Turboladdare vs. Superchargers: Ditt intro till forcerad induktion

Turboladdare finns överallt. Faktum är att nästan alla biltillverkare erbjuder turboladdade motorer. Men hur fungerar dessa små prestandahöjare, och varför blir de så populära?

Rektorn

I grund och botten fungerar både turboladdare och kompressorer genom att leverera mer luft till motorn. Syre är ett ben i förbränningspyramiden, tillsammans med bränsle och en antändningskälla – även kallad "gnista". För För att förbränning ska ske mest effektivt måste det finnas en noggrann balans mellan syre, bränsle och gnista.

Att hitta denna balans har länge varit ett problem för motordesigners. Under större delen av förbränningens historia låg problemet i att leverera tillräckligt med bränsle. Tack vare den senaste utvecklingen av direkt bränsleinsprutning med superhögt tryck har detta i princip lösts. Nu gäller det att ge tillräckligt med luft för att motorn ska kunna andas.

En riktigt högpresterande motor kommer att behöva suga in ungefär ett barns sovrum med luft varje minut – tänk Dodge Hellcat. Fysikens lagar tillåter vanligtvis inte detta eftersom den enda kraften som drar in luft i en motor är den låga tryck som skapas när motorns cylindrar dras tillbaka - precis som vad som händer när kolven dras tillbaka på en spruta.

Denna kraft är helt enkelt inte tillräckligt kraftfull för att hålla jämna steg med mängden bränsle som moderna motorer kan spruta in i sina cylindrar. Både turboladdare och kompressorer försöker lösa detta genom en process som kallas forcerad induktion, vilket är en tjusig term för att tvinga in mer luft i motorn. Var och en gör detta på olika sätt, dock med separata fördelar och nackdelar.

Turboladdare

Den vanligaste formen av forcerad induktion är turboladdare. Biltillverkare älskar dem eftersom de, åtminstone i teorin, kan användas för att förbättra både kraft och ekonomi.

Det verkar som att allt som kan göra det måste vara otroligt komplext, men turbo är faktiskt bedrägligt enkla. Under deras konstigt akvatiska skal är turboladdare i huvudsak ett par fläktar som är sammanlänkade med en axel.

Heta motoravgaser snurrar den första fläkten som i sin tur driver den andra, som används för att komprimera luft. Denna tryckluft tvingas sedan tillbaka in i motorn. Som diskuterats ovan innebär denna tillförda luft att mer bränsle kan sprutas in och att det bränsle som än finns där kan förbrännas mer fullständigt.

Ur prestationssynpunkt är fördelarna tydliga. Turboladdare ökade luftvolymen, vilket gör att mer bränsle kan användas i varje förbränningscykel, vilket leder till mer kraft. I grund och botten tillåter detta en liten motor att låtsas att den är mycket större.

När det kommer till effektivitet är fördelarna med turboladdning lite svårare att förstå. Till att börja med kan turboladdare erbjuda några inneboende fördelar. Turboladdare kan hjälpa till att förbättra effektiviteten genom att säkerställa att det finns tillräckligt med luft för att varje förbränning är komplett. De kan också bidra till att förbättra en motors termodynamiska effektivitet genom att öka dess driftstemperatur. Bäst av allt, eftersom turbo drivs av i huvudsak "fri" energi (motoravgaser), skadar deras närvaro inte effektiviteten alls.

Den verkliga anledningen till att biltillverkare älskar turboladdare har mindre att göra med teknik och mer med mänskligt beteende att göra. Den genomsnittliga föraren använder full gas mindre än en procent av tiden. I en stor, naturligt aspirerad motor betyder detta att mycket kraft går till spillo, medan motorns storlek fortfarande drar ner effektiviteten.

Däremot drivs turboladdare av motoravgaser, som endast produceras i tillräckliga mängder när motorn arbetar hårt. Detta innebär att när föraren inte är hård på gasen, tillför inte turboladdaren mer luft och motorn inte tillför mer bränsle. Så ett sätt att tänka på en turboladdare är att skapa en motor som kan vara så stor eller så liten som situationen kräver.

