K20A supercharged.....New mod

Intitolato il topic in generale perchè non conta molto il telaio, ma conta solo il motore su cui ho lavorato. Finita questa prima fase di sviluppo del kit ed archiviati i primi risultati dopo diversi test che ho potuto praticare solamente in estate per controllare determinate temperature in questo periodo. Grazia vuole che quest'estate è molto torrida e umida, diciamo la condizione peggiore per un motore sovralimentato senza intercooler.
Per i soliti "puristi" sovralimentare un motore aspirato da 8600 giri non è un bel vedere, ma come si sà la battaglia non ha regole e quanto ti senti dire " te credo è sovralimentato" l'unica risposta che si merità è "non conta di quanto si vince, l'importante è vincere" .
Quindi partendo dalla versione base aspirata che era la mia (275cv camme tsx, kpro, race header, cai, rbc ecc) ed smantellata mezza auto vendendo tutti quei particolari che a poco servivano dopo (cai, rbc ecc acquistato il kit JRSC EP3 dagli usa versione race, montato, mappato mi accorsi subito che le prestazioni era superiori all'aspirato solamente dai 3000 ai 6000 giri. Dopo tale soglia l'aspirato andava di più, non c'era paragone.

Così partirono una serie di calcoli su formule di libri. Il cuore del kit è un Eaton M62, un compressore a disposizione positiva formato da due rotori ognuno dotato di 3 lobi inclinati di circa 60 gradi. Purtroppo il compressore modello roots ha da sempre avuto il difetto di dare subito tanta pressione (instant boost) ma proprio dal nome eaton, aggiungendo una H quindi Heaton-Heat cioè surriscaldamento notevole dell'aria dopo la compressione. Recuperate le tabelle di dimensionamento e di comportamento del compressore eaton m62 ovviamente notai come il rendimendo adiabatico era solod del 55-60%. Più è basso tale valore più l'aria aspirata alla temperatura atmosferica viene surriscaldata.
Per pure riferimento un compressore Lysholm (denominato twin screw cioè doppia vite) che è dotato di un rapporto di compressione interno ha un rendimento adiabatico del 75-80 %, quindi nettamente superiore a un Roots style supercharged. Quindi risulta facile capire come la sovralimentazione tramite compressore roots sia "facile" ma anche poco affidabile. Teniamo presente che i roots anni WorldWar II cioè quelli usati sugli aerei della guerra avevano un rendimento adiabatico del solo 40%, quindi tutti questi anni passati hanno sicuramente migliorato il rendimento adiabatico di tale compressore però purtroppo non potrà mai avvicinarsi ad un Lysholm. Nessun supercharger (con tale termine si definisce quel genere di sovralimentazione guidata da cinghia) potrà mai essere performante quanto un turbo di pari pressione perchè man mano che si alza la pressione (quindi all'aumentare dei giri effettivi del compressore) aumenta in maniera esponenziale il "power losses" cioè la potenza persa.
La potenza persa è maggiore, maggiore sono i giri del compressore e quindi maggiori sono i giri della puleggia albero motore.
Quindi il compressore roots ha svantaggi:
- rendimento adiabatico basso e quindi temperature dell'aria compressa alte
- elevate perdite di potenza per poterlo condurre (power losses)
- rumorosità della meccanica (ingranaggi a denti dritti) insieme a vibrazioni
I vantaggi sono:
- instant boost, no lag chiamatelo come volete, nessun turbo sarà mai "reattivo" come un roots
- facilità di installazione- implementazione ed progetto
- semplicità dei componenti ad esso legati
- rumore della sovralimentazione "godurioso"
- è l'unico sistema di sovralimentazione regolare nelle gare NitroDrag americane.

Non pensiamo che il turbo allora regala energia-potenza senza sottrarne...Ricordiamoci un principio fondamentale :
"Nulla si crea e nulla si distrugge, tutto si trasforma"

Da questa frase molto semplice e istintiva si può capire tutto e niente.
Tutto perchè anche il turbo ruba l'energia dei gas di scarico creando una Back pressure per poi innescare una reazione di sovralimentazione, perchè un roots ruba potenza grazie alla cinghia ma fornisce aria in pressione.
Niente perchè se non si parte dallo studio del sistema la trasformazione è nulla.

