Positive-displacement vs Centrifugal superchargers

Category: Υπερτροφοδότηση

Published on Friday, 20 May 2011 03:51

Written by Panagiotis Symvoulidis

Hits: 294

Supercharger Basics

Το supercharger είναι απλά μια μηχανική συσκευή που “αναγκάζει” να μπουν στον κινητήρα περισσότερος αέρας και καύσιμο.

Όσο περισσότερος αέρας και καύσιμο μπει σε έναν κινητήρα, τόσο περισσότερη δύναμη παράγει. Ένα supercharger κάνει ακριβώς την ίδια δουλειά με ένα turbocharger, με τη διαφορά πως το supercharger παίρνει κίνηση από τον στρόφαλο του κινητήρα και όχι από το σύστημα της εξάτμισης. Το ότι το supercharger παίρνει την κίνηση του από τον κινητήρα συνεπάγεται πως “κλέβει” μέρος της δύναμης του κινητήρα που πλησιάζει το 20% της ισχύος του.

Αυτό βέβαια αντισταθμίζεται από την αύξηση της ισχύος που παράγει το supercharger.

Παρά τη διαφορά αυτή, το centrifugal supercharger μπορεί να περιγραφεί σαν ένα turbocharger που παίρνει κίνηση από ιμάντα.

Το Positive-displacement supercharger είναι κάπως διαφορετικό στο σχεδιασμό του, αλλά θα μιλήσουμε γι’ αυτό λίγο παρακάτω.

Η αύξηση της πίεσης του αέρα με ένα supercharger καθώς και με ένα turbocharger, θα οδηγήσει αναπόφευκτα στην αύξηση της θερμοκρασίας του αέρα εισαγωγής. Η αύξηση της θερμοκρασίας του αέρα είναι αποτέλεσμα του θερμοδυναμικού αποτελέσματος της συμπίεσης του αέρα. Ένας όρος που ονομάζεται adiabatic efficiency είναι ένα μέτρο του πόσο περισσότερο από το θερμοδυναμικό αποτέλεσμα το supercharger θερμαίνει τον αέρα.

Έτσι, ένα πιο αποτελεσματικό supercharger θα έχει σαν αποτέλεσμα ψυχρότερο αέρα στην εισαγωγή και όσο ψυχρότερος είναι ο αέρας τόσο περισσότερη ιπποδύναμη δίνει.

Τέλος όσο ψυχρότερος είναι ο αέρας, τόσο λιγότερα προβλήματα υπάρχουν με την ανάφλεξη.

Αυτός είναι και ο λόγος που η χρήση intercooler και στις δυο περιπτώσεις (supercharger – turbocharger) θα ωφελήσει στην σωστή και απροβλημάτιστη λειτουργία του αυτοκινήτου σας.

Από τα παραπάνω καταλαβαίνουμε πως όσο μεγαλύτερη είναι η πίεση, τόσο υψηλότερη θα είναι η θερμοκρασία του αέρα και χαμηλότερο η πυκνότητα του. Αυτό σημαίνει ότι σε κάποιο σημείο, η αυξημένη πίεση θα οδηγήσει σε τέτοια αύξηση της θερμοκρασίας που θα αντισταθμίζει την αύξηση της πίεσης και η μεγαλύτερη ιπποδύναμη που θα παράγεται από το supercharger θα αντισταθμίζεται από την ισχύ που απαιτείται για την περιστροφή του

Όπως είπαμε και προηγουμένως υπάρχουν δυο βασικοί τύποι supercharger:

Οι Positive-displacement και οι Centrifugal.

POSITIVE-DISPLACEMENT SUPERCHARGERS

Οι superchargers που συνήθως τοποθετούνται σε πολύ δυνατά αυτοκίνητα είναι οι Positive-displacement, των οποίων χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι οι Roots superchargers.

Αυτοί οι superchargers (Positive-displacement) αποτελούνται από δυο στροφείς λοβού ή δύο βίδες που περιστρέφονται μέσα σε ένα περίβλημα από αλουμίνιο. Οι Roots superchargerς χρησιμοποιούν δύο στροφείς (ρότορες) λοβού. Είναι επίσης αυτοί που χρησιμοποιούνται ευρέως και συνήθως οι πιο αποδοτικοί.

