Af Jim Middlebrook
Der opstår altid et spørgsmål: Hvorfor vælger bilproducenterne (OE’erne) næsten altid en roots-kompressor? Svaret med ét ord er prisen. Selvfølgelig kan der være andre påvirkninger som f.eks. leverandørens krav om tier-one-status eller den ekstreme markedsføringsindsats, som ingen centrifugalproducent kan matche, på grund af stordriftsfordele. Men den billige pris for OEM’erne er overbevisende nok til at opveje alle de mangler, der er forbundet med en rodfodskompressor. Bemærk venligst, at Roots-typen kan kaldes en kompressor, men ikke en kompressor, for det er den ikke; det er en air mover.
En misforståelse drejer sig om luftstrømningsvejen for disse Roots-kompressorer: luften strømmer ikke gennem eller mellem rotorerne, men snarere rundt om, på husets sider inden for hulrummene i rotorerne. Roots-kompressorerne opfanger luften i et kammer mellem rotoren og huset, i tomrummet mellem rotorenes lober, og transporterer denne opfangede luft til udløbssiden, ved motorens indsugningsmanifold. Ved at flytte luft ind i manifolden med en større hastighed, end motoren forbruger den, opbygges der et tryk. Hver gang kammeret med indespærret luft åbner sig mod manifolden, strømmer den tidligere tryksatte manifoldluft omvendt ind i kammeret, indtil trykket er normaliseret, hvorefter kammeret lukkes og udledes, når rotorerne griber ind i hinanden. Denne “omvending” plus den interne lækage mellem de enkelte rotorer og huset kombineret med den snoede strømningsvej, som luften skal følge, er grunden til, at kompressorerne af rootstypen er de mindst effektive af de tilgængelige typer. Desuden resulterer denne pulserende levering i et højt og ubehageligt skrig ved højere hastigheder. Selv om ovennævnte proces kan give rimelige resultater ved lave tryk, f.eks. 5 til 6 psig, viser drift ved en atmosfære (14,7 psig) og derover klart enhedens begrænsninger. Ved drift af en Roots-kompressor ved højere tryk er det sandsynligt, at halvdelen af den tilførte effekt forbruges til at skabe varme i stedet for tryk. Dette ville groft sagt indikere en meget lav adiabatisk effektivitet på 50 % eller derunder. Det er muligt for en centrifugalmotor også at fungere så ineffektivt, men det ville skyldes et usædvanligt dårligt konstrueret og dimensioneret anlæg og bestemt ikke være typisk.
Når vi bruger udtrykket kompressorvirkningsgrad, mener vi adiabatisk virkningsgrad som et udtryk for, hvor godt kompressorprocessen fungerer. Hele denne kompressorproces handler om at øge lufttætheden (tryksætning eller komprimering af luft), og en ineffektiv kompressor vil under denne proces tilføre mere varme til luften og dermed reducere tætheden end en effektiv kompressor. Endvidere er denne varme ikke gratis, den blev købt af et parasitært strømforbrug på motoren.
Nogle producenter vil forsøge at vildlede eller forvirre køberne ved at bruge udtrykket volumetrisk effektivitet i stedet for adiabatisk effektivitet, så de kan vise et meget gunstigt tal, som regel i halvfems procent området. Udtrykket volumetrisk effektivitet henviser kun til, hvor godt kamrene fyldes, og har kun lidt at gøre med, hvor godt kompressoren fungerer; dette udtryk gælder kun for positive fortrængningsanordninger og ikke for centrifugalmotorer. Andre, selv store OEM-leverandører, vil undertiden tilbyde salgsmateriale eller kompressorkort, der viser usandsynlige præstationer og/eller kompressorvirkningsgrader, (de har helt sikkert et sugerør i Kool-Aid).
Nogle er ivrige efter at påpege, at en kompressor af roots-typen vil give boost ved meget lave motoromdrejninger1. Det er rigtigt; de giver mere boost end en centrifugalmotor ved lav hastighed og mindre ved høj hastighed, men denne egenskab er langt mindre nyttig, end det umiddelbart ser ud til at være tilfældet. For det første kan der ikke udnyttes overdreven boost ved disse lave omdrejninger. På de fleste motorer skal tændingstidspunktet forsinkes betydeligt for at undgå ødelæggende detonation, og det er meget sandsynligt, at der ikke opnås nogen nettoforøgelse af effekten, især i betragtning af de parasitære drivtab. For det andet har de nyere højtydende motorer med variabel ventiltid og indsugningsløbere mere end nok effekt ved lave omdrejninger til at overskride den tilgængelige trækkraft i dækkene. For det tredje er det ikke ved lave omdrejninger, at der skabes kraft. For det fjerde henviser roots-forkæmperne, når de påpeger “arealet under kurven”, som regel til en enorm misrepræsentation af, hvordan kurven bør se ud. De højere boost-niveauer, der er almindelige i dag, er ikke vist, og ingen kan forklare den matematiske betydning af dette fantomområde! Endvidere ignorerer de den varmeopladning og den iboende “overkørsel” af roots-typen ved højere motorhastighed, lige når et højtydende køretøj skal trække mest.
