Hur superladdare fungerar

Bildgalleri: Motorer

Foto med tillstånd Superchargers Online
Ford Ranger med en superladdare under huven. bilmotor bilder.

-Sedan uppfinningen av den interna förbränningsmotorn har bilingenjörer, hastighetsjunkies och racerbilsdesignare letat efter sätt att öka sin kraft. - Ett sätt att lägga till kraft är att bygga en större motor. Men större motorer, som väger mer och kostar mer att bygga och underhålla, är inte alltid bättre.

Tack Tack till Jeff Beckman för hans hjälp med den här artikeln.

Ett annat sätt att lägga till kraft är att göra en normalstor motor effektivare. Du kan åstadkomma detta genom att tvinga mer luft in i förbränningskammaren. Mer luft innebär att mer bränsle kan läggas till, och mer bränsle innebär en större explosion och större hästkrafter. Lägga till en kompressor är ett bra sätt att uppnå tvångsinduktion. I den här artikeln förklarar vi vad superladdare är, hur de fungerar och hur de jämför med turboladdare.

En överladdare är vilken enhet som helst som trycksätter luftintaget till över atmosfärstrycket. Både superladdare och turboladdare gör detta. I själva verket är termen "turboladdare" en förkortad version av "turbo-superladdare", dess officiella namn.

Skillnaden mellan de två d-enheterna är deras energikälla. Turboladdare drivs av massflödet av avgaser som driver en turbin. Superladdare drivs mekaniskt med rem- eller kedjedrivning från motorns vevaxel.

I nästa avsnitt ska vi titta på hur en superladdare gör sitt jobb.

En grundmotor med tillägg av en superladdare.

En vanlig fyrtaktsmotor ägnar ett slag till luftintaget. Det finns tre steg i denna process:

1. Kolven rör sig nedåt.
2. Detta skapar ett vakuum.
3. Luft vid atmosfärstryck sugs in i förbränningskammaren.

När luft dras in i motorn måste den kombineras med bränsle för att bilda laddningen - ett paket med potentiell energi som kan förvandlas till användbar kinetisk energi genom en kemisk reaktion känd som förbränning. Tändstiftet initierar denna kemiska reaktion genom att tända laddningen. När bränslet genomgår oxidation frigörs en hel del energi. Kraften i denna explosion, koncentrerad över cylinderhuvudet, driver kolven ner och skapar en fram- och återgående rörelse som så småningom överförs till hjulen.

Att få mer bränsle i laddningen skulle leda till en kraftigare explosion. Men du kan inte bara pumpa mer bränsle i motorn eftersom det krävs en exakt mängd syre för att bränna en viss mängd bränsle. Denna kemiskt korrekta blandning - 14 delar luft till en del bränsle - är avgörande för att en motor ska fungera effektivt. Den sista raden: För att lägga in mer bränsle måste du lägga in mer luft.

Det är superladdarens jobb. Superladdare ökar intaget genom att komprimera luft över atmosfärstrycket utan att skapa ett vakuum. Detta tvingar mer luft in i motorn, vilket ger ett "boost". Med den extra luften i boostet kan mer bränsle läggas till i laddningen och motorns effekt ökar. Supercharging tillför i genomsnitt 46 procent mer hästkrafter och 31 procent mer vridmoment. I situationer på hög höjd, där motorns prestanda försämras på grund av att luften har låg densitet och tryck, levererar en överladdare luft med högre tryck till motorn så att den kan fungera optimalt.

Till skillnad från turboladdare, som använder avgaserna som skapas genom förbränning för att driva kompressorn, drar superladdare sin kraft direkt från vevaxeln. De flesta drivs av ett tillbehörsband, som lindas runt en remskiva som är ansluten till en drivväxel. Drivväxeln roterar i sin tur kompressorväxeln. Kompressorns rotor kan komma i olika utföranden, men dess uppgift är att dra in luft, pressa luften i ett mindre utrymme och släppa den ut i insugningsgrenröret.

