L’efficienza volumetrica è uno dei rapporti chiave che aiutano a determinare il grado di prestazione di un motore automobilistico o di una pompa idraulica. In breve, indica la quantità di aria e carburante presente nel cilindro in un determinato momento del suo funzionamento. L’efficienza volumetrica è comunemente espressa in forma percentuale. Di solito maggiore è la percentuale, più potente e veloce è un motore.
Più specificamente, l’efficienza volumetrica si occupa di due cose: la quantità massima teorica di aria pompata in un motore e la quantità effettiva di aria che viene pompata. Il massimo teorico viene determinato calcolando il volume totale complessivo del motore, chiamato anche cilindrata – in breve, quanta aria può entrare nei cilindri di un motore. Un cilindro ha il suo volume massimo quando il pistone all’interno è nella sua posizione più bassa, noto anche come “punto morto inferiore”.
In parole povere, se riesci a pompare 0,53 litri di miscela aria-carburante in un cilindro con un volume di 0,5 litri a 0,13 galloni nel punto morto inferiore, hai raggiunto un’efficienza del volume del 100%. Al contrario, se solo 0,4 litri entrano nel cilindro, si ottiene un’efficienza del volume dell’80%.
Nel mondo reale, la quantità effettiva di aria pompata nel motore raramente è pari al suo massimo teorico. Ciò è dovuto a vari fattori, tra cui perdita di attrito, perdite e design del motore. Quando l’aria deve attraversare molti giri e valvole per raggiungere i cilindri, si deve verificare una certa resistenza dell’aria, lasciando indietro parte di quell’aria. Su un motore ad aspirazione naturale – vale a dire qualsiasi motore senza miglioramenti di pompaggio come i turbocompressori – questo di solito è il caso. Gli appassionati di automobili spesso modificano le varie parti del motore per avvicinare la quantità effettiva di aria al suo massimo teorico; in altre parole, aumenta la sua efficienza volumetrica.
Dispositivi come turbocompressori e compressori aumentano effettivamente l’efficienza volumetrica di un motore di oltre il 100% perché aumentano sostanzialmente la densità dell’aria all’interno dei cilindri. In condizioni statiche, come quando il motore è spento, le molecole d’aria all’interno del cilindro sarebbero in grado di riempire tutto il suo spostamento massimo, ma sarebbero relativamente distanti. Il pompaggio aggressivo dell’aria nel cilindro, al contrario, avvicina quelle molecole, determinando una maggiore densità dell’aria.
Densità dell’aria più elevate determinano una maggiore produzione di energia perché più aria si può inserire nel cilindro nella sua fase di aspirazione – è quando il cilindro scende a cadere nel punto morto – più carburante si può mescolare con esso. Questa potente miscela aria-carburante viene quindi compressa dal pistone in aumento fino a quando non si accende, fornendo maggiore potenza alla potenza del motore e garantendo prestazioni più veloci e più potenti.