La cilindrata e l'efficienza di un motore aspirato limitano la potenza che può produrre. Il motore può inalare così tanta aria perché la forza atmosferica che spinge l'aria nel motore è di sole 14,7 libbre. per pollice quadrato al livello del mare. A peggiorare le cose, la pressione atmosferica diminuisce con l'elevazione. Anche la densità dell'aria diminuisce con la temperatura perché l'aria calda è più sottile dell'aria fredda.
La maggior parte dei motori aspirati di serie raggiunge solo un'efficienza volumetrica di picco dal 75% all'85%.
I motori Chevy, Ford o Chrysler Small Block o Big Block sono generalmente limitati a due valvole per cilindro e fasatura delle valvole fissa, ma se stai lavorando su un motore di un modello recente, più valvole per cilindro e fasatura variabile delle valvole possono aiutare a migliorare l'efficienza respiratoria .
Altri trucchi per migliorare il flusso d'aria e l'efficienza volumetrica in un motore ad aspirazione naturale
• Installazione di un albero a camme con maggiore sollevamento e maggiore durata.
• Modificare le teste di serie o sostituirle con teste ad alte prestazioni aftermarket che hanno valvole più grandi e porte migliori.
• Installazione di un collettore di aspirazione con guide più alte e più lunghe per aiutare a far entrare più aria nei cilindri.
• Installazione di un corpo farfallato o di un carburatore (o più carburatori) più grandi in grado di far fluire più CFM (piedi cubi al minuto).
• Aggiunta di una presa d'aria o di un sistema di aspirazione dell'aria fredda per aiutare a convogliare l'aria più fresca e densa nel motore.
• Miglioramento del lavaggio dei gas di scarico con collettori e tubi incrociati che aiutano a migliorare il flusso d'aria in uscita dai cilindri.
Con tali miglioramenti, è possibile aumentare l'efficienza volumetrica di un motore nell'intervallo del 90% o anche più. Ma ottenere un'efficienza volumetrica del 100% o superiore (soprattutto a regimi più elevati) di solito richiede un qualche tipo di sistema di induzione forzata come un turbocompressore o un compressore.
Induzione forzata
Un sistema di induzione forzata supera i limiti della pressione atmosferica spingendo più aria nei cilindri. Di conseguenza, la potenza del motore diventa una funzione di quanta spinta ottiene. Inoltre, aumentare la pressione di sovralimentazione risolve molte carenze nel sistema di induzione e nelle testate dei cilindri che altrimenti limiterebbero il flusso d'aria e l'efficienza volumetrica del motore.
Dopotutto, è molto più facile spingere l'aria in un motore con un turbo o un compressore piuttosto che aspirarla con il solo vuoto di aspirazione.
Anche con una quantità di boost relativamente moderata, diciamo da 6 a 8 psi, un sistema di induzione forzata può facilmente aumentare la potenza di un tipico motore stradale di 150 o più cavalli.
Aumenta la pressione di sovralimentazione da 14 a 16 psi e di solito puoi raddoppiare la potenza della maggior parte dei motori. Aumenta ancora di più e vai alle gare. La sfida quindi diventa costruire il motore in modo che possa gestire in sicurezza la potenza extra senza rompere qualcosa (di cui parleremo a breve).
Differenze di induzione dell'aria
Un turbocompressore utilizza gas di scarico caldi per far girare una girante di turbina ad alta velocità che è collegata da un albero corto a una girante all'interno dell'alloggiamento del compressore. La girante aspira l'aria nell'alloggiamento del turbo, la comprime e la spinge nel motore per creare pressione di sovralimentazione. Poiché viene compressa, l'aria si riscalda, quindi l'aria in uscita dal turbo viene solitamente convogliata attraverso uno scambiatore di calore aria-aria o aria-acqua chiamato "intercooler".
La pressione di sovralimentazione è controllata da un "cancello di scarico" che si apre per scaricare la pressione una volta raggiunto un certo livello di sovralimentazione.
I kit turbo sono disponibili per molte applicazioni popolari e semplificano notevolmente i problemi di installazione fornendo tutto l'hardware e l'impianto idraulico necessari per adattarsi a un veicolo particolare, inclusi iniettori di carburante a flusso più elevato, una pompa del carburante a flusso più elevato in alcuni casi e uno speciale strumento di sintonizzazione per ricalibrare l'ECM.
La sovralimentazione, in confronto, fornisce in genere una risposta dell'acceleratore più istantanea a seconda del tipo di compressore utilizzato. Un compressore è un ventilatore a cinghia, quindi è un po' meno efficiente di un turbo perché sottrae potenza al motore per azionare il ventilatore. Un turbo ottiene la sua energia motrice gratuitamente dallo scarico, ma crea anche una piccola quantità di contropressione che riduce la potenza che deve essere superata prima che sviluppi spinta e inizi a produrre potenza.
