Wie Kompressoren funktionieren

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Ford Ranger mit einem Kompressor unter der Motorhaube. Automotor Bilder.

-Seit der Erfindung des internen Verbrennungsmotors haben Automobilingenieure, Speed ​​Junkies und Rennwagendesigner nach Möglichkeiten gesucht, seine Leistung zu steigern. -Eine Möglichkeit, Leistung hinzuzufügen, besteht darin, einen größeren Motor zu bauen. Größere Motoren, deren Bau und Wartung mehr wiegen und mehr kosten, sind jedoch nicht immer besser.

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Eine andere Möglichkeit, Leistung hinzuzufügen, besteht darin, einen Motor normaler Größe effizienter zu machen. Sie können dies erreichen, indem Sie mehr Luft in die Brennkammer drücken. Mehr Luft bedeutet, dass mehr Kraftstoff hinzugefügt werden kann, und mehr Kraftstoff bedeutet eine größere Explosion und mehr Leistung. Hinzufügen von a Kompressor ist eine großartige Möglichkeit, eine erzwungene Luftansaugung zu erreichen. In diesem Artikel erklären wir, was Kompressoren sind, wie sie funktionieren und wie sie mit Turboladern verglichen werden.

Ein Kompressor ist ein Gerät, das den Lufteinlass auf über den atmosphärischen Druck bringt. Dies tun sowohl Lader als auch Turbolader. In der Tat ist der Begriff "Turbolader" eine verkürzte Version von "Turbolader", seinem offiziellen Namen.

Der Unterschied zwischen den beiden D-Geräten ist ihre Energiequelle. Turbolader werden durch den Massenstrom von Abgasen angetrieben, die eine Turbine antreiben. Kompressoren werden mechanisch durch Riemen- oder Kettenantrieb von der Kurbelwelle des Motors angetrieben.

Im nächsten Abschnitt werden wir uns ansehen, wie ein Kompressor seine Arbeit macht.

Ein Basismotor mit zusätzlichem Kompressor.

Ein gewöhnlicher Viertaktmotor widmet dem Lufteinlassprozess einen Hub. Dieser Prozess besteht aus drei Schritten:

1. Der Kolben bewegt sich nach unten.
2. Dies erzeugt ein Vakuum.
3. Luft mit atmosphärischem Druck wird in die Brennkammer gesaugt.

Sobald Luft in den Motor gesaugt wird, muss sie mit Kraftstoff kombiniert werden, um die Ladung zu bilden - ein Paket potenzieller Energie, das durch eine chemische Reaktion, die als bekannt ist, in nützliche kinetische Energie umgewandelt werden kann Verbrennung. Die Zündkerze löst diese chemische Reaktion durch Zünden der Ladung aus. Während der Oxidation des Kraftstoffs wird viel Energie freigesetzt. Die Kraft dieser Explosion, die sich über dem Zylinderkopf konzentriert, treibt den Kolben nach unten und erzeugt eine Hin- und Herbewegung, die schließlich auf die Räder übertragen wird.

Wenn mehr Kraftstoff in die Ladung gelangt, würde dies zu einer stärkeren Explosion führen. Sie können jedoch nicht einfach mehr Kraftstoff in den Motor pumpen, da eine genaue Menge Sauerstoff erforderlich ist, um eine bestimmte Menge Kraftstoff zu verbrennen. Dieses chemisch korrekte Gemisch - 14 Teile Luft zu einem Teil Kraftstoff - ist für einen effizienten Motor unerlässlich. Fazit: Um mehr Kraftstoff einzufüllen, muss man mehr Luft einfüllen.