Per quanto mi riguarda ritengo il sistema di sovralimentazione tramite compressore superiore ad un turbo se entrambi raffreddati da intercooler.
Nel caso della K20, il sistema a compressore è in difetto rispetto al turbo perchè non possiedere un intercooler o uno scambiatore di calore e non ha un collettore di aspirazione "flussato" ed "accordato".
Se mettessimo a pari condizioni entrambi sono sicuro che nonostante quei 20-30cv in meno del compressore dovuti al trascinamento a cinghia, avremmo una risposta entusiasmante al tocco del gas, una guidabilità costante e pulita mai vista possibile da un motore turbo.

Fatte tutte queste belle scritture in anteprima poi la pratica come al solito ci svelerà che alcune teorie erano del tutto false o cmq legate a vecchi principi che ormai esistono solo nel vecchi continente "europa".

Il K20a è un motore che si presta bene alla sovralimentazione, sistema closed-deck nella parte inferiore, ottimo circuito di raffreddamento con scambiatore di calore di serie,guarnizione testata metallica a strati, circuito di lubrificazione ben dimensionato con stupendi spruzzatori d'olio sotto i pistoni, bielle robuste e manovellismo d'eccellenza. Un sistema d'accensione potente e preciso oltre alle solite cose che sempre si sentono dire, motore quadro 86* 86, RC a 11:0, valvole di aspirazione di generose dimensioni, sistema I-Vtec, e bla bla tri-bla.
Partendo da dati alla mano un K20a di serie riesce a reggere pressioni di sovralimentazione di quasi 2.5 bar e potenze di circa 700 cavalli ruota se mappato a dovere e usato con "cervello". Oltre tale limite ci vogliono le canne in acciaio (sleeve) ed pistoni forgiati (wiseco, cp, je, mahle ecc) e bielle serie (pauter, carrillo ecc).

Il compressore roots montato con la sua puleggia scelta da me ha una resa piena e corposa di coppia prima dei 6500 rpm, con il picco di coppia-potenza massima intorno ai 7000-7500 giri ed infine oltre questa soglia la coppia cala leggermente mentre la potenza continua a salire (diamtro N.D) eroga circa 0.68 bar di sovralimentazione costanti da 7200 fino a 8600 giri questo perchè il compressore roots non ha un rapporto di compressione interno e quindi arriva a saturare il sistema (collettore di aspirazione- cilindro- scarico). di cui 0.2 bar già disponibili a piena apertura farfalla a 1500 giri. Con questa pressione di sovralimenazione durante l'inverno si raggiungono potenze nell'ordine di 300 cavalli ruota con un giusto Tune, mentre ci si attesta a 280 cv quando le temperature si fanno primaverili e l'aria aspirata si scalda.
La sensazione di guida è quella che oltre i 7250 giri il motore "mura", ma questo è soltanto il nostro "culo" rulli che come al solito lascia il tempo che trova. Oltre i 7500 giri la coppia cala leggermente (1-2 kgm) mentre la potenza continua a salire. Avendo però una coppia costante e potente sin dai 3500 giri fino a 7000 rpm ovviamente un calo anche se pur leggero dopo può dare la sensazione che l'auto stia "Murando". Questo problema c'è anche con i vostri aspirati, solo che non avendo 30 kgm di coppia a 4000 rpm non ve ne accorgete.
Monitorata la temperatura nel collettore dopo il compressore si hanno per un inverno da 0-5°C ambiente rispettivamente 80-90 °C anche dopo 5-6 tirate consecutive. Mentre per l'estate ahime con 35 °C ambiente si arriva a 180-200°C di temperatura nel collettore.

Matematica, un motore con rc da 11.0 benzina 98 ron (91 ottani usa se va bene , potrebbero essere anche 89), pressione a 0.68 bar con una IAT di 180-200 °C e anticipo scaricato di 18° SICURAMENTE stà detonando bellamente. Non ci sono scuse!
Lo stesso motore però con una IAT di 80-90°C detona ma in maniera più moderata, circa 20-30 detonazionie a tirata di marcia.
Ma tutto ciò succederebbe anche su un analogo motore Turbo senza intercooler.
Quindi su questo punto di vista la fisica-matematica rende tutti uguali, turbo e volumetrici.
Anche l'aspirato con temperature nel collettore pari a 55 °C è al limite di detonazione con anticipo di 30° quindi anche i k20 NA non ne sono esenti.

