Jim Middlebrook
Vždy se nabízí otázka: proč výrobci automobilů (OE) téměř vždy volí Rootsův typ turbodmychadla? Jednoslovná odpověď zní: cena. Jistě, mohou zde být i další vlivy, jako je požadavek dodavatele na status tier-one nebo extrémní marketingové úsilí, kterému se díky úsporám z rozsahu žádný odstředivý výrobce nemůže rovnat. Ale levná cena pro výrobce OEM je dostatečně přesvědčivá na to, aby vykompenzovala všechny nedostatky spojené s přeplňováním typu roots. Vezměte prosím na vědomí, že Rootsův typ lze nazvat přeplňovacím zařízením, ale ne kompresorem, protože jím není; je to pohon vzduchu.
Jedna mylná představa se týká cesty proudění vzduchu u těchto Rootsových přeplňovacích zařízení: vzduch neproudí skrz rotory nebo mezi nimi, ale spíše kolem, po stranách skříně v dutinách rotorů. Rootsovo přeplňování zachycuje vzduch v komoře mezi rotorem a skříní, v dutině mezi lopatkami rotoru, a dopravuje tento zachycený vzduch na výstupní stranu, do sacího potrubí motoru. Tím, že se vzduch do sběrného potrubí dostává rychlostí vyšší, než jakou ho motor spotřebovává, vzniká tlak. Pokaždé, když se komora zachyceného vzduchu otevře směrem do sběrného potrubí, proudí dříve natlakovaný vzduch ze sběrného potrubí zpět do komory, dokud se tlak nenormalizuje, pak se komora uzavře a vypustí, jak se rotory spojí. Tento „zpětný chod“ a vnitřní netěsnosti mezi jednotlivými rotory i skříní v kombinaci s klikatou dráhou proudění, kterou musí vzduch projít, jsou důvodem, proč je rootsův typ přeplňování nejméně účinný z dostupných typů. Kromě toho má tato pulzní dodávka za následek hlasitý a nepříjemný jekot při vyšších rychlostech. Zatímco výše uvedený postup může nabídnout přiměřený výkon při nízkých tlacích, řekněme 5 až 6 psig, provoz při jedné atmosféře (14,7 psig) a více jasně ukazuje na omezení tohoto zařízení. Při provozu Rootsova turbodmychadla při vyšších tlacích je pravděpodobné, že polovina příkonu se spotřebuje spíše na výrobu tepla než tlaku. To by zhruba znamenalo velmi nízkou adiabatickou účinnost 50 % nebo nižší. Je možné, že odstředivka pracuje takto neefektivně také, ale bylo by to způsobeno výjimečně špatně navrženým a dimenzovaným zařízením a rozhodně by to nebylo typické.
Když používáme termín účinnost přeplňování, máme na mysli adiabatickou účinnost jako vyjádření toho, jak dobře funguje proces přeplňování. Celý tento proces přeplňování spočívá ve zvýšení hustoty vzduchu (stlačení nebo kompresi vzduchu) a neúčinné přeplňování bude během tohoto procesu odevzdávat do vzduchu více tepla, a tím snižovat hustotu, než účinné přeplňování. Navíc toto teplo není zadarmo, bylo vykoupeno parazitním odběrem energie z motoru.
Někteří výrobci se snaží klamat nebo mást zákazníky tím, že používají termín objemová účinnost místo adiabatická, aby mohli uvádět velmi příznivé číslo, obvykle v rozsahu devadesáti procent. Termín objemová účinnost se vztahuje pouze k tomu, jak dobře se plní komory, a nemá mnoho společného s tím, jak dobře přeplňovací zařízení pracuje; tento termín se vztahuje pouze na objemová zařízení, nikoli na odstředivá. Jiní, dokonce i velcí dodavatelé OEM, někdy nabízejí prodejní materiály nebo mapy kompresorů, které ukazují nepravděpodobný výkon a/nebo účinnost přeplňování, (určitě mají slámku v Kool-Aidu).
Někteří ochotně zdůrazňují, že přeplňování typu roots vytvoří nárůst při velmi nízkých otáčkách motoru1. To je pravda; při nízkých otáčkách vytvářejí více nárůstu než odstředivá a méně při vysokých otáčkách, ale tato vlastnost je mnohem méně užitečná, než by se na první pohled zdálo. Za prvé, při těchto nízkých otáčkách nelze využít nadměrného zvýšení tlaku. U většiny motorů musí být časování zapalování výrazně zpomaleno, aby se zabránilo destruktivní detonaci, takže je velmi pravděpodobné, že nedojde k žádnému čistému zvýšení výkonu, zejména s ohledem na parazitní ztráty pohonu. Za druhé, novější vysoce výkonné motory s proměnným časováním ventilů a sacími kanály mají více než dostatečný výkon v nízkých otáčkách, aby překonaly dostupnou trakci pneumatik. Za třetí, nízké otáčky motoru nejsou místem, kde se vytváří výkon. Začtvrté, když zastánci kořenů poukazují na „plochu pod křivkou“, obvykle se odvolávají na obrovské zkreslení toho, jak by křivka měla vypadat. Vyšší úrovně nárůstu, které jsou dnes běžné, se neuvádějí a nikdo nedokáže vysvětlit matematický význam této přízračné plochy! Dále ignorují zahřívání a neodmyslitelný výkon typu roots při vyšších otáčkách motoru, tedy právě v době, kdy by výkonné vozidlo mělo táhnout nejvíc.