Das ist die Aufgabe des Kompressors. Kompressoren erhöhen die Aufnahme, indem sie Luft über den atmosphärischen Druck komprimieren, ohne ein Vakuum zu erzeugen. Dies drückt mehr Luft in den Motor und sorgt für einen "Schub". Mit der zusätzlichen Luft im Boost kann der Ladung mehr Kraftstoff hinzugefügt und die Leistung des Motors erhöht werden. Durch das Aufladen werden durchschnittlich 46 Prozent mehr Leistung und 31 Prozent mehr Drehmoment hinzugefügt. In Höhenlagen, in denen sich die Motorleistung aufgrund der geringen Dichte und des geringen Drucks der Luft verschlechtert, liefert ein Kompressor Luft mit höherem Druck an den Motor, damit dieser optimal arbeiten kann.

Im Gegensatz zu Turboladern, die die durch die Verbrennung entstehenden Abgase zum Antrieb des Kompressors verwenden, beziehen Lader ihre Leistung direkt von der Kurbelwelle. Die meisten werden von einem Zubehörriemen angetrieben, der sich um eine Riemenscheibe wickelt, die mit einem Antriebsrad verbunden ist. Das Antriebsrad dreht wiederum das Kompressorrad. Der Rotor des Kompressors kann in verschiedenen Ausführungen erhältlich sein. Seine Aufgabe besteht jedoch darin, Luft einzusaugen, die Luft in einen kleineren Raum zu drücken und in den Ansaugkrümmer abzulassen.

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ProCharger D1SC Radialkompressor

Um die Luft unter Druck zu setzen, muss sich ein Lader schnell drehen - schneller als der Motor selbst. Wenn das Antriebsrad größer als das Kompressorrad ist, dreht sich der Kompressor schneller. Kompressoren können sich mit Geschwindigkeiten von 50.000 bis 65.000 Umdrehungen pro Minute (U / min) drehen..

Ein Kompressor, der sich mit 50.000 U / min dreht, bedeutet eine Steigerung von etwa sechs bis neun Pfund pro Quadratzoll (psi). Das sind sechs bis neun zusätzliche psi über dem atmosphärischen Druck in einer bestimmten Höhe. Der atmosphärische Druck auf Meereshöhe beträgt 14,7 psi, sodass durch einen typischen Schub eines Laders etwa 50 Prozent mehr Luft in den Motor gelangt.

Wenn die Luft komprimiert wird, wird sie heißer, was bedeutet, dass sie ihre Dichte verliert und sich während der Explosion nicht so stark ausdehnen kann. Dies bedeutet, dass es nicht so viel Strom erzeugen kann, wenn es von der Zündkerze gezündet wird. Damit ein Lader mit maximaler Effizienz arbeitet, muss die aus der Ausstoßeinheit austretende Druckluft gekühlt werden, bevor sie in den Ansaugkrümmer eintritt. Der Ladeluftkühler ist für diesen Kühlprozess verantwortlich. Ladeluftkühler gibt es in zwei Grundausführungen: Luft-Luft-Ladeluftkühler und Luft-Wasser-Ladeluftkühler. Beide arbeiten wie ein Kühler, wobei kühlere Luft oder Wasser durch ein Rohrsystem geleitet werden. Wenn die aus dem Lader austretende heiße Luft auf die Kühlerrohre trifft, kühlt sie auch ab. Die Verringerung der Lufttemperatur erhöht die Dichte der Luft, wodurch eine dichtere Ladung in die Brennkammer gelangt.

Als nächstes werden wir uns die verschiedenen Arten von Kompressoren ansehen.

Foto mit freundlicher Genehmigung von Shopper Der Eaton-Kompressor, ein modifizierter Roots-Kompressor.

Es gibt drei Arten von Kompressoren: Roots, Doppelschnecken und Zentrifugal. Der Hauptunterschied besteht darin, wie sie Luft zum Ansaugkrümmer des Motors befördern. Wurzeln und Doppelschneckenlader verwenden unterschiedliche Arten von Eingriffskeulen, und ein Radialkompressor verwendet ein Laufrad, das Luft ansaugt. Obwohl alle diese Konstruktionen einen Schub bieten, unterscheiden sie sich erheblich in ihrer Effizienz. Jeder Kompressortyp ist in verschiedenen Größen erhältlich, je nachdem, ob Sie Ihrem Auto nur einen Schub geben oder an einem Rennen teilnehmen möchten.

