Di Jim Middlebrook
La domanda sorge sempre: perché i produttori di auto (OE) scelgono quasi sempre un compressore di tipo roots? La risposta in una parola è il prezzo. Certo, ci possono essere altre influenze come il requisito del fornitore per lo status di tier-one, o gli estremi sforzi di marketing che nessun produttore centrifugo può eguagliare, a causa delle economie di scala. Ma il prezzo economico per gli OEM è abbastanza convincente da compensare tutte le carenze associate al compressore di tipo roots. Si prega di notare che il tipo roots può essere chiamato un sovralimentatore, ma non un compressore, perché non lo è; è un motore ad aria.
Un equivoco riguarda il percorso del flusso d’aria per questi sovralimentatori Roots: l’aria non scorre attraverso o tra i rotori ma piuttosto intorno, sui lati dell’alloggiamento all’interno dei vuoti dei rotori. Il compressore roots intrappola l’aria in una camera tra il rotore e l’alloggiamento, nel vuoto tra i lobi del rotore, e trasporta quest’aria intrappolata sul lato di uscita, al collettore di aspirazione del motore. In virtù dello spostamento dell’aria nel collettore ad un ritmo superiore a quello con cui il motore la consuma, si crea una pressione. Ogni volta che la camera dell’aria intrappolata si apre verso il collettore, l’aria precedentemente pressurizzata del collettore fluisce all’inverso nella camera finché la pressione non si normalizza, poi la camera viene chiusa ed esaurita quando i rotori si ingranano. Questa “inversione”, più la perdita interna tra ogni rotore e l’alloggiamento, combinata con il tortuoso percorso di flusso che l’aria deve seguire, è il motivo per cui il compressore di tipo roots è il meno efficiente dei tipi disponibili. Inoltre, questa erogazione pulsata provoca un forte e sgradevole stridore alle alte velocità. Mentre il suddetto processo può offrire prestazioni ragionevoli a basse pressioni, diciamo da 5 a 6 psig, il funzionamento a un’atmosfera (14,7 psig) e oltre, mostra chiaramente i limiti del dispositivo. Quando si fa funzionare un compressore Roots a pressioni più elevate, è probabile che la metà della potenza in ingresso sia consumata per produrre calore piuttosto che pressione. Questo indicherebbe approssimativamente un’efficienza adiabatica molto bassa del 50%, o inferiore. È possibile anche per una centrifuga operare in modo così inefficiente, ma sarebbe dovuto a un’installazione eccezionalmente mal progettata e dimensionata e certamente non tipica.
Quando usiamo il termine efficienza di sovralimentazione, intendiamo l’efficienza adiabatica come espressione di quanto bene funziona il processo di sovralimentazione. Tutto questo processo di sovralimentazione riguarda l’aumento della densità dell’aria (pressurizzazione o compressione dell’aria) e un sovralimentatore inefficiente metterà più calore nell’aria durante questo processo, e quindi ridurrà la densità, rispetto a uno efficiente. Inoltre, quel calore non è gratuito, è stato acquistato da una perdita di potenza parassita sul motore.
Alcuni produttori tenteranno di ingannare o confondere gli acquirenti utilizzando il termine efficienza volumetrica invece di adiabatica, in modo da poter visualizzare un numero molto favorevole, di solito nella gamma del novanta per cento. Il termine efficienza volumetrica si riferisce solo a quanto bene le camere vengono riempite e ha poco a che fare con quanto bene sta lavorando il compressore; questo termine si applica solo ai dispositivi a spostamento positivo e non ai centrifughi. Altri, anche i grandi fornitori OEM, a volte offriranno materiali di vendita o mappe del compressore che mostrano prestazioni improbabili e/o efficienze di sovralimentazione, (hanno sicuramente una cannuccia nel Kool-Aid).
Alcuni sono ansiosi di sottolineare che il sovralimentatore di tipo roots farà boost a RPM1 molto bassi del motore. Questo è vero; fanno più spinta di un centrifugo a bassa velocità e meno ad alta velocità, ma questa caratteristica è molto meno utile di quanto sembri. In primo luogo, una spinta eccessiva non può essere utilizzata a queste basse velocità. Sulla maggior parte dei motori la fasatura dell’accensione deve essere significativamente ritardata per evitare la detonazione distruttiva che è molto probabile che nessun aumento netto di potenza sia realizzato specialmente considerando le perdite parassite del motore. In secondo luogo, i più recenti motori ad alte prestazioni con fasatura variabile delle valvole e canali di aspirazione hanno più che sufficiente potenza a bassa velocità per superare la trazione dei pneumatici disponibili. In terzo luogo, la bassa velocità del motore non è dove si fa la potenza. Quarto, quando i sostenitori delle radici sottolineano “l’area sotto la curva” di solito si riferiscono a un enorme travisamento di ciò che la curva dovrebbe essere. I livelli di boost più alti che sono comuni oggi non sono mostrati e nessuno può spiegare il significato matematico di questa area fantasma! Inoltre ignorano l’assorbimento di calore e le prestazioni intrinseche del tipo roots a velocità più elevate, proprio quando un veicolo ad alte prestazioni dovrebbe tirare più forte.
