cui più grande contributo viene da un giovane ricercatore Italiano, che tra l’altro legge tale rubrica saltuariamente) e di vedere tale concetto prendere forma ed ho assistito in prima persona alle prove relative al 57%… ricordo ancora quella test cell (porzione monocilindrica di uno Scania D12) e quella successiva (un motore intero Scania D13 al quale smontammo il volano insieme)… ho avuto il piacere di lavorare con lui e di imparare molto, oltre che dal Prof. Bengt Johansson (il direttore) e da tutti loro… ora spero di potere spendere quelle competenze qui da noi tra Cagliari e Napoli

  • # 12
    joe.vanni
     scrive: 

    @simone serra

    Curiosità che mi viene.

    Questo promettente motore, il Gasoline-PPC, come è gia stato per il motore diesel, potra essere “miniaturizzato” per un applicazione in utilitarie o come “range extender” in auto ibride?

    Nel primo caso visti i bassissimi consumi renderebbe inutili motori a doppia alimentazione tipo GPL o metano.
    Nel secondo caso sarebbe un bel matrimonio con la trazione elettrica.

  • # 13
    Simone Serra (Autore del post)
     scrive: 

    @ joe.vanni

    Io lavoravo su un 2000cc della Volvo… lo abbiamo un po’ distrutto (per non dire cambiato due volte) per via probabilmente della geometria del pistone (e quindi della camera di combustione in essa integrata) non adatta ad una strategia di iniezione di questo tipo (troppo anticipata rispetto al punto morto superiore) che portava a troppo accumulo di carburante nella zona di squish con conseguente combustione incontrollata di quella parte… ma per il resto la strategia di iniezione individuata permetteva ottimi valori di emissione (il soot quasi non lo rilevava lo strumento)… c’erano molti margini di miglioramento secondo me… si poteva cambiare il pistone e quindi la camera, e provare benzine con numero di ottano inferiore e provare ancora… vediamo cosa riusciremo a fare a breve in Italia…

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