Der Roots-Kompressor ist das älteste Design. Philander und Francis Roots patentierten das Design 1860 als Maschine zur Belüftung von Minenschächten. Im Jahr 1900 baute Gottleib Daimler einen Roots-Kompressor in einen Automotor ein.

Roots Kompressor

Während sich die ineinandergreifenden Lappen drehen, wird Luft, die in den Taschen zwischen den Lappen eingeschlossen ist, zwischen der Füllseite und der Auslassseite befördert. Große Luftmengen strömen in den Ansaugkrümmer und "stapeln" sich, um einen Überdruck zu erzeugen. Aus diesem Grund sind Roots-Kompressoren eigentlich nichts anderes als Luftgebläse, und der Begriff "Gebläse" wird immer noch häufig verwendet, um alle Kompressoren zu beschreiben.

Foto mit freundlicher Genehmigung von Sport Truck Ein Ford Pickup aus den 1940er Jahren mit einem Roots-Kompressor.

Roots-Kompressoren sind normalerweise groß und sitzen oben auf dem Motor. Sie sind beliebt in Muscle-Cars und Hot Rods, weil sie aus der Motorhaube des Autos herausragen. Sie sind jedoch aus zwei Gründen der am wenigsten effiziente Kompressor: Sie erhöhen das Gewicht des Fahrzeugs und bewegen Luft in diskreten Stößen anstatt in einem gleichmäßigen und kontinuierlichen Fluss.

Foto mit freundlicher Genehmigung von Superchargers Online Doppelschneckenlader

Ein Doppelschneckenlader zieht Luft durch ein Paar ineinandergreifender Nocken, die einem Satz Schneckengetriebe ähneln. Wie beim Roots-Kompressor wird die Luft in einem Doppelschnecken-Kompressor in Taschen eingeschlossen, die von den Rotorkeulen erzeugt werden. Ein Doppelschneckenlader komprimiert jedoch die Luft im Rotorgehäuse. Dies liegt daran, dass die Rotoren eine konische Verjüngung haben, was bedeutet, dass die Lufteinschlüsse kleiner werden, wenn sich Luft von der Füllseite zur Auslassseite bewegt. Wenn die Lufteinschlüsse schrumpfen, wird die Luft in einen kleineren Raum gedrückt.

Doppelschneckenlader

Dies macht Doppelschnecken-Kompressoren effizienter, kostet jedoch mehr, da die Schraubenrotoren eine höhere Präzision im Herstellungsprozess erfordern. Einige Arten von Doppelschnecken-Kompressoren wie der Roots-Kompressor sitzen über dem Motor. Sie machen auch viel Lärm. Die aus dem Auslass austretende Druckluft erzeugt ein Jammern oder Pfeifen, das mit Geräuschunterdrückungstechniken unterdrückt werden muss.

Foto mit freundlicher Genehmigung von Muscle Mustang ProCharger D1SC Radialkompressor

Ein Radialkompressor treibt ein Laufrad - ein rotorähnliches Gerät - mit sehr hohen Drehzahlen an, um schnell Luft in ein kleines Kompressorgehäuse zu ziehen. Die Laufraddrehzahlen können 50.000 bis 60.000 U / min erreichen. Wenn die Luft an der Nabe des Laufrads angesaugt wird, bewirkt die Zentrifugalkraft, dass es nach außen strahlt. Die Luft verlässt das Laufrad mit hoher Geschwindigkeit, aber niedrigem Druck. Ein Diffusor - ein Satz stationärer Flügel, die das Laufrad umgeben - wandelt die Hochgeschwindigkeitsluft mit niedrigem Druck in Luft mit niedriger Geschwindigkeit und hohem Druck um. Luftmoleküle verlangsamen sich, wenn sie auf die Flügel treffen, was die Geschwindigkeit des Luftstroms verringert und den Druck erhöht.