Per un’uscita simile, un compressore roots supererà un centrifugo di parecchie volte, e generalmente richiederà un sistema di raffreddamento della carica più grande e pesante. Inoltre è necessariamente collocato nella peggiore posizione possibile: molto in alto e in avanti, proprio in cima a tutto il resto del peso. Un pilota di circuito competente può sentire questo peso sgradito.
L’aggiunta di un compressore di tipo roots a un motore che ha un sistema di aspirazione a canali sintonizzati, o a canali variabili, di solito richiede la rimozione del sistema sintonizzato e la perdita di quei benefici gratuiti. Un centrifugo non richiede questa rimozione e tutta la messa a punto del motore può ancora essere apprezzata.
La massa rotante di un tipico compressore di tipo roots per un V8 è grande, con un’inerzia molto alta rispetto alla maggior parte dei compressori centrifughi. La potenza necessaria per accelerare quell’inerzia, per accelerarla o rallentarla può essere enorme e questo è indipendente dal fare effettivamente qualsiasi lavoro utile.
Quindi, con un compressore di tipo roots si ottiene:
Un dispositivo rumoroso, pesante, ad alta inerzia, mal posizionato, che fa troppa spinta quando non si può usare e non abbastanza quando si può, che è un buon riscaldatore quanto un compressore, che mostra prestazioni ancora inferiori dopo un riscaldamento completo. E quando i profilatori mostrano quel grande numero di cavalli su You tube, puoi scommettere su due cose, era un primo “tiro” con un motore raffreddato e non mostreranno un secondo “tiro” perché sarà molto più basso, e un terzo tiro, ancora di più.
I compressori centrifughi sono in una lega diversa. Possono facilmente fare più pressione e flusso di un tipo di radici e sono molto più efficienti, soprattutto a rapporti di pressione più elevati.
1Dal numero di febbraio 2012 di Car and Driver “My Not-So-Little Pony” l’ingegnere capo di Ford SVT Jamal Hameedi è stato citato: “Avevamo già più coppia in prima marcia di quella necessaria, quindi questo rende più facile lanciare l’auto”. Questo in riferimento all’aumento del rapporto di trasmissione finale sulla Mustang GT500.
I numeri
Punto di prova:
Flusso: 71,2 M/min (960 CFM)
Pressione: 21,72 PR (10,6 psig)
Ambiente:
Temp. 70°F
Pressione: 29.83 In. Hg. (14.65 psia)
|
Le informazioni di cui sopra sono state ricavate dalla mappa del compressore stampata di un grande produttore di roots type e dalla mappa del compressore Vortech per un compressore V-3 Si. Il punto di prova di cui sopra è stato usato per essere coerente con un’installazione GM LS7 come usato nell’articolo. Una normale installazione del compressore centrifugo utilizzerebbe il superiore 78% di efficienza di picco del compressore V-3 Si.
Ma aspetta, c’è di più!
Nell’articolo di Road & Track (“Corvette Fever”, aprile 2012), una Corvette Z06 aspirata naturalmente è stata confrontata con una ZR1 sovralimentata. A parte il motore, le auto erano praticamente identiche (pneumatici, ruote, freni, opzioni e così via). La ZR1, a causa del compressore, pesava 95 libbre più della Z06, ma aveva anche uno splitter anteriore più grande. Le auto sono state guidate sulla stessa pista, dallo stesso pilota, nello stesso giorno. La ZR1 dovrebbe avere 133 CV in più della Z06 (638 contro 505), ma penso che questa “valutazione” debba essere prima che le cose si scaldino. Nell’articolo: “…Tommy Milner è stato circa 1 secondo più veloce intorno a Spring Mountain nella Z06 che nella ZR1”. Beh, questo dice più o meno tutto. Oh aspetta, l’analisi del lapping nell’articolo mostra che la Z06 era più veloce nella parte più dritta della pista, e questo dice tutto. Il sovralimentatore roots in realtà ha reso l’auto più lenta di quella aspirata naturalmente a causa del surriscaldamento. Un compressore centrifugo non soffre di nessuno di questi difetti.
Quindi, quando si sceglie un sistema di sovralimentazione: Vuoi potenza o vuoi una decorazione?