Pedeorelha | Hoe Superchargers werken

Thomas Dalton
0
2488
154

Afbeeldingengalerij: motoren

Foto met dank aan Superchargers Online
Ford Ranger met een supercharger onder de motorkap. afbeeldingen van de motor van een auto.

-Sinds de uitvinding van de interne verbrandingsmotor zijn auto-ingenieurs, snelheidsverslaafden en raceauto-ontwerpers op zoek naar manieren om het vermogen te vergroten. -Een manier om kracht toe te voegen, is door een grotere motor te bouwen. Maar grotere motoren, die meer wegen en meer kosten om te bouwen en te onderhouden, zijn niet altijd beter.

Dank u
Met dank aan Jeff Beckman voor zijn hulp bij dit artikel.

Een andere manier om vermogen toe te voegen, is door een motor van normaal formaat efficiënter te maken. U kunt dit bereiken door meer lucht in de verbrandingskamer te persen. Meer lucht betekent dat er meer brandstof kan worden toegevoegd, en meer brandstof betekent een grotere explosie en meer pk's. Een aanjager is een geweldige manier om geforceerde luchtinductie te bereiken. In dit artikel leggen we uit wat superchargers zijn, hoe ze werken en hoe ze zich verhouden tot turbochargers.

Een supercharger is elk apparaat dat de luchtinlaat onder druk zet tot boven de atmosferische druk. Zowel superchargers als turbochargers doen dit. In feite is de term 'turbocharger' een verkorte versie van 'turbo-supercharger', de officiële naam.

Het verschil tussen de twee apparaten is hun energiebron. Turbochargers worden aangedreven door de massastroom van uitlaatgassen die een turbine aandrijven. Superchargers worden mechanisch aangedreven door riem- of kettingaandrijving vanaf de krukas van de motor.

In het volgende gedeelte zullen we bekijken hoe een supercharger zijn werk doet.

Een basismotor met als toevoeging een supercharger.

Een gewone viertaktmotor wijdt één slag aan het proces van luchtinlaat. Dit proces bestaat uit drie stappen:

De zuiger beweegt naar beneden.
Hierdoor ontstaat een vacuüm.
Lucht onder atmosferische druk wordt in de verbrandingskamer gezogen.

Zodra lucht in de motor is gezogen, moet deze worden gecombineerd met brandstof om de lading te vormen - een pakket potentiële energie dat kan worden omgezet in bruikbare kinetische energie door middel van een chemische reactie die bekend staat als verbranding. De bougie brengt deze chemische reactie op gang door de lading te ontsteken. Doordat de brandstof oxideert, komt er veel energie vrij. De kracht van deze explosie, geconcentreerd boven de cilinderkop, drijft de zuiger naar beneden en creëert een heen en weer gaande beweging die uiteindelijk wordt overgebracht op de wielen.

Door meer brandstof in de lading te krijgen, zou een krachtigere explosie ontstaan. Maar je kunt niet simpelweg meer brandstof in de motor pompen, omdat er een exacte hoeveelheid zuurstof nodig is om een bepaalde hoeveelheid brandstof te verbranden. Dit chemisch correcte mengsel - 14 delen lucht op een deel brandstof - is essentieel om een motor efficiënt te laten werken. Waar het op neerkomt: om meer brandstof toe te voegen, moet je meer lucht inbrengen.

Dat is de taak van de supercharger. Superchargers verhogen de inlaat door lucht boven atmosferische druk samen te persen, zonder een vacuüm te creëren. Dit dwingt meer lucht in de motor, wat zorgt voor een "boost". Met de extra lucht in de boost kan er meer brandstof aan de lading worden toegevoegd en wordt het vermogen van de motor vergroot. Supercharging voegt gemiddeld 46 procent meer pk's en 31 procent meer koppel toe. In situaties op grote hoogte, waar de motorprestaties verslechteren omdat de lucht een lage dichtheid en druk heeft, levert een supercharger lucht onder hogere druk aan de motor zodat deze optimaal kan werken.