Detto questo ora dobbiamo trovare un modo per raffreddare l'aria aspirata..bene mettiamo un bell'intercooler tutti pensiamo...si anche se si potesse ma in effetti suljrsc ep3 non c'è lo spazio, risolveremmo solo il 50% dei nostri problemi...EH si raffreddiamo l'aria che dal compressore va al motore..maaaaa chi pensa a raffreddare il compressore?!
Come il compressore dev'essre raffreddato???'assolutamente si, per mantenere il suo rendimento a livello ottimale. Il compressore è un corpo di alluminio con dentro dei rotori che ruotano e si sfiorano senza toccarsi a vicenda ma in piu sfiorano le pareti.
Col calore il tutto si dilata e abbiamo i cosi detti "leakage" cioè perdite di flusso, di carico ecc.. INfatti come si può notare benissimo il costruttore ha provveduto a creare una certa nervatura di raffreddamento sulla scatola del compressore ma che purtroppo ed ovviamente non è abbastanza a questo scopo.

Da qui nasce l'esigenza dell'iniezione ad acqua, tecnica usata e nata nella seconda guerra mondiale proprio insieme ai compressori.
Acqua perchè:
- la natura ci offre l'acqua che è il miglior fluido in grado di asportare calore
- ha un potere anti-detonante INFINITO
- facilmente reperibile

Potere antidetonante INFINITO perchè ragazzi l'acqua non partecipa alla combustione, non brucia..quindi lei avrà il solo compito di assorbire il calore del compressore, collettore, condotti testata, camera di combuzione ed uscire dal tubo di scarico sotto forma di VAPORE!
Inoltre la scissione ad alte temperature delle 2 particelle di idrogeno ed una di ossigeno crea una formidabile turbolenza autopulente che riesce a eliminare qualsiasi incrostazione o deposito carbonioso, lacche ecc da pistoni, sedi valvole, condotti valvole ecc...

Iniezione ad acqua,
Vantaggi:
- Assorbimento del calore da parte dell'acqua
-eliminazione di lacche e croste carboniose grazie al suo effetto autopulente
-Abbassamento delle temperature in camera di combustione fino a 150-200 °C
-Potere antidetonante INFINITO
-Prolungato intervallo di manutenzione Olio grazie alla mancata Ossidazione dell'olio velato sui cilindri che partecipa alla combustione.

Svantaggi:
- NESSUNO

Ovviamente l'acqua non può essere buttata a secchiate o a getto a mo di rubinetto, ma deve essere polverizzata tramite appositi ugelli dimensionati in base alla pressione pompa e quindi poi all'effettiva portata degli ugelli in Ml/min.
Le pompe sono di due tipi, a pulsazione oppure a ricircolo interno.
Le prime ormai di generazione più vecchia rendono la polverizzazione all'ugello quasi a impulsi, mentre quelle a ricircolo interno rendono la polverizzazione costante ed uniforme.
Tra le pompe a ricircolo abbiamo quelle da 150 psi oppure le ultimissime da 250 psi ma molto più costose a causa del regolatore interno molto costoso. Le tubazioni, pompe, serbatoi e raccorderia sono di materiale adatto all'utilizzo con miscele 50-50 di acqua metanolo, alcool denaturato ed etanolo (solo alcune poichè risulta molto piàù aggressivo).

Vediamo ora di quantificare il guadagno di temperatura di questo sistema.

Partendo dalla base della Ep3 supercharged senza nessun tipo di raffreddamento, pressione di sovralimentazione a 0.68 bar temperatura ambiente di 30 °C dopo un leggero warm-up a ciclo medio-basso abbiamo circa dai 55-60 °C nel collettore. Da questo punto di partenza in 3 marcia effettuiamo un WOT cioè pieno carico in 3 marcia da 2000 giri in su e realizziamo una temperatura nel collettore a 8000 giri prossima ai 85 °C, se continuiamo con le marce in 4 a 8000 giri realizziamo 110 °C, in 5 marcia a 8000 giri circa 140 °C ed se a questo punto chiudendo il gas fermiamo il flusso di aria fresca la temperatura sale sin verso i 160°C. Con tali temperature sarebbe inutile addirittura mettere la guarnizione HOndata perchè sarebbe il collettore a trasferire calore alla testata che si trova in prossimità dei 100 °C.

