سوپر شارژر و توربو شارژر (4)

سوپر شارژر مرکز گریز ProCharger D1SC

برای فشرده کردن هوا یک سوپر شارژر باید خیلی سریع بچرخد ـ سریع تر خود موتور. بزرگ تر بودن چرخ دنده ی محرک نسبت به چرخ دنده ی کمپرسور باعث می شود که کمپرسور سریع تر بچرخد. سوپر شارژر ها می توانند در سرعت های بلایی نظیر 50000 تا 65000 دور بر دقیقه کار کنند.
اگر کمپرسور 50000 دور بر دقیقه بچرخد. تقویتی برابر شش تا نه پوند بر اینچ مربع ایجاد می کند که به معنی شش تا نه psi بالاتر از فشار اتمسفریک در یک ارتفاع خاص است. فشار جو در سطح دریا 14.7 psi است، بنابر این یک تقویت معمولی به وسیله ی یک سوپر شارژر حدود 50 درصد به هوای ورودی بر موتور می افزاید.
اگر هوا فشرده شود داغ می شود، بدین معنا که چگالی خود را از دست می دهد و در زمان انفجار نمی تواند خیلی منبسط شود. این یعنی این که وقتی به وسیله ی شمع آتش زده می شود نمی تواند قدرت زیادی ایجاد کند. برای این که یک سوپر شارژر در ماکسیمم بازده کار کند، هوای فشرده که از بخش خروجی تخلیه می شود. می بایست قبل از ورود به منیفولد ورودی خنک شود. یک اینتر کولر این وظیفه را به عهده دارد. اینتر کولر ها به دو صورت عرضه می شوند: اینتر کولر های هوا به هوا و اینتر کولر های هوا به آب. هر دو ی آن ها مانند رادیاتور ها کار می کنند. هوا یا آب به مجموعه ای از لوله ها فرستاده می شوند و وقتی که هوای داغ خارج شده با لوله ها برخورد می کند خنک می شود. کاهش دمای هوا چگالی آن را افزایش می دهد که باعث می شود. مخلوط متراکم تری از هوا و سوخت وارد اتاق احتراق شود.
در مرحله ی بعد انواع مختلف سوپر شارژر ها را بررسی می کنیم .

انواع سوپر شارژر

سه نوع سوپر شارژر وجود دارد: روتز (Roots)، دو پیچی(twin screw) و مرکز گریز. تفاوت اصلی آن ها در چگونگی حرکت دادن هوا به سمت منیفولد مکش موتور است. سوپر شارژر های روتز و دو پیچی از انواع لب های گیر اندازنده(meshing lobe) استفاده می کنند و یک سوپر شارژر مرکز گریز از پروانه برای به درون کشیدن هوا استفاده می کند. گرچه تمام این سه نوع موجب تقویت هستند ولی بازدهی های متفاوتی دارند. بسته به این که شما بخواهید خودرو را کمی تقویت کنید یا در یک مسابقه رقابت کنید انواع مختلف سوپر شارژر در اندازه های مختلف وجود دارند.

سوپر شارژر اتون، یک سوپر شارژر روتز بهینه سازی شده

سوپر شارژر روتز قدیمی ترین طرح است. Philander و Francis روتز در سال 1860 طرح را به عنوان ماشینی که می تواند به خنک کاری مته های معدن کمک کند به ثبت رساندند. در سال 1900 Gottleib Daimler یک سوپر شارژر روتز را در موتور خودرو یی به کار گرفت.

سوپر شارژر روتز

با چرخش لب های گیر اندازنده، هوایی که میان لب ها گیر کرده است از سمت ورودی به سمت خروجی می روند. مقادیر بزرگی از هوا به منیفولد ورودی می روند و انباشته می شوند تا فشار مثبت ایجاد کنند. به همین جهت سوپر شارژر های روتز در واقع چیزی بیشتر از دمنده های هوا نیستند، و واژه ی دمنده ی هوا همچنان اغلب برای تمام سوپر شارژر ها به کار می رود.

یک هورد پیک آپ دهه 1940 با یک سوپر شارژر روتز

سوپر شارژر های روتز معمولا بزرگ هستند و در بالای موتور قرار داده می شوند. سوپر شارژر های روتز در ماشین های عضلانی و اتومبیل های مسابقه و شکاری قرار داده می شوند زیرا بیرون کاپوت قرار می گیرند. به هر حال آن ها از نا کار آمد ترین سوپر شارژر ها هستند: اول اینکه به وزن خودرو اضافه می کنند و دوم این که به جای آن که هوا را به صورت یک جریان نرم و پیوسته بفرستند در انفجار های گسسته می فرستند.

سوپر شارژر های دو پیچی

یک سوپر شارژر دو پیچی هوا را به وسیله یک جفت لب گیر اندازنده که شبیه مجموعه ای از چرخ دنده های حلزونی می باشند می کشد. هوای درون یک سوپر شارژر دو پیچی مانند یک سوپر شارژر روتز در فضای ایجاد شده به وسیله ی لب های گردنده محبوس می شود. اما در یک سوپر شارژر دو پیچی هوا درون پوشش موتور فشرده می شود و این به خاطر آن است که روتور ها باریک شدگی مخروطی دارند؛ یعنی هرچه از سمت ورودی به سمت خروجی برویم فضا ها برای هوا کوچک تر می شوند و هرچه فضا ها کوچک شوند هوا در فضای کوچکتری فشرده می شود.