In tegenstelling tot turbochargers, die de uitlaatgassen die door verbranding worden geproduceerd, gebruiken om de compressor van stroom te voorzien, halen superchargers hun vermogen rechtstreeks van de krukas. De meeste worden aangedreven door een accessoireband, die om een poelie loopt die is verbonden met een aandrijftandwiel. Het aandrijftandwiel draait op zijn beurt het compressortandwiel. De rotor van de compressor kan in verschillende uitvoeringen worden geleverd, maar het is zijn taak om lucht aan te zuigen, de lucht in een kleinere ruimte te persen en deze in het inlaatspruitstuk af te voeren.

Foto met dank aan Muscle Mustang
ProCharger D1SC centrifugale supercharger

Om de lucht onder druk te zetten, moet een supercharger sneller draaien - sneller dan de motor zelf. Door het aandrijftandwiel groter te maken dan het compressortandwiel, gaat de compressor sneller draaien. Superchargers kunnen draaien met snelheden van wel 50.000 tot 65.000 omwentelingen per minuut (RPM).

Een compressor die met 50.000 tpm draait, vertaalt zich in een boost van ongeveer zes tot negen pond per vierkante inch (psi). Dat is zes tot negen psi extra boven de atmosferische druk op een bepaalde hoogte. Atmosferische druk op zeeniveau is 14,7 psi, dus een typische boost van een supercharger plaatst ongeveer 50 procent meer lucht in de motor.

Naarmate de lucht wordt gecomprimeerd, wordt deze heter, wat betekent dat het zijn dichtheid verliest en niet zo veel kan uitzetten tijdens de explosie. Dit betekent dat het niet zoveel kracht kan creëren als het wordt ontstoken door de bougie. Om een supercharger met maximale efficiëntie te laten werken, moet de perslucht die de afvoereenheid verlaat, worden gekoeld voordat deze het inlaatspruitstuk binnengaat. De intercooler is verantwoordelijk voor dit koelproces. Intercoolers zijn er in twee basisontwerpen: lucht-lucht-intercoolers en lucht-water-intercoolers. Beide werken net als een radiator, waarbij koelere lucht of water door een systeem van pijpen of buizen wordt gestuurd. Als de hete lucht die uit de supercharger komt, de koelere leidingen raakt, koelt deze ook af. De verlaging van de luchttemperatuur verhoogt de dichtheid van de lucht, waardoor een dichtere lading de verbrandingskamer binnenkomt.

Vervolgens kijken we naar de verschillende soorten superchargers.

Foto ter beschikking gesteld door Shopper
De Eaton supercharger, een gemodificeerde Roots supercharger.

Er zijn drie soorten superchargers: Roots, dubbelschroefs en centrifugaal. Het belangrijkste verschil is hoe ze lucht naar het inlaatspruitstuk van de motor verplaatsen. Roots en twin-screw superchargers gebruiken verschillende soorten in elkaar grijpende lobben, en een centrifugale supercharger gebruikt een waaier, die lucht naar binnen zuigt. Hoewel al deze ontwerpen een boost geven, verschillen ze aanzienlijk in hun efficiëntie. Elk type supercharger is verkrijgbaar in verschillende maten, afhankelijk van of je je auto gewoon een boost wilt geven of aan een race wilt meedoen.

De Roots supercharger is het oudste ontwerp. Philander en Francis Roots patenteerden het ontwerp in 1860 als een machine die zou helpen bij het ventileren van mijnschachten. In 1900 nam Gottleib Daimler een Roots-supercharger op in een automotor.

Roots supercharger

Terwijl de in elkaar grijpende lobben ronddraaien, wordt lucht die in de holten tussen de lobben wordt opgesloten, tussen de vulzijde en de afvoerzijde gevoerd. Grote hoeveelheden lucht stromen in het inlaatspruitstuk en "stapelen" zich op om overdruk te creëren. Om deze reden zijn Roots-superchargers eigenlijk niets meer dan luchtblazers, en de term "blower" wordt nog steeds vaak gebruikt om alle superchargers te beschrijven..

Foto met dank aan Sport Truck
Een Ford pick-up uit de jaren 40 met een Roots-supercharger.

Roots-superchargers zijn meestal groot en zitten bovenop de motor. Ze zijn populair in muscle cars en hot rods omdat ze uit de motorkap van de auto steken. Ze zijn echter om twee redenen de minst efficiënte aanjager: ze voegen meer gewicht toe aan het voertuig en ze verplaatsen de lucht in discrete uitbarstingen in plaats van in een soepele en continue stroom..