Un compressore "a cilindrata positiva" (chiamato anche soffiatore in stile "Roots") - come quello della Corvette ZR1, delle GT 500 Shelby Mustang, delle Roush Mustang e di molte aste stradali - ha rotori lobati controrotanti che forzano l'aria nel motore. La pressione di sovralimentazione sviluppata dipende dal regime del motore e dal rapporto di underdrive della puleggia sul compressore.
In confronto, un compressore "centrifugo" non ha rotori controrotanti, ma utilizza un design del compressore simile alla girante di un turbocompressore. La spinta aumenta con il numero di giri più simile a un turbo, ma la risposta dell'acceleratore è migliore grazie alla configurazione della trasmissione a cinghia.
I kit del compressore sono disponibili per molti motori stradali popolari e in genere offrono un aumento delle prestazioni da 150 a 200 o più cavalli, che la maggior parte dei blocchi di serie è in grado di gestire. Ma diventano necessarie ulteriori modifiche per mantenere l'affidabilità del motore con livelli di boost più elevati.
Guarimenti del turbo e problemi con il motore
I guasti al turbocompressore sono spesso il risultato di una scarsa lubrificazione o di una rottura dell'olio. L'elevata temperatura nell'alloggiamento dello scarico del turbo trasferisce molto calore ai cuscinetti dell'albero nell'alloggiamento centrale. Se la fornitura di refrigerante o olio all'alloggiamento del turbo è limitata o persa, può causare il guasto del cuscinetto. L'olio sintetico è consigliato per i motori turbo perché può sopportare temperature più elevate meglio dell'olio convenzionale. Anche i regolari cambi dell'olio sono d'obbligo.
Poiché i turbocompressori aumentano la compressione e la potenza, aumentano anche il calore e la pressione all'interno delle camere di combustione del motore. Ciò può rendere la vita difficile alla guarnizione della testata a meno che la guarnizione non sia in grado di gestire la spinta extra.
Molte guarnizioni della testata utilizzate nei motori turbo di fabbrica sono in acciaio multistrato (MLS). Una guarnizione della testata MLS ha in genere da tre a cinque strati di acciaio. Gli strati esterni sono solitamente goffrati e rivestiti con un tipo di gomma sintetica per alte temperature, mentre lo strato centrale può essere piatto e funziona più come uno spessore. Le guarnizioni MLS sono più durevoli della tipica guarnizione della testata in composizione e possono sopportare temperature e pressioni più elevate nelle applicazioni turbo. Le guarnizioni della testata MLS aftermarket sono spesso disponibili come aggiornamento per la sostituzione delle guarnizioni della testata su molti motori ad aspirazione naturale, nonché sui vecchi motori turbo che potrebbero non avere una guarnizione della testata MLS.
Le guarnizioni della testata MLS di primo equipaggiamento di solito richiedono una finitura superficiale estremamente liscia (30 RA o meno) sia sulla testata che sul blocco motore, ma la maggior parte delle guarnizioni MLS aftermarket ha rivestimenti che possono ospitare finiture superficiali due volte più ruvide (60 RA).
Modifiche al motore
Ogni volta che stai personalizzando un motore per un cliente che utilizzerà un tipo di sommatore di potenza, saranno necessari aggiornamenti o modifiche importanti per gestire in sicurezza l'aumento di potenza. Quali mod e quanto dipenderanno dal motore e dall'applicazione. Un motore che sta andando in un'auto da corsa o in qualche altro tipo di macchina da corsa potrebbe non accumulare molte miglia in una stagione, ma le miglia che percorre saranno miglia difficili a tutto gas sotto carico pesante. I motori stradali, invece, trascorrono la maggior parte del loro tempo a funzionare con carichi relativamente leggeri e solo occasionalmente sono chiamati a produrre la massima potenza. Ma dovrebbero durare decine di migliaia di miglia senza grossi problemi. Si può quindi affermare che la durata del motore è altrettanto importante per entrambi i tipi di applicazioni con sommatore di potenza.
Gli aggiornamenti necessari per gestire i moltiplicatori di potenza dipenderanno dal motore e dal livello di potenza per cui il motore è costruito. Per una tipica applicazione stradale, le modifiche ai pistoni, alle bielle e all'albero a gomiti di serie non sono generalmente necessarie a meno che un cliente non voglia raggiungere livelli di potenza folli. La maggior parte dei V8 di serie può gestire in sicurezza da 150 a 200 cavalli in più per strada senza incontrare grossi problemi.
Quando la potenza di un motore supera circa 600 CV con un blocco piccolo o 800 CV con un blocco grande, gli aggiornamenti iniziano a diventare obbligatori con i sommatori di potenza.