Radialkompressor

Radialkompressoren sind die effizientesten und gebräuchlichsten aller Zwangsansaugsysteme. Sie sind klein, leicht und werden an der Vorderseite des Motors anstatt an der Oberseite befestigt. Sie machen auch ein unverwechselbares Jammern, wenn der Motor läuft - eine Qualität, die auf der Straße für Furore sorgen kann.

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Sowohl der Monte Carlo als auch der Mini-Cooper S sind mit Kompressoren erhältlich.

Jeder dieser Kompressoren kann als After-Market-Verbesserung zu einem Fahrzeug hinzugefügt werden. Mehrere Unternehmen bieten Kits an, die alle Teile enthalten, die für die Installation eines Kompressors als Heimwerkerprojekt erforderlich sind. In der Welt der lustigen Autos und Spritrennfahrer ist eine solche Anpassung ein wesentlicher Bestandteil des Sports. Einige Autohersteller nehmen auch Kompressoren in ihre Serienmodelle auf.

Als nächstes lernen wir die Vorteile des Aufladens Ihres Autos kennen.

Der größte Vorteil eines Kompressors ist die erhöhte Leistung. Befestigen Sie einen Kompressor an einem ansonsten normalen Auto oder LKW, und er verhält sich wie ein Fahrzeug mit einem größeren, leistungsstärkeren Motor.

Aber was ist, wenn jemand versucht, sich zwischen einem Lader und einem Turbolader zu entscheiden? Diese Frage wird von Autoingenieuren und Autoenthusiasten heiß diskutiert, aber im Allgemeinen bieten Kompressoren einige Vorteile gegenüber Turboladern.

Kompressoren leiden nicht unter Verzögerungen - ein Begriff, der beschreibt, wie viel Zeit zwischen dem Drücken des Gaspedals durch den Fahrer und der Reaktion des Motors vergeht. Turbolader leiden unter Verzögerungen, da es einige Momente dauert, bis die Abgase eine Geschwindigkeit erreichen, die ausreicht, um das Laufrad / die Turbine anzutreiben. Lader haben keine Verzögerungszeit, da sie direkt von der Kurbelwelle angetrieben werden. Bestimmte Kompressoren sind bei niedrigeren Drehzahlen effizienter, während andere bei höheren Drehzahlen effizienter sind. Wurzeln und Doppelschneckenlader bieten beispielsweise mehr Leistung bei niedrigeren Drehzahlen. Radialkompressoren, die effizienter werden, wenn sich das Laufrad schneller dreht, bieten mehr Leistung bei höheren Drehzahlen.

Der Einbau eines Turboladers erfordert umfangreiche Modifikationen des Abgassystems. Die Lader können jedoch oben oder seitlich am Motor angeschraubt werden. Das macht sie billiger zu installieren und einfacher zu warten und zu warten.

Die Grundeinstellung für ein Flugzeug mit einem Radialkompressor oder Kompressor.

Schließlich ist bei Ladern kein spezielles Abschaltverfahren erforderlich. Da sie nicht mit Motoröl geschmiert sind, können sie normal abgeschaltet werden. Turbolader müssen vor dem Abschalten etwa 30 Sekunden im Leerlauf laufen, damit das Schmieröl abkühlen kann. Trotzdem ist ein gutes Aufwärmen für Lader wichtig, da sie bei normalen Betriebstemperaturen am effizientesten arbeiten.

Kompressoren sind übliche Ergänzungen zu Verbrennungsmotoren von Flugzeugen. Dies ist sinnvoll, wenn man bedenkt, dass Flugzeuge die meiste Zeit in großen Höhen verbringen, in denen deutlich weniger Sauerstoff für die Verbrennung zur Verfügung steht. Mit der Einführung von Kompressoren konnten Flugzeuge höher fliegen, ohne die Motorleistung zu beeinträchtigen.