Foto med tillstånd Muscle Mustang
ProCharger D1SC centrifugal supercharger

För att trycka luften måste en superladdare snurra snabbt - snabbare än själva motorn. Att göra drivväxeln större än kompressorväxeln får kompressorn att snurra snabbare. Superladdare kan snurra i hastigheter så höga som 50 000 till 65 000 rotationer per minut (RPM).

En kompressor som snurrar vid 50 000 varv per minut innebär en ökning på cirka sex till nio kilo per kvadrat tum (psi). Det är sex till nio extra psi över atmosfärstrycket vid en viss höjd. Atmosfäriskt tryck vid havsnivån är 14,7 psi, så en typisk boost från en superladdare sätter cirka 50 procent mer luft i motorn.

När luften komprimeras blir den varmare, vilket innebär att den tappar sin densitet och inte kan expandera lika mycket under explosionen. Det betyder att den inte kan skapa så mycket kraft när den tänds av tändstiftet. För att en superladdare ska fungera med högsta verkningsgrad måste den tryckluft som lämnar urladdningsenheten kylas innan den kommer in i insugningsgrenröret. Interkylaren ansvarar för denna kylningsprocess. Intercoolers finns i två grundläggande konstruktioner: luft-till-luft intercoolers och air-to-water intercoolers. Båda fungerar precis som en radiator, med svalare luft eller vatten som sänds genom ett system med rör eller rör. När den heta luften från superladdaren möter kylrören, kyls den också ner. Minskningen av lufttemperaturen ökar lufttätheten, vilket möjliggör en tätare laddning som kommer in i förbränningskammaren.

Därefter tittar vi på de olika typerna av superladdare.

Foto med tillstånd Shopper Eaton supercharger, en modifierad Roots supercharger.

Det finns tre typer av överladdare: rötter, tvillingskruv och centrifugal. Den största skillnaden är hur de flyttar luft till motorns insugningsgren. Rötter och dubbelskruv-superladdare använder olika typer av meshinglober, och en centrifugal-superladdare använder ett pumphjul, som drar in luft. Även om alla dessa konstruktioner ger en ökning, skiljer de sig väsentligt i sin effektivitet. Varje typ av laddare finns i olika storlekar, beroende på om du bara vill ge din bil ett boost eller tävla i ett lopp.

Roots superladdare är den äldsta designen. Philander och Francis Roots patenterade konstruktionen 1860 som en maskin som skulle hjälpa till att ventilera gruvaxlar. 1900 inkluderade Gottleib Daimler en Roots superladdare i en bilmotor.

Roots supercharger

När de ingreppande flikarna snurrar, transporteras luft som fångas i fickorna mellan flikarna mellan påfyllningssidan och urladdningssidan. Stora mängder luft rör sig in i insugningsgrenröret och "staplas upp" för att skapa positivt tryck. Av denna anledning är Roots superladdare egentligen inget annat än luftblåsare, och termen "blåsare" används fortfarande ofta för att beskriva alla superladdare.

Foto med tillstånd Sport Truck Ford-pickup från 1940 med en Roots-laddare.

Rots superladdare är vanligtvis stora och sitter ovanpå motorn. De är populära i muskelbilar och hotspöre eftersom de sticker ut ur huven på bilen. Men de är den minst effektiva laddaren av två skäl: De lägger mer vikt till fordonet och de flyttar luft i diskreta skurar istället för i ett jämnt och kontinuerligt flöde.

Foto med tillstånd Superchargers Online Dubbelskruvladdare

En dubbelskruv-superladdare fungerar genom att dra luft genom ett par mesh-flikar som liknar en uppsättning av snäckväxlar. Liksom Roots-laddare är luften inuti en dubbelskruv-förladdare fångad i fickor som skapas av rotorloberna. Men en dubbelskruv-förladdare komprimerar luften inuti rotorhuset. Det beror på att rotorerna har en konisk avsmalning, vilket innebär att luftfickorna minskar i storlek när luften rör sig från påfyllningssidan till utloppssidan. När luftfickorna krymper pressas luften in i ett mindre utrymme.

