Door Jim Middlebrook
De vraag rijst altijd: waarom kiezen de autofabrikanten (OE’s) bijna altijd voor een roots type supercharger? Het antwoord in één woord is de prijs. Zeker, er kunnen andere invloeden zijn, zoals de eis van de leverancier voor tier-one status, of de extreme marketing inspanningen die geen centrifugaal fabrikant kan evenaren, als gevolg van schaalvoordelen. Maar de goedkope prijsstelling voor de OEM’s is dwingend genoeg om alle tekortkomingen te compenseren die verbonden zijn aan het type wortelsupercharger. Merk op dat het worteltype een supercharger kan worden genoemd, maar geen compressor, omdat het dat niet is; het is een luchtverplaatser.
Eén misvatting gaat over het luchtstroompad voor deze Roots superchargers: de lucht stroomt niet door of tussen de rotors, maar eerder rond, op de zijkanten van de behuizing binnen de holtes van de rotors. De roots supercharger houdt lucht vast in een kamer tussen de rotor en de behuizing, in de holte tussen de lobben van de rotor, en transporteert deze ingesloten lucht naar de uitlaatzijde, bij het inlaatspruitstuk van de motor. Doordat de lucht in het spruitstuk wordt gebracht met een hogere snelheid dan de motor verbruikt, wordt druk opgebouwd. Telkens wanneer de kamer van opgesloten lucht naar het spruitstuk opengaat, stroomt de eerder onder druk gezette spruitstuklucht omgekeerd in de kamer tot de druk genormaliseerd is, dan wordt de kamer gesloten en uitgeput als de rotors in elkaar grijpen. Deze “omkering”, plus de interne lekkage tussen elke rotor evenals de huisvesting, die met de kronkelige stroomweg wordt gecombineerd de lucht moet volgen, is waarom de worteltype supercharger het minst efficiënt van de beschikbare types is. Bovendien resulteert deze gepulseerde levering in een luide en onaangename gil bij hogere snelheden. Terwijl het bovengenoemde proces redelijke prestaties bij lage druk kan aanbieden, zeg 5 tot 6 psig, toont de verrichting bij één atmosfeer (14.7 psig) en hierboven, duidelijk de beperkingen van het apparaat. Wanneer een Roots supercharger bij hogere druk in werking wordt gesteld, wordt waarschijnlijk de helft van het ingangsvermogen verbruikt om warmte te maken in plaats van druk. Dit zou ruwweg wijzen op een zeer laag adiabatisch rendement van 50%, of minder. Het is mogelijk dat een centrifugaal ook zo inefficiënt werkt, maar dat zou te wijten zijn aan een uitzonderlijk slecht ontworpen en gedimensioneerde installatie en zeker niet typisch zijn.
Wanneer we de term superchargerrendement gebruiken, bedoelen we adiabatische efficiëntie als een uitdrukking van hoe goed het superchargerproces werkt. Alle van deze supercharging proces gaat over het verhogen van de luchtdichtheid (onder druk zetten of comprimeren van lucht) en een inefficiënte supercharger zal meer warmte in de lucht tijdens dit proces, en dus de dichtheid te verminderen, dan een efficiënte een. Verder, die warmte is niet gratis, het werd gekocht door een parasitaire stroom aftappen op de motor.
Sommige fabrikanten zullen proberen te misleiden of verwarren shoppers door het gebruik van de term volumetrisch rendement in plaats van adiabatische, zodat ze kunnen een zeer gunstig cijfer, meestal in de negentig procent bereik weer te geven. De term volumetrisch rendement verwijst alleen naar hoe goed de kamers worden gevuld en heeft weinig te maken met hoe goed de supercharger werkt; deze term is alleen van toepassing op positieve verplaatsing apparaten en niet op centrifugaal. Anderen, zelfs grote OEM-leveranciers, zal soms bieden verkoopmateriaal of compressor kaarten met onwaarschijnlijke prestaties en / of supercharger efficiëntie, (ze hebben zeker een rietje in de Kool-Aid).
Sommigen zijn enthousiast om erop te wijzen dat de wortels type supercharger zal maken boost bij zeer lage motor RPM1. Dit is waar; zij maken meer verhoging dan een centrifugaal bij lage snelheid en minder bij hoge snelheid, maar deze eigenschap is veel minder nuttig dan het eerst zou schijnen. Ten eerste, kan de bovenmatige verhoging niet bij deze lage snelheden worden gebruikt. Op de meeste motoren moet de ontstekingstiming beduidend worden vertraagd om destructieve detonatie te vermijden dat het zeer waarschijnlijk is dat geen netto verhoging van macht vooral het overwegen van de parasitaire aandrijvingsverliezen wordt gerealiseerd. Ten tweede, de nieuwere hoge prestatie motoren met variabele kleptiming en inlaat runners hebben meer dan genoeg vermogen bij lage toerentallen om de beschikbare tractie van de banden te overtreffen. Ten derde, laag toerental is niet waar vermogen wordt gemaakt. Ten vierde, wanneer wortels voorstanders wijzen op de “oppervlakte onder de curve” ze meestal verwijzen naar een enorme verkeerde voorstelling van hoe de curve eruit zou moeten zien. De hogere boost niveaus die gebruikelijk zijn vandaag de dag worden niet getoond en niemand kan de wiskundige betekenis van dit fantoom gebied uit te leggen! Verder negeren ze de hitte weken en inherente “neuzen over” prestaties van de wortels type bij hogere toerentallen, juist wanneer een high performance voertuig moet trekken het hardst.