Detta är bra i teorin, eftersom en bil har potential att vara effektiv och kraftfull på samma gång. Verkligheten, som den ofta är, är inte lika rosa. Turboladdade motorer kan förväntas leverera antingen sina effektsiffror eller sina ekonomisiffror, men inte båda samtidigt. Kör fullgas på en turboladdad bil och bränsleekonomin blir inte bättre än en bil med en större motor. Kör den långsamt och turbon används helt enkelt inte.

Så kanske det bästa sättet att tänka på turboladdare är att ge förarna flexibilitet. De kan välja hur effektiva de vill vara och hur kul de vill ha. Turbo är tyvärr inte magiskt så de kan inte alltid ge båda samtidigt.

Superladdare

Superladdare kanske fungerar utifrån samma princip som turboladdare, men de är lite mer komplicerade.

Istället för att drivas av avgaser drivs överladdare mekaniskt. Vanligtvis är överladdare anslutna till motorns vevaxel via en kedja eller rem. Motorns kraft används sedan för att driva en av två typer av kompressorer.

De flesta kompressorer använder någon variant av fläkten av typen "Roots". Dessa kompressorer använder dubbla, överlappande rotorer för att komprimera luft. Roots-designen är relativt enkel och kan göras till en mängd olika specifikationer. Avancerade Eton-byggda kompressorer kan hittas på en mängd olika fordon som den utgående Cadillac CTS-V och Audi S4.

Den mindre vanliga designen är "Lysholm" impeller. Denna design tvingar luft mellan två överlappande Archimedes-skruvar och komprimerar den till oerhört höga tryck. Impellerkompressorer är effektiva och levererar kraft över ett brett spektrum av motorvarvtal, men de är dyra att bygga. De dubbla skruvarna måste passa perfekt, och detta kräver otroligt fina tillverkningstoleranser. Av denna anledning tenderar Lysholm-kompressorer att finnas i mycket högpresterande applikationer som Mercedes AMG-bilar eller Dodge Hellcats.

I båda fallen ger kompressorer flera viktiga fördelar jämfört med avgasdrivna turbos. Superchargers har ingen fördröjning, eftersom de drivs direkt av drivaxeln. Detta är särskilt viktigt på lågvarvsmotorer med stor slagvolym, varför högpresterande amerikanska V8:or ofta är överladdade snarare än turboladdade.

Superchargers levererar också vridmoment över ett bredare varvtalsområde, vilket gör dem attraktiva ur prestandasynpunkt.

Tyvärr finns det också nackdelar. Kompressorer tenderar att vara mekaniskt mer komplexa än turboladdare, på grund av deras direkta koppling till motorn. Enkelt uttryckt använder kompressorer kraft för att skapa kraft. De är också stora, tunga och behöver i allmänhet monteras direkt ovanpå motorn, varav det senare är ett allvarligt problem för moderna biltillverkare, för vilka utrymmet är en premie.

Till skillnad från turboladdare minskar kompressorer motorns effektivitet, eftersom en kompressor ständigt använder en del av motorns kraft för att svänga. När inte mycket ström behövs, är denna energi i huvudsak bortkastad. Det är därför överladdare sällan - om någonsin - hittas utanför prestandaapplikationer.

Slutsats

Alla som köper en bil under de närmaste åren kommer sannolikt att ställas inför valet om de ska skaffa en turboladdad modell eller inte. Det finns inget enkelt svar. Det är dock värt att notera att även om de erbjuder många fördelar, särskilt när det gäller prestanda, kommer de inte alltid att leva upp till sitt löfte om effektivitet.

Turboladdare kanske inte är en silverkula, men de kan vara en utmärkt kompromiss. De erbjuder extra kraft när det behövs - eller bara önskas - samtidigt som de kan hålla uppe mpg när du kör normalt. Superchargers, å andra sidan, handlar om 24/7-prestanda.

För köpare som vill uppleva V8-kraft med stor slagvolym är en kompressor ett utmärkt alternativ. Tänk för ett ögonblick att några av de mest spännande bilarna i år alla kommer med stora fläktar monterade: den nya Cadillac CTS-V, den Corvette Z06, och den mäktiga Dodge Hellcats.

I slutändan kommer beslutet att skaffa en turboladdare, en kompressor eller ingen av dem att bero på köparens bil och körstil. Oavsett vilket har tvångsinduktion mycket att erbjuda för nästan alla typer av förare.

Redaktörens rekommendationer

• Tesla Destination Chargers vs. Superchargers: Vad är skillnaden?