Dubbelskruvladdare

Detta gör tvillingskruvar superladdare effektivare, men de kostar mer eftersom skruvrotorerna kräver mer precision i tillverkningsprocessen. Vissa typer av dubbelskruv-superladdare sitter ovanför motorn som Roots-superladdare. De gör också mycket ljud. Den komprimerade luften som lämnar utloppsutloppet skapar en vink eller visselpipa som måste dämpas med bullerundertryckningstekniker.

Foto med tillstånd Muscle Mustang ProCharger D1SC centrifugal supercharger

En centrifugal superladdare driver ett pumphjul - en anordning som liknar en rotor - vid mycket höga hastigheter för att snabbt dra luft i ett litet kompressorhus. Impellerhastigheterna kan nå 50 000 till 60 000 varv / min. När luften dras in i navet på pumphjulet får centrifugalkraften att den strålar utåt. Luften lämnar pumphjulet med hög hastighet, men lågt tryck. En diffusor - en uppsättning stationära skovlar som omger pumphjulet - omvandlar höghastighets, lågtrycksluft till låg hastighet, högtrycksluft. Luftmolekylerna saknar ner när de träffar skovlarna, vilket minskar luftflödets hastighet och ökar trycket.

Centrifugal superladdare

Centrifugala superladdare är de mest effektiva och vanligaste av alla tvångsinduktionssystem. De är små, lätta och fästas på framsidan av motorn istället för toppen. De gör också en distinkt gnäll när motorn går tillbaka - en kvalitet som kan vända ut på gatan.

Foton med tillstånd Shopper
Både Monte Carlo och Mini-Cooper S finns med superladdare.

Vilken som helst av dessa superladdare kan läggas till ett fordon som en förbättring efter marknaden. Flera företag erbjuder kit som kommer med alla delar som krävs för att installera en superladdare som ett gör-det-själv-projekt. I en värld av roliga bilar och bränslecyklister är sådan anpassning en integrerad del av sporten. Flera biltillverkare inkluderar även superladdare i sina produktionsmodeller.

Därefter lär vi oss om fördelarna med att ladda din bil.

Den största fördelen med att ha en superladdare är den ökade hästkraften. Anslut en superladdare till en annars normal bil eller lastbil, så kommer den att bete sig som ett fordon med en större och kraftigare motor.

Men vad händer om någon försöker bestämma mellan en superladdare och en turboladdare? Denna fråga diskuteras varmt av biltekniker och bilentusiaster, men generellt sett erbjuder superladdare några fördelar jämfört med turboladdare.

Superladdare drabbas inte av fördröjning - en term som används för att beskriva hur lång tid som går mellan föraren som trycker ner gaspedalen och motorns svar. Turboladdare lider av fördröjning eftersom det tar några ögonblick innan avgaserna når en hastighet som är tillräcklig för att driva pumphjulet / turbinen. Superladdare har ingen fördröjningstid eftersom de drivs direkt av vevaxeln. Vissa superladdare är mer effektiva vid lägre varvtal, medan andra är mer effektiva med högre varvtal. Rötter och dubbelskruv-superladdare ger till exempel mer kraft vid lägre varvtal. Centrifugala superladdare, som blir effektivare när pumphjulet snurrar snabbare, ger mer kraft vid högre varvtal.

Att installera en turboladdare kräver omfattande modifiering av avgassystemet, men superladdare kan skruvas fast på toppen eller sidan av motorn. Det gör dem billigare att installera och lättare att underhålla och underhålla.

Den grundläggande inställningen för ett flygplan med en centrifugal superladdare eller kompressor.

Slutligen krävs ingen speciell avstängningsprocedur med superladdare. Eftersom de inte smörjs med motorolja kan de stängas av normalt. Turboladdare måste gå på tomgång i cirka 30 sekunder före avstängning så att smörjoljan har en chans att svalna. Med det sagt är en bra uppvärmning viktig för superladdare, eftersom de fungerar mest effektivt vid normala driftstemperaturer.

Superladdare är vanliga tillägg till förbränningsmotorer i flygplan. Detta är meningsfullt när man tänker på att flygplan tillbringar större delen av sin tid i stora höjder, där betydligt mindre syre är tillgängligt för förbränning. Med introduktionen av superladdare kunde flygplan flyga högre utan att förlora motorns prestanda.