Foto met dank aan Superchargers Online
Dubbelschroefs supercharger

Een supercharger met dubbele schroef werkt door lucht door een paar in elkaar grijpende lobben te trekken die lijken op een set wormwieloverbrengingen. Net als bij de Roots-supercharger wordt de lucht in een supercharger met dubbele schroef opgesloten in holtes die worden gecreëerd door de rotorlobben. Maar een supercharger met dubbele schroef comprimeert de lucht in het rotorhuis. Dat komt doordat de rotoren een conische tapsheid hebben, wat betekent dat de luchtbellen kleiner worden naarmate de lucht van de vulzijde naar de afvoerzijde beweegt. Terwijl de luchtzakken krimpen, wordt de lucht in een kleinere ruimte geperst.

Dubbelschroefs supercharger

Dit maakt dubbelschroefs superchargers efficiënter, maar ze kosten meer omdat de rotoren van het schroeftype meer precisie vereisen in het fabricageproces. Sommige typen superchargers met dubbele schroef zitten boven de motor, zoals de Roots-supercharger. Ze maken ook veel lawaai. De samengeperste lucht die uit de uitlaat komt, creëert een gejank of gefluit dat moet worden gedempt met technieken voor het onderdrukken van geluid.

Foto met dank aan Muscle Mustang
ProCharger D1SC centrifugale supercharger

Een centrifugale supercharger drijft een waaier - een apparaat dat lijkt op een rotor - met zeer hoge snelheden aan om snel lucht in een kleine compressorbehuizing te zuigen. Waaiersnelheden kunnen 50.000 tot 60.000 RPM bereiken. Terwijl de lucht wordt aangezogen in de naaf van de waaier, zorgt de middelpuntvliedende kracht ervoor dat deze naar buiten straalt. De lucht verlaat de waaier met hoge snelheid, maar met lage druk. Een diffusor - een set stationaire schoepen die de waaier omringen - zet de lucht met hoge snelheid en lage druk om in lucht met lage snelheid en hoge druk. Luchtmoleculen vertragen wanneer ze de schoepen raken, waardoor de snelheid van de luchtstroom afneemt en de druk toeneemt.

Centrifugale supercharger

Centrifugale superchargers zijn de meest efficiënte en meest voorkomende van alle geforceerde inductiesystemen. Ze zijn klein, licht van gewicht en worden aan de voorkant van de motor bevestigd in plaats van aan de bovenkant. Ze maken ook een kenmerkend gejank als de motor toeneemt - een eigenschap die op straat de aandacht kan trekken.

Foto's met dank aan Shopper
Zowel de Monte Carlo als de Mini-Cooper S zijn leverbaar met superchargers.

Elk van deze superchargers kan als een aftermarket-verbetering aan een voertuig worden toegevoegd. Verschillende bedrijven bieden kits aan die worden geleverd met alle onderdelen die nodig zijn om een supercharger te installeren als een doe-het-zelf-project. In de wereld van grappige auto's en brandstofracers is dergelijk maatwerk een integraal onderdeel van de sport. Verschillende autofabrikanten nemen ook superchargers op in hun productiemodellen.

Vervolgens leren we over de voordelen van het aanjagen van uw auto.

Het grootste voordeel van het hebben van een supercharger is het verhoogde vermogen. Bevestig een supercharger aan een verder normale auto of vrachtwagen, en deze gedraagt zich als een voertuig met een grotere, krachtigere motor.

Maar wat als iemand probeert te kiezen tussen een supercharger en een turbocharger? Deze vraag wordt fel bediscussieerd door auto-ingenieurs en autoliefhebbers, maar over het algemeen bieden superchargers een paar voordelen ten opzichte van turbochargers.