For lignende output vil en roots-kompressor være flere gange tungere end en centrifugalkompressor og vil generelt kræve et større og tungere ladekølesystem. Desuden er den nødvendigvis placeret på det værst mulige sted: langt oppe i højden og fremad, lige oven på al den anden vægt. En kompetent kredsløbskører kan mærke denne uvelkomne vægt.
Tilføjelse af en roots-type kompressor til en motor, der har tunede løbere, eller et indsugningssystem med variable løbere, vil normalt kræve fjernelse af det tunede system og tabet i disse gratis fordele. En centrifugalkompressor kræver ikke denne fjernelse, og al den motoriserede tuning kan stadig udnyttes.
Den roterende masse af en typisk roots-type kompressor til en V8-motor er stor og har en meget høj inerti i forhold til de fleste centrifugalkompressorer. Den kraft, der skal bruges til at accelerere denne inerti, for at sætte fart på eller bremse den, kan være enorm, og det er uafhængigt af, om den rent faktisk udfører noget nyttigt arbejde.
Så med en roots-type kompressor får du:
En støjende, tung, høj inerti, dårligt placeret, luftbevægende anordning, der giver for meget boost, når du ikke kan bruge den, og ikke nok, når du kan, som er lige så god til at opvarme, som den er en kompressor, der viser endnu lavere ydelse efter fuld opvarmning. Og når profilerne flasher det store hestekræfttal på You tube, kan du satse på to ting, det var et første “pull” med en afkølet motor, og de vil ikke vise et andet “pull”, fordi det vil være meget lavere, og et tredje pull, endnu lavere.
Centrifugalkompressorer er i en anden liga. De kan nemt lave mere tryk og flow end en roots-type og er meget mere effektive, især ved højere trykforhold.
Fra februar2012-udgaven af Car and Driver “My Not-So-Little Pony” blev Ford SVT-chefingeniør Jamal Hameedi citeret: “Vi havde allerede mere moment i første gear, end vi havde brug for, så dette gør det nemmere at starte bilen”. Dette med henvisning til at hæve det endelige gearudvekslingsforhold på Mustang GT500.
Tallene
Testpunkt:
Flow: 71,2 M/min (960 CFM)
Tryk: 21,72 PR (10,6 psig)
Ambient:
Temp. 70°F
Tryk: 29.83 In. Hg. (14.65 psia)
|
Overstående oplysninger stammer fra en større Roots-typeproducents trykte kompressorkort og Vortechs kompressorkort for en V-3 Si-kompressor. Ovenstående testpunkt blev anvendt for at være i overensstemmelse med en GM LS7-installation som anvendt i artiklen. En normal centrifugalkompressorinstallation ville udnytte V-3 Si-kompressorens overlegne 78 % spidsvirkning.
Men vent, der er mere!
I artiklen Road & Track (“Corvette Fever”, april 2012) blev en Corvette Z06 med naturlig indsugning sammenlignet med en ZR1 med roots-kompressor med kompressor. Bortset fra motoren var bilerne stort set identiske, (dæk, hjul, bremser, ekstraudstyr osv.). ZR1’eren vejede på grund af kompressoren 95 pund mere end Z06’eren, men den havde også en større frontsplitter. Bilerne blev kørt på den samme bane af den samme kører på samme dag. ZR1 skulle have 133 hk mere end Z06 (638 vs. 505), men jeg tror, at denne “rating” skal være før tingene er blevet varme. I artiklen: “…Tommy Milner var ca. 1 sek. hurtigere rundt om Spring Mountain i Z06’eren end i ZR1’eren.” Det siger vel stort set det hele. Åh, vent, Lapping-analysen i artiklen viser, at Z06’eren var hurtigere på den mest lige del af banen, og det siger faktisk det hele. Roots-kompressoren gjorde faktisk bilen langsommere end den med naturlig indsugning på grund af varmeoptagelse. En centrifugalkompressor lider ingen af disse mangler.
Så, når du vælger et kompressorsystem:
: Vil du have kraft, eller vil du have en dekoration?