Un motor básico con la adición de un sobrealimentador.
Un motor ordinario de cuatro tiempos dedica una carrera al proceso de admisión de aire. Suceden tres cosas durante este proceso:
- El pistón se mueve hacia abajo.
- Esto crea un vacío dentro del cilindro.
- El vacío hace que el aire a presión atmosférica sea succionado hacia la cámara de combustión.
Una vez que el aire ingresa al motor, debe combinarse con el combustible para formar la carga, un paquete de energía potencial que se puede convertir en energía cinética útil a través de una reacción química conocida como combustión . La bujía inicia esta reacción química al encender la carga. A medida que el combustible se oxida, se libera una gran cantidad de energía. La fuerza de esta explosión, concentrada por encima de la culata, empuja el pistón hacia abajo. El movimiento creado por el movimiento del pistón finalmente se transfiere a las ruedas.
Poner más combustible en la carga daría lugar a una explosión más poderosa. Pero no puede simplemente bombear más combustible al motor porque necesita una cantidad exacta de oxígeno para quemar una determinada cantidad de combustible. En ralentí o en crucero a velocidad constante, la mezcla es de 14,7 partes de aire por 1 parte de combustible. Cuando necesita más potencia, como acelerar para rebasar en la carretera, la relación aire-combustible es más parecida a 12: 1 . Sin embargo, si desea establecer récords en el cuarto de milla, deberá agregar más aire para que pueda agregar más combustible.
Ese es el trabajo del supercargador. Los supercargadores aumentan la admisión al comprimir aire por encima de la presión atmosférica sin crear vacío. Esto fuerza más aire en el motor, proporcionando un impulso. Con el aire adicional, se puede agregar más combustible a la carga y se aumenta la potencia del motor. La sobrealimentación agrega un promedio de 46 por ciento más de caballos de fuerza y 31 por ciento más de torque . En situaciones de gran altitud, donde el rendimiento del motor se deteriora porque el aire tiene baja densidad y presión, un sobrealimentador suministra aire a mayor presión al motor para que pueda funcionar de manera óptima.
A diferencia de los turbocompresores, que utilizan los gases de escape creados por la combustión para alimentar el compresor, los supercargadores obtienen su energía directamente del cigüeñal. La mayoría son accionados por una correa de accesorios, que envuelve una polea que está conectada a un engranaje de transmisión. El engranaje impulsor, a su vez, hace girar el engranaje del compresor. El rotor del compresor puede venir en varios diseños, pero su trabajo es aspirar aire, exprimir el aire en un espacio más pequeño y descargarlo en el colector de admisión.
Para presurizar el aire, un sobrealimentador debe girar rápidamente, más rápido que el propio motor. Hacer que el engranaje impulsor sea más grande que el engranaje del compresor hace que el compresor gire más rápido. Los supercargadores pueden girar a velocidades de hasta 50.000 a 65.000 rotaciones por minuto (RPM).
Un compresor girando a 50,000 RPM se traduce en un impulso de aproximadamente 6 a 9 libras por pulgada cuadrada (psi). Eso es de 6 a 9 psi adicionales sobre la presión atmosférica a una elevación particular. La presión atmosférica al nivel del mar es de 14,7 psi, por lo que un impulso típico de un sobrealimentador coloca aproximadamente un 50 por ciento más de aire en el motor.
A medida que el aire se comprime, se calienta. El aire más caliente es menos denso y no puede expandirse tanto durante la explosión como el aire más frío. Esto significa que no puede generar tanta energía cuando se enciende con la bujía. Para que un sobrealimentador funcione con la máxima eficiencia, el aire comprimido que sale de la unidad de descarga debe enfriarse antes de ingresar al colector de admisión. El intercooler es responsable de este proceso de enfriamiento. Los intercoolers vienen en dos diseños básicos: intercoolers aire-aire e intercoolers aire-agua. Ambos funcionan como un radiador , con aire o agua más fría enviados a través de un sistema de tuberías o tubos. A medida que el aire caliente que sale del sobrealimentador se encuentra con las tuberías más frías, también se enfría. La reducción de la temperatura del aire aumenta la densidad del aire, lo que hace que una carga más densa ingrese a la cámara de combustión.