Superchargers hebben geen last van vertraging - een term die wordt gebruikt om te beschrijven hoeveel tijd er verstrijkt tussen het indrukken van het gaspedaal door de bestuurder en de reactie van de motor. Turbochargers hebben last van vertraging omdat het even duurt voordat de uitlaatgassen een snelheid bereiken die voldoende is om de waaier / turbine aan te drijven. Superchargers hebben geen vertragingstijd omdat ze rechtstreeks door de krukas worden aangedreven. Bepaalde superchargers zijn efficiënter bij een lager toerental, terwijl andere efficiënter zijn bij een hoger toerental. Roots en twin-screw superchargers leveren bijvoorbeeld meer vermogen bij een lager toerental. Centrifugale superchargers, die efficiënter worden naarmate de waaier sneller draait, leveren meer vermogen bij een hoger toerental.

Het installeren van een turbocompressor vereist een uitgebreide aanpassing van het uitlaatsysteem, maar superchargers kunnen aan de boven- of zijkant van de motor worden vastgeschroefd. Dat maakt ze goedkoper te installeren en gemakkelijker te onderhouden en te onderhouden.

De basisopstelling voor een vliegtuig met een centrifugale supercharger of compressor.

Ten slotte is er geen speciale uitschakelprocedure vereist met superchargers. Omdat ze niet door motorolie worden gesmeerd, kunnen ze normaal worden uitgeschakeld. Turbochargers moeten ongeveer 30 seconden stationair draaien voordat ze worden uitgeschakeld, zodat de smeerolie de kans krijgt om af te koelen. Dat gezegd hebbende, een goede warming-up is belangrijk voor superchargers, omdat ze het meest efficiënt werken bij normale bedrijfstemperaturen.

Superchargers zijn veel voorkomende toevoegingen aan de verbrandingsmotoren van vliegtuigen. Dit is logisch als je bedenkt dat vliegtuigen het grootste deel van hun tijd op grote hoogte doorbrengen, waar aanzienlijk minder zuurstof beschikbaar is voor verbranding. Met de introductie van superchargers konden vliegtuigen hoger vliegen zonder de motorprestaties te verliezen.

Superchargers die in vliegtuigmotoren worden gebruikt, werken net als die in auto's. Ze halen hun kracht rechtstreeks uit de motor en gebruiken een compressor om onder druk staande lucht in de verbrandingskamer te blazen. De bovenstaande afbeelding toont de basisopstelling voor een supercharged vliegtuig.

We zullen hierna enkele nadelen van superchargers leren.

Beste van twee werelden
Volkswagen heeft onlangs een "Twincharger" -motor op een Golf GT uitgebracht. De Twincharger wordt geleverd met zowel een supercharger als een turbolader. Bij een laag motortoerental blaast de supercharger lucht in de cilinders om het koppel bij lage toerentallen te verbeteren. Bij een hoog toerental, wanneer er voldoende uitlaatgassen zijn geproduceerd, wordt de turbocompressor geactiveerd om de topprestaties te verbeteren. De GT, die alleen in Europa verkrijgbaar is, haalt in 7,9 seconden 100 kilometer per uur. Het kan ook 136 mijl per uur bereiken terwijl het nog steeds 39 mijl per gallon levert.

Het grootste nadeel van superchargers is ook hun bepalende kenmerk: omdat de krukas ze aandrijft, moeten ze een deel van het motorvermogen stelen. Een supercharger kan maar liefst 20 procent van het totale vermogen van een motor verbruiken. Maar omdat een supercharger maar liefst 46 procent extra pk's kan genereren, denken de meesten dat de afweging de moeite waard is.

Supercharging legt een extra druk op de motor, die sterk moet zijn om de extra boost en grotere explosies aan te kunnen. De meeste fabrikanten houden hier rekening mee door zware componenten te specificeren wanneer ze een motor ontwerpen die bedoeld is voor gebruik met drukvulling. Dit maakt het voertuig duurder. Superchargers kosten ook meer om te onderhouden, en de meeste fabrikanten suggereren hoogwaardig gas met een hoog octaangehalte.

Ondanks hun nadelen zijn superchargers nog steeds de meest kosteneffectieve manier om het aantal pk's te vergroten. Superchargers kunnen resulteren in vermogensstijgingen van 50 tot 100 procent, waardoor ze ideaal zijn voor racen, zware ladingen trekken of gewoon opwinding toevoegen aan de typische rijervaring.

Bekijk de links op de volgende pagina voor meer informatie over superchargers en gerelateerde onderwerpen.