Partendo dall'analisi dati precedente ed attivando l'iniezione ad acqua da me tarata e come temperatura iniziale un 66°C nel collettore, in 3 marcia a 8000 giri realizziamo 43-45°C, in 4 marcia 43°C, in 5 marcia sempre 43°C ed in sesta sempre 43°C.
Detto questo rispetto ai 160°C di prima abbiamo un abbattimento della temperatura di 120°C. Chiuso il gas, nonostante il flusso di aria fresca e acqua finisca, il collettore si raffredda ulteriormente grazie all'acqua residua e per circa 10 secondi finito il nostro race la temperatura registrata è pari a 38 °C. Qua la guarnizione Hondata fà un discreto lavoro perchè sarebbe la testata a cedere calore al collettore ben più freddo ed la guarnizione evita questo trasferimento di calore.



Continuerò prossimamente...

...quindi aftercooler o iniezione ad acqua... eh? eh ?eh? eh ?

bellissimo son curioso......bravo conte

Io non mi ritengo un "purista" del tipo " o aspirato o niente", anzi ammiro quelli come te Conte che hanno la competenza, i mezzi e la voglia di fare lavori del genere, anche perchè i risultati in senso assoluto sono impressionanti.

Premetto che non sono mai salito sulla tua civic, che sicuramente fa paura e va più di tutte le altre, e premetto anche che del discorso di vincere o no non mi interessa perchè non devo fare le corse, però io penso che sia più impressionante in senso RELATIVO il livello di prestazioni che si raggiunge da aspirato con questo motore...

Poi cmq saremo tutti curiosi de vedere i risultati

I risultati ci sono già e da un bel pezzo

https://www.youtube.com/watch?v=dyfYHQqxUOo

5 marcia da 2000 rpm a 8500 in circa 21 secondi, nella prima fase di sviluppo a 300 whp

probabile che non ho capito un c***o... ma con pistoni/bielle/albero di serie regge fino a 700cv???

Conte una domanda, tu stai sviluppando il tuo motore basandoti su un compressore a lobi tuistati, come hai fatto notare ha un'ottima resa ai bassi mancando però nella fascia alta degli rpm, mi domando se utilizzando un compressore centrifugo tipo Rotrex, si riesca ad ottenere un'incremento di prestazioni fino a quelli che sono gli Tom caratteristici del nostro k20, ossia verso l'infinito e oltre, oppure se le problematiche che si presentano siano le stesse.

il rotrex si comporta come una classica turbina e fino a 4000/4500 giri (la turbina usata è piccola e per avere portata deve girare tantissimo) non hai niente e quello che ti da in alto è poco utilizzabile
inoltre il rotrex ha moltissimi problemi sul moltiplicatore

cmq la macchina di conte (io ho avuto la fortuna di poterla provare) nella fascia degli alti regimi non è che manca ha una resa minore rispetto a quello che da nella zona dei medio bassi!

poi aspettiamo conte che ci dara una spiegazione piu dettagliata....

Non mi sento , anche perchè non c'è nulla in piu , di aggiungere nulla oltre quello detto da lucky.
Il rotrex fà sempre parte della famiglia dei supercharged...
supercherged:
- volumetrico roots eaton, magnuson ecc...
- volumetrico twinscrew, lysholm ecc..
- centrifugo rotrex, vortech ecc..

Il rotrex ha tra i difetti:
- lag paragonabile al turbo
- curva di coppia-potenza che ricalca quella di un turbo
- richiede un circuito olio supplemtentare con pompa e radiatore per raffreddare il moltiplicatore.
- soffre di "surge"
- ruba potenza dalla cinghia come tutti i supercharger
- costa parecchio di più per colpa del maggior numero di componenti
Tra i pregi:
- può montare un intercooler in linea come un turbo

Grazie a tutti e 2 per la spiegazione, nella mia ignoranza ero convinto che un compressore centrifugo non soffrisse, o almeno soffrisse meno, del "turbo lag".

sulla Delta Gr B era stata fatta l'accoppiata volumetrico-turbo proprio per cercare di eliminare il problema del vuoto di coppia ai bassi regimi!
poi il sistema era stato abbandonato per altri problemi, pero questo ti fa capire che il sistema centrifugo fino a quando non è ad un certo regime di rotazione non ha portata e non hai pressione di sovralimentazione

Scusate le mille domande ma sono molto curioso. Sta cosa dell acqua è interessante.

