Compressori per automobili, tutto quello che c’è da sapere

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Per legge ormai esistono limiti sempre più severi sulle emissioni di scarico dei motori, i compressori servono per ottimizzare le prestazioni dei motori endotermici e ultimamente si è affermata la tendenza alla diffusione della sovralimentazione sui motori a ciclo Otto.

Le proposte di compressori di motori

Un tempo c’erano molte proposte relative ai tipi di compressore per i costruttori. Attualmente invece, ci sono opzioni differenti per quanto riguarda le modalità di applicazione dei compressori. Si va dai biturbo in parallelo a quelli in serie, ai sistemi con un compressore volumetrico abbinato a un turbocompressore, fino a soluzioni che prevedono una “assistenza” elettrica. I due tipi principali di compressori che si sono imposti sono:

  1. il turbocompressore
  2. il volumetrico a lobi, quest’ultimo evoluzione del classico Roots.

Vi sono anche raffinati (e costosi) compressori a doppia vite, ma vengono impiegati poco. Esiste anche la possibilità di un compressore centrifugo comandato meccanicamente.

Le differenze fra compressori 

Una prima grande suddivisione fra tipi di compressore, può essere fatta in base al sistema di azionamento, che può essere meccanico, con il compressore collegato al motore da una cinghia, oppure servirsi di una turbina mossa dai gas di scarico. In quest’ultimo caso il collegamento al motore è di natura fluidodinamica e viene ottenuto mediante una tubazione già conformata e predisposta (talvolta integrata nel collettore di scarico). Questa modalità assicura una grande libertà per quanto riguarda il posizionamento. In questo modo è possibile “recuperare” parte dell’energia che il motore non riesce ad utilizzare e che altrimenti andrebbe sprecata.

Tutti i turbocompressori sono formati appunto dall’abbinamento di una turbina centripeta mossa dai gas di scarico e di un compressore centrifugo. Questi due dispositivi sono fissati ai due lati di un carter centrale e le loro componenti giranti sono legate alle due estremità dello stesso alberino. Nella versione originale e più semplice dei compressori Roots (questo è un Volumex a suo tempo impiegato dalla Lancia), all’interno del carter sono alloggiati due rotori rettilinei muniti di due lobi ciascuno, che ruotano senza toccarsi e senza strisciare contro le pareti dell’alloggiamento. Quando il compressore viene azionato meccanicamente, viene sottratta all’albero a gomiti una certa quantità di energia per trascinarlo in rotazione.

Grazie alla sovralimentazione il motore produce una potenza più elevata, ma un certo numero di cavalli serve per comandare il compressore. Se il grado di sovralimentazione del motore è elevato, questo può avere una influenza anche sul consumo specifico. Non si deve però pensare che l’azionamento di un turbocompressore, ottenuto grazie all’energia “contenuta” nei gas di scarico, sia davvero semplice e senza sforzi! La presenza della turbina lungo il percorso dei gas crea infatti una certa contropressione. Aumenta quindi il lavoro passivo che i pistoni devono compiere per espellere dai cilindri i gas combusti.

Sistemi di compressori “turbo-compound”

Le turbine azionate dai gas di scarico possono essere impiegate anche per inviare energia meccanica (“recuperata” dai gas stessi) al motore. È proprio questo che accade quando si adottano i sistemi “turbo-compound”, nei quali avalle del turbocompressore viene piazzata una seconda turbina opportunamente collegata all’albero a gomiti mediante ingranaggi e un giunto idraulico. Di recente, sono entrati in scena i sistemi di sovralimentazione con assistenza elettrica, resi possibili anche dal passaggio ai sistemi con tensioni molto più elevate di quelle consuete. Le proposte vanno dai modelli che prevedono un compressore centrifugo ausiliario (che si aggiunge al turbo “principale”), comandato da un motore elettrico, a modelli nei quali quest’ultimo è incorporato nel turbocompressore stesso.

Compressori centrifughi e volumetrici 

I compressori appartengono a due grandi categorie: quelli centrifughi e quelli volumetrici. Questi ultimi a loro volta possono essere a compressione interna o esterna. Non sono diffusissimi ma sono presenti in alcune applicazioni di notevole interesse, con versioni particolarmente evolute.

La compressione avviene esternamente e il flusso di aria inviato al motore è caratterizzato da sensibili fluttuazioni. Come in tutti i volumetrici, la risposta all’azionamento dell’acceleratore è molto pronta. I compressori volumetrici spostano ad ogni ciclo una quantità fissa di aria. Ciò vuol dire che la loro portata aumenta linearmente con la velocità di rotazione del motore, e che la pressione di sovralimentazione rimane costante a qualunque regime.

I compressori volumetrici più noti e più largamente impiegati sono sicuramente quelli a lobi (tipo Roots). In passato però hanno avuto una buona diffusione anche i compressori a palette; tra di essi meritano di essere ricordati almeno il Wittig, il Cozette, il Centric e lo Zoller, famosi all’inizio del ‘900. In tutti questi modelli, la compressione è graduale e avviene internamente con il sistema a palette.

Tipologie di compressore

Il G-lader è stato utilizzato dalla Volkswagen su alcune versioni di modelli recenti. Questo dispositivo dotato di vani spiraliformi e di una sola parte mobile costituiva la attuazione in chiave moderna di una idea che risaliva addirittura al 1905. Interessanti sono stati anche alcuni compressori del tipo a rotore interno (con lobi) e rotore esterno (con vani), aventi assi di rotazione non coincidenti, come quelli sviluppati dalla KKK e dalla Pierburg nella seconda metà degli anni Ottanta, su modelli esclusivi e non di serie.

Da diversi decenni la panoramica dei compressori volumetrici, è dominata dai Roots, sui quali ha lavorato principalmente la Eaton, realizzando versioni via via più evolute ed efficienti. Rientravano in questa categoria i non dimenticati Volumex utilizzati dalla Lancia all’inizio degli anni Ottanta.

Applicazioni

Per anni è stata la Mercedes, con la serie dei suoi modelli “Kompressor”, a primeggiare con l’applicazione di questi dispositivi. Attualmente, nel panorama dei costruttori, spiccano l’Audi (V6 3000 a benzina) e la Jaguar (motori V6 e V8). Negli USA vari specialisti del tuning propongono Roots sciolti o incorporati in appositi kit di potenziamento. La carrellata sui compressori volumetrici si conclude con quelli a doppia vite, più noti come Lysholm: dispositivi a compressione interna graduale, molto raffinati dal punto di vista tecnico e in grado di fornire eccellenti prestazioni ed elevati rendimenti; hanno però costi di fabbricazione elevati. All’interno del carter sono alloggiati due rotori con lobi che si avvolgono a vite e sono dotati di geometrie unite.

Ultima modifica: 4 novembre 2021