Voor soortgelijke output, zal een wortels type supercharger zwaarder wegen dan een centrifugaal door meerdere malen, en zal over het algemeen vereisen een grotere, zwaardere lading koelsysteem. Ook is het noodzakelijkerwijs geplaatst in de slechtst mogelijke locatie: weg hoog en naar voren, recht boven al het andere gewicht. Een bekwame circuitrijder kan dit onwelkome gewicht voelen.
Het toevoegen van een roots type supercharger aan een motor die getunede runners, of variabele runner, inlaatsysteem heeft zal meestal de verwijdering van het getunede systeem en het verlies in die vrije voordelen vereisen. Een centrifugaal vereist deze verwijdering niet en al het gebouwde-in stemmen kan nog worden gewaardeerd.
De roterende massa van een typische worteltype supercharger voor een V8 is groot, met zeer hoge inertie in vergelijking met de meeste centrifugaalcompressoren. De kracht die nodig is om die traagheid te versnellen, om het te versnellen of te vertragen kan enorm zijn en dit is onafhankelijk van het daadwerkelijk doen van enig nuttig werk.
Dus, met een worteltype supercharger krijg je:
Een lawaaierig, zwaar, hoge traagheid, slecht geplaatst, luchtverplaatsend apparaat dat te veel boost maakt wanneer je het niet kunt gebruiken en niet genoeg wanneer je het wel kunt, dat is net zo goed een verwarming als het een supercharger is, die nog lagere prestaties laat zien na een volledige opwarming. En wanneer de profilers dat grote pk aantal knipperen op You tube, kunt u wedden op twee dingen, het was een eerste “pull” met een gekoelde motor en ze zullen niet laten zien een tweede “pull” omdat het veel lager zal zijn, en een derde pull, nog meer so.
Centrifugaalcompressoren zijn in een andere competitie. Ze kunnen gemakkelijk meer druk en debiet maken dan een worteltype en zijn veel efficiënter, vooral bij hogere drukverhoudingen.
1 Uit de februari2012 uitgave van Car and Driver “My Not-So-Little Pony” Ford SVT hoofdingenieur Jamal Hameedi werd geciteerd “We hadden al meer koppel in de eerste versnelling dan we nodig hadden, dus dit maakt het gemakkelijker om de auto te lanceren”. Dit in verwijzing naar het verhogen van de eindaandrijvingsverhouding op de Mustang GT500.
The Numbers
Testpunt:
Flow: 71,2 M/min (960 CFM)
Pressure: 21,72 PR (10,6 psig)
Ambient:
Temp. 70°F
Druk: 29.83 In. Hg. (14.65 psia)
|
De bovenstaande informatie is afkomstig van de gedrukte compressorkaart van een grote fabrikant van roots-type en de compressorkaart van Vortech voor een V-3 Si compressor. Het bovenstaande testpunt werd gebruikt om consistent te zijn met een GM LS7-installatie zoals gebruikt in het artikel. Een normale centrifugale supercharger installatie zou gebruik maken van de V-3 Si compressor’s superieure 78% piekrendement.
Maar wacht, er is meer!
In het Road & Track artikel (“Corvette Fever”, april 2012), werd een natuurlijk aangezogen Corvette Z06 vergeleken met een roots supercharged ZR1. Afgezien van de motor, waren de auto’s vrijwel identiek (banden, wielen, remmen, opties, enzovoort). De ZR1, vanwege de supercharger, woog wel 95 pond meer dan de Z06, maar had ook een grotere frontsplitter. De auto’s zijn op hetzelfde circuit gereden, door dezelfde coureur, op dezelfde dag. De ZR1 zou 133 PK meer hebben dan de Z06 (638 vs 505), maar ik denk dat deze “rating” moet zijn voordat het warm wordt. In het artikel: “…Tommy Milner was ongeveer 1 sec. sneller rond Spring Mountain in de Z06 dan in de ZR1.” Nou, dat zegt wel genoeg. Oh wacht, de Lapping Analyse in het artikel laat zien dat de Z06 sneller was op het rechtste stuk van het circuit, en dat zegt wel genoeg. De wortelsupercharger maakte de auto langzamer dan met natuurlijke aanzuiging door warmteontwikkeling. Een centrifugaal supercharger heeft geen van deze tekortkomingen.
Dus, bij het kiezen van een supercharger systeem: Wil je vermogen, of wil je een versiering?