Při podobném výkonu přeplňování typu roots několikanásobně převyšuje odstředivé a obecně vyžaduje větší a těžší systém chlazení náplně. Také je nutně umístěno na nejhorším možném místě: hodně vysoko a vpředu, přímo nad veškerou ostatní hmotností. Schopný okruhový řidič tuto nevítanou váhu pocítí.
Přidání přeplňování typu roots k motoru, který má vyladěné sací kanály nebo proměnné sací kanály, obvykle vyžaduje odstranění vyladěného systému a ztrátu těchto bezplatných výhod. Odstředivé turbodmychadlo tuto demontáž nevyžaduje a veškeré vyladění motoru lze stále ocenit.
Rotační hmotnost typického rootsova turbodmychadla pro osmiválce je velká a ve srovnání s většinou odstředivých kompresorů má velmi vysokou setrvačnost. Výkon potřebný k urychlení této setrvačnosti, k jejímu zrychlení nebo zpomalení může být obrovský, a to nezávisle na tom, zda skutečně vykonává nějakou užitečnou práci.
S přeplňováním typu roots tedy získáte:
Hlučné, těžké, vysoce setrvačné, špatně umístěné zařízení pohybující se vzduchem, které vytváří příliš velký nárůst, když ho nemůžete použít, a nedostatečný, když ho můžete použít, které je stejně dobré topení jako přeplňování, které po plném zahřátí vykazuje ještě nižší výkon. A když se na You tube profilovky blýsknou tím velkým číslem výkonu, můžete se vsadit o dvě věci, že to byl první „zátah“ s ochlazeným motorem a druhý „zátah“ neukážou, protože bude mnohem nižší, a třetí zátah ještě nižší.
Odstředivé kompresory jsou jiná liga. Dokážou snadno vytvořit větší tlak a průtok než rootsův typ a jsou mnohem účinnější, zejména při vyšších tlakových poměrech.
1Z vydání časopisu Car and Driver z února2012 „My Not-So-Little Pony“ byl citován šéfinženýr Ford SVT Jamal Hameedi: „Už na první rychlostní stupeň jsme měli větší točivý moment, než jsme potřebovali, takže to usnadňuje rozjezd vozu.“ To v souvislosti se zvýšením převodového poměru u Mustangu GT500.
Čísla
Testovací bod:
Průtok: 71,2 M/min (960 CFM)
Tlak: 21,72 PR (10,6 psig)
Ambient:
Tep. 70°F
Tlak: 29,83 In. Hg. (14.65 psia)
|
Výše uvedené informace byly získány z tištěné mapy kompresoru významného výrobce typu roots a mapy kompresoru Vortech pro V-3 Si kompresoru. Výše uvedený zkušební bod byl použit tak, aby odpovídal instalaci GM LS7, jak je použito v článku. Při běžné instalaci odstředivého přeplňování by se využila vynikající 78% špičková účinnost kompresoru V-3 Si.
Ale počkejte, je toho víc!“
V článku Road & Track („Corvette Fever“, duben 2012) byla porovnávána Corvette Z06 s přirozeným nasáváním a ZR1 s přeplňováním typu roots. Kromě motoru byly vozy prakticky identické (pneumatiky, kola, brzdy, volitelná výbava atd.). ZR1 sice kvůli přeplňování vážila o 95 kg více než Z06, ale měla také větší přední splitter. Vozy jezdily na stejné trati, stejným řidičem a ve stejný den. ZR1 má mít o 133 koní více než Z06 (638 vs. 505), ale myslím, že toto „hodnocení“ musí být před zahřátím. V článku: „Tommy Milner byl v Z06 na okruhu Spring Mountain asi o 1 s rychlejší než v ZR1.“ No, to v podstatě říká všechno. Aha, počkejte, v článku je uvedeno, že Z06 byla rychlejší na nejrovnější části trati, a to už mluví za vše. Kořenové přeplňování ve skutečnosti způsobilo, že vůz byl pomalejší než přirozeně nasávaný kvůli zahřívání. Odstředivé přeplňování žádným z těchto nedostatků netrpí.
Takže při výběru systému přeplňování:
Chcete výkon, nebo chcete ozdobu?