Versiunile supraalimentate ale motoarelor cu piston au fost utilizate pe scară largă pe drumurile publice în ultimele decenii (în principal din cauza înăspririi standardelor de emisii). Din anul 1980 s-au căutat în practică posibilitățile de turboalimentare a motorului cu ardere internă în această direcție.
Cu toate acestea, rareori se discută cât de departe este posibil sau merită să mergem cu această metodă de creștere a performanței sau ce obstacole întâlnim în creșterea  performanței.
În acest articol vom prezenta factorii care împiedică și limitele practice ale supraalimentării motorului.

Scopul supraalimentării
Indiferent de tipul de alimentare în cazul motoarelor cu ardere internă în patru timpi și celor în doi timpi, scopul care trebuie atins este întotdeauna același - creșterea cantității de alimentare, deci performanța motorului.
Un motor cu aspirație naturală poate aspira la fel de mult aer în camera cilindrului în timpul unei curse date, pe cât poate aspira vidul creat de piston prin filtrul de aer și supapa de admisie pe măsură ce se deplasează în jos pe cursa de admisie. Aceasta este o cantitate limitată și stabilește o limită semnificativă a cantității de combustibil care poate fi folosit (fie benzină sau motorină).
Totuși, dacă reușim să creștem cantitatea de aer furnizată, limita cantității de combustibil va fi și ea împinsă proporțional în sus.
Este important de reținut că scopul supraalimentării este întotdeauna de a crește performanța motorului, fără a crește viteza. Acest lucru se datorează faptului că atât supraalimentarea, cât și creșterea rotațiilor cresc cantitatea de încărcare care intră în cilindru în timpul unei curse,, crescând astfel proporțional performanța motorului cu ardere internă.
Conform relațiilor cunoscute în prezent, puterea motorului poate fi calculată din suprafața pistonului, numărul de cilindri, numărul de curse ale motorului și turația medie a pistonului.
Pentru un motor existent, sunt date și numărul de cilindri, suprafața pistonului (și lungimea cursei care poate fi exclusă din formulă), astfel încât parametrii rămași pot fi utilizați doar pentru a crește performanța.

Adesea nu este clar că motorul va funcționa conform așteptărilor cu  o presiune de alimentare ridicată (Sursă: www.pixabay.com)

Dacă alegem să creștem viteza, trebuie să ținem cont de faptul că tensiunile cauzate de forțele de masă cresc pe măsură ce turația crește și economia motorului scade. Dacă presiunea medie efectivă (care dă viteza medie a cursei) este mărită prin turboalimentare, forțele amestecului vor fi mai mari. Dar în acest din urmă caz, creșterea sarcinii arată cel mult o relație liniară cu creșterea mărimii sarcinii.
Printre mulți alți parametri, acesta a fost unul dintre motivele pentru care transportul rutier a mers în această direcție tehnologică. Desigur, asta nu înseamnă că performanța motorului poate fi crescută la infinit prin supraalimentare.

Legătura între presiunea aerului de alimentare, temperatură și limita de detonare
Nivelul maxim de supraalimentare este determinat de obicei de stresul termic, aspectele economice și stresul mecanic al componentelor - drept urmare, dezvoltarea tehnologică actuală împinge constant această valoare spre maxim.
În cazul motoarelor pe benzină, cantitatea de alimentare depinde în primul rând de limita de detonare deoarece tendința de detonare este cauzată de creșterea presiunii și a temperaturii în cilindru.
Este important de adăugat că în cazul limitei de detonare, există o corelație între presiunea și temperatura aerului de admisie.
Calitatea combustibilului are o influență semnificativă: benzina fără plumb de astăzi cu un număr mare de aditivi tolerează de obicei funcționarea în jurul limitei de detonare mult mai bine, iar limita este situată mai sus decât înainte.
O limitare importantă în limitarea detonării este unghiul de pre-aprindere. Cu toate acestea, acest lucru crește consumul specific al motorului, așa că în funcție de domeniul de aplicare al motorului, trebuie să facem un compromis între cei doi parametri.
Temperatura aerului de alimentare depinde și de mărimea unghiului de pre-aprindere. Reducerea pre-aprinderii permite temperaturi mai mari ale aerului de încărcare fără ca motorul să atingă limita de detonare.

Legături între compresie și limita de detonare
Nu este un secret pentru nimeni că raportul de compresie realizabil depinde în primul rând de toleranța la compresie a propulsorului. Pe măsură ce raportul de compresie crește, presiunea finală de compresie și temperatura de compresie cresc semnificativ.

Legături între aer condiționat și limita de detonare
Poate părea surprinzător la început dar alegerea aerului conditionat are o influenta si asupra gradului de tendința de detonare si în acelasi timp asupra performanțelor maxime care se pot obține fără a detonare la alimentare. Este interesant că tendința de detonare este cea mai mare atunci când suntem cel mai aproape de raportul ideal de amestec, deci stoichiometric. Cu cât ne îndepărtăm mai mult de acest lucru, fie în direcția unui amestec bogat sau slab, cu atât motorul va fi mai puțin predispus la detonare, astfel încât se poate obține o cantitate mai mare de supraalimentare sub valoarea lambda 1.

Sarcina termică în motor
Detonarea nu este singurul fenomen care limitează cantitatea de amestec. Acest lucru este împiedicat în mod similar de motor, în special de sarcina termică a pistoanelor și a supapelor. Deoarece atât sistemul de răcire, cât și designul mecanic al motoarelor pot fi complet diferite unul de celălalt, este dificil să se ajungă la o concluzie generală. Pe lângă acest fenomen, prea multă căldură poate fi și inamicul unei supraalimentări (Sursă: www.pixabay.com)

În același timp, acest lucru nu înseamnă că nu există nicio legătură între cele două: o creștere a încărcăturii termice crește și tendința de detonare, deoarece o cameră de ardere supraîncălzită local sau complet,  determină crearea unor procese de ardere anormale.
Soluția generală este răcirea mai intensă, care se realizează de obicei prin deschiderea mai mare a supapei de admisie. În plus, sunt utilizate cu succes și soluții de răcire cu injecție lichidă (de exemplu apă).

Motoare diesel
În cazul acestui tip de motor, temperatura aerului de alimentare nu afectează negativ arderea în limitele obișnuite în practică.
În același timp, sarcina termică pe piston și supape crește, ceea ce duce la împiedicarea alimentării. În  practică, sarcina mecanică este determinată de presiunea maximă a gazului măsurată în cilindru, deci presiunea de ardere de vârf.