1 - Se non sbaglio negli aerei della seconda guerra mondiale
l ignezione di acqua veniva usata per brevi periodi di tempo.
Un po come il NOS. Per quale motivo? La stessa cosa vale per il K20?
2 - Che tipo di acqua viene impiegata?
3 - Qual è il volume d acqua utilizzata?
4 - Che consumo di acqua si ha?
5 - Dove va posizionata la riserva di acqua?
6 - Che sistema di filtraggio si usa?

L'esigenza degli aerei della seconda guerra mondiale era quella di poter volare più in alto dei nemici per scappare da eventuali attacchi oppure aggiungere del boost per poter aumentare la potenza e fuggire. Per evitare detonazioni dove l'aria era più rarefatta si usava l'iniezione ad acqua.

Si deve usare assolutamente acqua distillata perchè i sali presenti nell'acqua normale sono corrosivi per le parti del motore

Il volume di acqua utilizzata varia per aplicazione e va trovato con alcune prove, che richiedono tempo e tanta pazienza. Le tabelle fornite ci azzeccano poco e nulla.

Il consumo dipende dal tipo di impianto

La riserva la posizioni dove vuoi

Il sistema di filtraggio non è indispensabile.

Ho risposto a tutto ma anche a niente..quindi buona fortuna con le prove e la sperimentazione

D4d1 ha scritto:Scusate le mille domande ma sono molto curioso. Sta cosa dell acqua è interessante.

1 - Se non sbaglio negli aerei della seconda guerra mondiale
l ignezione di acqua veniva usata per brevi periodi di tempo.
Un po come il NOS. Per quale motivo? La stessa cosa vale per il K20?
2 - Che tipo di acqua viene impiegata?
3 - Qual è il volume d acqua utilizzata?
4 - Che consumo di acqua si ha?
5 - Dove va posizionata la riserva di acqua?
6 - Che sistema di filtraggio si usa?

alla prima trovi la risposta nel post di conte

2 penso acqua demineralizzata
3 a seconda delle potenze vi sono i vari getti graduati da usare cmq il volume esatto viene poi trovato eseguendo dei test e tenendo sott'occhio vari valori
4 dipende dal getto usato e dal tempo di funzionamento del sistema (il sistema non è sempre in funzione)
5 nel baule
6 filtraggio??? non penso userai acqua di fiume

ops abbiamo risposto assieme

C è qualcuno che ha gia provato a fare questo lavoro su un Civic o su altre macchine con buoni risultati o comunque con una certa affidabilità?

Scusa ma ragionando su un paio di cose. Come mai sugli aerei da guerra non veniva mantenut sempre attiva l ignezione di acqua? Perchè solo in determinati momenti? Se non ha controindicazioni conviene sempre ignettare acqua. O forse mi sono perso qualcosa.

Cioè, nel caso del K20, l ignezione di acqua viene fatta in un momento predeterminato quando l acceleratore è spinto al massimo o sempre indipendentemente dal acceleratore. Cioè funziona un po come il vtec, oltre una certa soglia, o gia a partire dall accensione?

La riserva di acqua sugli aerei era limitata sicuramente ed era un pò come il "salvami il culo" perchè i nemici iniziavano a bucarti l'ala di coda con la mitragliatrice.
Non funziona sempre, entra in funzione in pieno carico cioè quando si richiede la massima prestazione del motore e dove effettivamente serve..nei parziali non ci sono problemi di temperature o detonazioni distruttive!
E' un pò come il vtec, entra in funzione quando e come decide chi tara il sistema oltre una certa soglia.!

D4d1 ha scritto:C è qualcuno che ha gia provato a fare questo lavoro su un Civic o su altre macchine con buoni risultati o comunque con una certa affidabilità?