Superladdare som används med flygmotorer fungerar precis som de som finns i bilar. De drar sin kraft direkt från motorn och använder en kompressor för att blåsa trycksatt luft in i förbränningskammaren. Bilden ovan visar den grundläggande inställningen för ett superladdat flygplan.

Vi kommer nu att lära dig några nackdelar med superladdare.

Bästa av båda världar Volkswagen har nyligen släppt en "Twincharger" -motor på en Golf GT. Twincharger kommer både med en supercharger och en turbo. Vid lågt motorvarvtal spränger superladdaren luft in i cylindrarna för att förbättra lågmomentet. Vid hög varvtal, när avgaser har producerats i tillräcklig mängd, sparkar turboladdaren in för att öka toppresultatet. GT, som bara finns i Europa, slår 62 miles per timme på 7,9 sekunder. Den kan också nå 136 miles per timme medan den fortfarande levererar 39 miles per gallon.

Den största nackdelen med superladdare är också deras definierande egenskap: Eftersom vevaxeln driver dem, måste de stjäla en del av motorns hästkrafter. En superladdare kan konsumera så mycket som 20 procent av motorns totala effekt. Men eftersom en superladdare kan generera så mycket som 46 procent extra hästkrafter, tycker de flesta att avvägningen är värt det.

Supercharging sätter en extra belastning på motorn, som måste vara stark för att hantera extra boost och större explosioner. De flesta tillverkare står för detta genom att specificera tunga komponenter när de konstruerar en motor avsedd för överladdad användning. Detta gör fordonet dyrare. Superladdare kostar också mer att underhålla, och de flesta tillverkare föreslår högoktan gas av hög kvalitet.

Trots deras nackdelar är fortladdare fortfarande det mest kostnadseffektiva sättet att öka hästkraften. Superladdare kan resultera i kraftökningar på 50 till 100 procent, vilket gör dem bra för tävling, bogsering av tunga laster eller bara för att ge den spännande körupplevelsen.

För att lära dig mer om superladdare och relaterade ämnen, kolla in länkarna på nästa sida.

Relaterade artiklar

• Quiz Corner: Engine Quiz
• Hur turboladdare fungerar-
• Hur bilmotorer fungerar
• Hur gasturbinmotorer fungerar
• Hur rotationsmotorer fungerar
• Hur Gears fungerar
• Hur kraft, kraft, moment och energi fungerar
• Hur gaspriser fungerar

Fler bra länkar

• U.S. Centennial Flight Commission
• ProCharger Centrifugal Superchargers
• Whipple Industries
• Vortech Engineering

källor

• "Allt om fläktar: Komprimeringsluftsens insättningar." Muskel Mustangs och Fast Fords.
  http://www.musclemustangfastfords.com/tech/0411mm_super/
• Barnes, Dan. "Översikt över superladdare: Allt du ville veta om superladdare." Sport kompaktbil.
  http://www.sportcompactcarweb.com/tech/0107scc_garage/
• Brauer, Karl. "Ladda den!" Edmunds.com.
  http://www.edmunds.com/ownership/techcenter/articles/43842/article.html
• Ferrari, Brian. "Översikt: Supercharger vs. turbocharger." AutomotiveArticles.com.
  http://www.automotivearticles.com/123/Supercharger_vs_Turbocharger_.shtml
• Phenix, Matthew. "Den turbo- och superladdade bilen." Populär vetenskap. Oktober 2005.
• ProCharger Centrifugal Superchargers
  http://www.procharger.com/
• SuperchargersOnline
  http://www.superchargersonline.com/index.asp
• Wilson, Kevin. "Grunder om supercharger." Sport Truck.
  http://www.sporttruck.com/techarticles/1436/
• "Turbos och superladdare förklarade," FordvsChevy. 17 oktober 1999.
  http://www.fordvschevy.com/tech/tbsc/tbsc.html
• U.S. Centennial Flight Commission
  http://www.centennialofflight.gov/essay/Dictionary/supercharger/DI115.htm
• Vortech Engineering
  http://www.vortechsuperchargers.com/
• Whipple Industries
  http://www.whipplesuperchargers.com/