Ωστόσο, η απαιτούμενη εσωτερική απόσταση μεταξύ των λοβών και του περιβλήματος σημαίνει ότι οι Positive-displacement superchargers θεωρούνται οι λιγότερο αποδοτικοί από άποψη αδιαθερμικής απόδοσης (αναφέρεται στην προηγούμενη παράγραφο).

Ωστόσο, οι πρόσφατες εξελίξεις μηχανική έχουν οδηγήσει στον σχεδιασμό πιο αποτελεσματικών Roots superchargers με αδιαθερμική απόδοση του 50-60%.

Οι Screw-type superchargers δεν έχουν το ίδιο πρόβλημα εσωτερικής σχεδίασης και έχουν αδιαβατική απόδοση της τάξης του 70%.

Οι Positive-displacement superchargers πρεσάρουν αέρα στην πολλαπλή εισαγωγής με πολύ ταχύτερο ρυθμό από ότι θα μπορούσε κανονικά να πάρει ο κινητήρας. Αυτοί οι superchargers ονομάζονται Positive-displacement γιατί πρεσάρουν αέρα με σταθερό ρυθμό σε σχέση με τις στροφές του κινητήρα και το μέγεθος τους και επομένως δεν υπάρχει περίπτωση για overboost.

Οι Positive-displacement superchargers είναι πολύ πιο αποδοτικοί από τους Centrifugal στην παραγωγή συμπιεσμένου αέρα στις πολύ χαμηλές στροφές του κινητήρα γιατί παίρνουν μόνιμα κίνηση από τον ιμάντα και δεν χρειάζεται να “σπουλάρουν” για να αποδώσουν.

Τα μειονεκτήματα των Positive-displacement supercharger είναι το μέγεθος τους (χρειάζονται περισσότερο χώρο για να χωρέσουν) και έχουν μικρότερο ποσοστό αδιαθερμικής απόδοσης το οποίο λύνεται με την τοποθέτηση intercooler.

CENTRIFUGAL SUPERCHARGERS

Οι Centrifugal superchargers είναι μικρότεροι σε μέγεθος από τους Positive-displacement και μπορούν ευκολότερα να τοποθετηθούν μέσα στον χώρο του κινητήρα. Οι Centrifugal έχουν εντελώς διαφορετικό σχεδιασμό και έχουν περισσότερα κοινά με τα turbochargers.  

Ο σχεδιασμός των Centrifugal superchargers είναι στην πραγματικότητα παρόμοιος με αυτόν των turbochargers και χρησιμοποιούν στροφείο και όχι λοβούς ή βίδες για να κινήσουν τον αέρα. Επίσης χρησιμοποιούν “ταχύτητες” για να γυρίσουν το στροφείο πολύ πιο γρήγορα από τους λοβούς ή βίδες των Positive-displacement supercharger.

Αυτό βέβαια σημαίνει πως πρέπει να “σπουλάρουν” για να αποδώσουν και έχει σαν αποτέλεσμα να μην αποδίδουν στις χαμηλές στροφές.

Αυτοί οι superchargers είναι στην πραγματικότητα συμπιεστές και όχι αντλίες αέρα.

Ο αέρας αναρροφάται από τη φυγόκεντρο δύναμη που δημιουργήθηκε από το στροφείο τροχό και περνά μέσα από ένα διαχύτη. Στη συνέχεια ο αέρας αποστέλλεται σε έναν κύλινδρο, όπου και συμπιέζεται. Το μέγεθος του στροφείου και η σχέση μετάδοσης θα καθορίσουν την πίεση υπερπλήρωσης που παράγεται από τον Centrifugal supercharger.

Λόγω του ότι οι Centrifugal superchargers χρησιμοποιούν “ταχύτητες” ο όγκος του αέρα που συμπιέζουν δεν είναι ανάλογος του μεγέθους τους και ένας μικρότερος supercharger μπορεί να παράγει μεγαλύτερη πίεση.

Παρά το γεγονός ότι οι Centrifugal χαρακτηρίζονται σαν superchargers, θα μπορούσαν πολύ εύκολα να ανήκουν στην κατηγορία των turbochargers.

• < Prev
• Next >