سوپر شارژر دو پیچی

سوپر شارژر دو پیچی

آنچه گفته شد سوپر شارژر های دو پیچی را کار آمد تر می سازد، اما آن ها گران تر هستند چون روتور های پیچ مانند نیازمند دقت بیشتری در فرآیند تولید هستند. برخی انواع سوپر شارژر ها ی دو پیچی مانند سوپر شارژر های روتز بالای موتور می نشینند، آن ها همچنین صدای زیادی هم تولید می کنند. هوای فشرده ای که خروجی سوپر شارژر را ترک می کند. یک صدای ناله یا سوت ایجاد می کند که باید به وسیله روش های فرو نشاندن صدا آرام شود.

سوپر شارژر های مرکز گریز

یک سوپر شارژر مرکز گریز به یک پروانه در سرعت های بسیار بالا توان می دهد تا هوا را به درون پوشش کوچک کمپرسور بکشاند. یک پروانه می تواند تا سرعت های 50000 تا 60000 دور بر دقیقه برسد. همان طور که هوا به مرکز پروانه کشیده می شود، نیروی مرکز گریز آن را وادار می کند که به صورت شعاعی به بیرون پخش شود. هوا پروانه را در سرعت بالایی ترک می کند اما فشار هوا در آن نقطه کم است. یک پخشگر(diffuser) ـ دسته ای از پره های ثابت که پروانه را احاطه کرده اند ـ هوای با سرعت بالا و فشار کم را به هوای با سرعت کم و فشار بالا تبدیل می کند. وقتی هوا به پره ها برخورد می کند، سرعت ملکول های آن کم و فشارش زیاد می شود.

سوپر شارژر مرکز گریز ProCharger D1SC

سوپر شارژر مرکز گریز

سوپر شارژر ها ی مرکز گریز کارآمد ترین و رایج ترین سیستم های مکش تقویت شده هستند. سبک و کوچک هستند به علاوه به جلوی موتور متصل می شوند نه به بالای آن. همچنین وقتی که موتور دور می گیرد یک ناله ی واضح از آن به گوش می رسد، ویژگی که سر ها را به سوی خیابان می چرخاند.

هر دوی مونت کارلو و مینی کوپر اس با سوپر شارژر هم عرضه می شوند.
هر کدام از این سوپر شارژر ها می توانند به عنوان یک ارتقای پس از فروش برای یک خودرو در نظر گرفته شوند. شرکت های متعددی مجموعه ها یی از تمام قطعات ضروری برای نصب یک سوپر شارژر را به عنوان یک پروژه ی do-it-course عرضه می کنند. در دنیای خودرو های عجیب و غریب و fuel racer ها چنین سفارشی سازی یک جزء لازم از ورزش است. خودرو سازان متعددی نیز سوپر شارژر ها را در مدل های تولید خود در نظر می گیرند.
در بخش بعدی در مورد مزایا و معایب به کار بستن سوپر شارژر یاد خواهیم گرفت.

مزایا و معایب سوپر شارژر ها

بزرگ ترین فایده ی سوپر شارژر افزایش توان موتور است. نصب کردن یک سوپر شارژر روی یک ماشین یا کامیون باعث می شود رفتار ان مانند یک خودرو با موتوری بزرگ تر شود.
اما چه اگر کسی بخواهد میان سوپر شارژر و توربو شارژر انتخاب کند؟ این سوال به سختی مورد بحث مهندسان و دوست داران خودرو است. اما به طور کلی سوپر شارژر ها برتری مختصری نسبت به توربو شارژر ها دارند.
سوپر شارژر ها از پس افت(lag) رنج نمی برند ـ یعنی زمانی میان فشار دادن پدال و عکس العمل موتور. ولی توربو شارژر ها از پس افت رنج می برند به خاطر این که زمان کوتاهی طول می کشد تا گاز های اگزوز به سرعت کافی برای چرخاندن پروانه یا توربین برسند. سوپر شارژر ها هیچ پس افتی ندارند به خاطر اینکه به طور مستقیم توسط میل لنگ گردانده می شوند. برخی سوپر شارژر ها در دور های پایین بازدهی بیشتری دارند در حالی که برخی دیگر در دور های بالا بازدهی بیشتری دارند. برای مثال سوپر شارژر های روتز و دو پیچی در دور های پایین توان بیشتری ایجاد می کنند. اما سوپر شارژر های مرکز گریز هرچه دور پروانه بیشتر شود کارآمد تر می گردند، لذا در دور های بالاتر توان بیشتری ایجاد می کنند.
نصب کردن یک توربو شارژر نیازمند اصلاحات و تغییرات زیادی در سیستم اگزوز است. اما سوپر شارژر ها می توانند به بالا یا پهلوی موتور پیچ شوند، که این نصب آن ها را ارزان تر و تعمیر و سرویس کاری را آسان تر می سازد.
در نهایت هیچ راه ویژه ای برای خاموش کردن سوپر شارژر ها مورد نیاز نیست. زیرا آن ها به وسیله ی روغن موتور روغن کاری نمی شوند. آن ها به صورت معمولی خاموش می شوند. توربو شارژر ها باید حدود 30 ثانیه یا کمتر بی بار باشند تا خاموش شوند. در صورت روغن روان سازی برای خنک شدن فرصتی خواهد داشت. با این گفته یک گرم کردن مناسب برای سوپر شارژر ها مهم به نظر می رسد، به گونه ای که در دماهای معمولی کار با بیشترین بازده کار می کنند.
سوپر شارژر ها معمولا بر روی موتور های احتراق داخلی هواپیما ها افزوده می شوند. این کار منطقی است اگر در نظر داشته باشیم که هواپیما ها بیشتر زمان خود را در ارتفاع های زیاد می گذرانند که اکسیژن کمتری برای احتراق وجود دارد. با آمدن سوپر شارژر ها هواپیما ها قادر بودند تا در ارتفاع های بالا تری پرواز کنند بدون این که از کارایی موتور کاسته شود.