Scusa ma ragionando su un paio di cose. Come mai sugli aerei da guerra non veniva mantenut sempre attiva l ignezione di acqua? Perchè solo in determinati momenti? Se non ha controindicazioni conviene sempre ignettare acqua. O forse mi sono perso qualcosa.

Cioè, nel caso del K20, l ignezione di acqua viene fatta in un momento predeterminato quando l acceleratore è spinto al massimo o sempre indipendentemente dal acceleratore. Cioè funziona un po come il vtec, oltre una certa soglia, o gia a partire dall accensione?

scusa ma te stai parlando di N/A o FI?

perche sull'aspirato da quanto ho visto nessuno lo uso o almeno non ho trovato nessuno girando i vari forum
mentre su un FI c'è conte che lo sta usando senza problemi, in molti lo usano sui turbo e lo montavano anche le prime WRC

Sto parlando di FI. Magari voi sembrano domande scontate perchè ne sapete più di me ma io sono mostruosamente ignorante in meccanica.
Ora che mi ci fai pensare o sentito sta cosa sul Subaru.

ConteCtr ha scritto:
...
Vantaggi:
- Assorbimento del calore da parte dell'acqua
-eliminazione di lacche e croste carboniose grazie al suo effetto autopulente
-Abbassamento delle temperature in camera di combustione fino a 150-200 °C
-Potere antidetonante INFINITO
-Prolungato intervallo di manutenzione Olio grazie alla mancata Ossidazione dell'olio velato sui cilindri che partecipa alla combustione.

Svantaggi:
- NESSUNO
...

Se ben ricordo, nelle turbine a gas l'iniezione di acqua o vapore in camera di combustione porta i seguenti vantaggi:
1) Aumento della potenza
2) Aumento del rendimento
3) Riduzione degli ossidi di azoto nei gas di scarico

Questi vantaggi ci sono anche negli altri motori a combustione interna?

Quelle sono le conseguenze del raffreddamento cioè dell'asportazione del calore da parte dell'acqua

D4d1 ha scritto:Sto parlando di FI. Magari voi sembrano domande scontate perchè ne sapete più di me ma io sono mostruosamente ignorante in meccanica.
Ora che mi ci fai pensare o sentito sta cosa sul Subaru.

Il sistema montato dalla Subaru ha esordito con la STI ed è una spruzzata di acqua, che bagna esternamente il radiatore dell'intercooler per abbassare la temperatura dell'aria aspirata.
L'acqua a contatto con le pareti calde dell'intercooler e dalla normale ventilazione dello stesso passa dallo stato liquido al gassoso, per fare cio assorbe molto calore.
é lo stesso principio di funzionamento dei frigo e condizionatori,solo che li evapora il freon all'interno di un circuito chiuso,per poter poi tornar liquido (data dalla compressione e successivo raffreddamento).


Comunque complimenti a Conte e a tutti per l'ottimo livello tecnico di questa discussione

Era usata sulle escort Cosworth anni 90 WRC l'iniezione vera e proprio ad acqua, poi proibita si è trasformata nel raffreddamento intercooler..che non centra na mazza
era usata sulle F1 turbo e sulle Gruppo B da rally

ConteCtr ha scritto:Era usata sulle escort Cosworth anni 90 WRC l'iniezione vera e proprio ad acqua, poi proibita si è trasformata nel raffreddamento intercooler..che non centra na mazza
era usata sulle F1 turbo e sulle Gruppo B da rally

veniva montato anche sulle vetture di serie (non funzionante) per l'omologazione sulle vetture del WRC....
ma è un sistema sicuro?... in tanti girano ad esempio con miscele acqua e metanolo, acqua e stoca**o.... quasi al 50e50.....

L'etanolo è un buon antidetonante, infatti ha un numero di ottani pari a 116, ed è solubile in acqua, viene utilizzato per aumentare il potere antidetonante della benzina, solo quando serve.
Viene anche utilizzato per la preparazione del carburante per i modellini radiocomandati dotati di motori ad autoaccensione, considerati i elevati regimi di rotazione, le elevate temperature e RC,la benzina detonerebbe appena compressa nella camera di combustione.


Invece acqua e stocaxxo dovrebbe un gustoso cocktail scelto da numerose ragazze vogliose ed assetate