Kompressoren, die mit Flugzeugtriebwerken verwendet werden, funktionieren genauso wie in Autos. Sie beziehen ihre Kraft direkt aus dem Motor und blasen mit einem Kompressor Druckluft in den Brennraum. Die obige Abbildung zeigt die Grundeinstellung für ein aufgeladenes Flugzeug.

Als nächstes werden wir einige Nachteile von Kompressoren kennenlernen.

Beste aus beiden Welten Volkswagen hat kürzlich einen "Twincharger" -Motor für einen Golf GT herausgebracht. Der Twincharger wird sowohl mit einem Lader als auch mit einem Turbolader geliefert. Bei niedriger Motordrehzahl bläst der Lader Luft in die Zylinder, um das Drehmoment im unteren Bereich zu verbessern. Bei hohen Drehzahlen, wenn Abgase in ausreichender Menge erzeugt wurden, wird der Turbolader aktiviert, um die Spitzenleistung zu steigern. Der GT, der nur in Europa erhältlich ist, erreicht in 7,9 Sekunden 100 km / h. Es kann auch 136 Meilen pro Stunde erreichen, während es immer noch 39 Meilen pro Gallone liefert.

Der größte Nachteil von Ladern ist auch ihr charakteristisches Merkmal: Da die Kurbelwelle sie antreibt, müssen sie einen Teil der Motorleistung stehlen. Ein Kompressor kann bis zu 20 Prozent der Gesamtleistung eines Motors verbrauchen. Aber weil ein Kompressor bis zu 46 Prozent zusätzliche Leistung erzeugen kann, denken die meisten, dass sich der Kompromiss lohnt.

Das Aufladen belastet den Motor zusätzlich, der stark sein muss, um den zusätzlichen Schub und größere Explosionen zu bewältigen. Die meisten Hersteller berücksichtigen dies, indem sie bei der Konstruktion eines Motors mit Kompressor Hochleistungskomponenten angeben. Dies verteuert das Fahrzeug. Die Wartung von Kompressoren kostet ebenfalls mehr, und die meisten Hersteller empfehlen Premium-Gas mit hoher Oktanzahl.

Trotz ihrer Nachteile sind Kompressoren immer noch der kostengünstigste Weg, um die Leistung zu steigern. Kompressoren können zu Leistungssteigerungen von 50 bis 100 Prozent führen und eignen sich daher hervorragend für Rennen, das Ziehen schwerer Lasten oder einfach nur für das typische Fahrerlebnis.

Weitere Informationen zu Kompressoren und verwandten Themen finden Sie unter den Links auf der nächsten Seite.

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Weitere großartige Links

• US Centennial Flight Commission
• ProCharger Radialkompressoren
• Whipple Industries
• Vortech Engineering

Quellen

• "Alles über Gebläse: Die Vor- und Nachteile von Druckluft." Muskel Mustangs und schnelle Fords.
  http://www.musclemustangfastfords.com/tech/0411mm_super/
• Barnes, Dan. "Kompressorübersicht: Alles, was Sie über Kompressoren wissen wollten." Sport-Kleinwagen.
  http://www.sportcompactcarweb.com/tech/0107scc_garage/
• Brauer, Karl. "Lade es auf!" Edmunds.com.
  http://www.edmunds.com/ownership/techcenter/articles/43842/article.html
• Ferrari, Brian. "Überblick: Kompressor vs. Turbolader." AutomotiveArticles.com.
  http://www.automotivearticles.com/123/Supercharger_vs_Turbocharger_.shtml
• Phenix, Matthew. "Das Turbo- und Kompressorauto." Populärwissenschaften. Oktober 2005.
• ProCharger Radialkompressoren
  http://www.procharger.com/
• SuperchargersOnline
  http://www.superchargersonline.com/index.asp
• Wilson, Kevin. "Grundlagen des Kompressors." Sportwagen.
  http://www.sporttruck.com/techarticles/1436/
• "Turbos und Kompressoren erklärt", sagte FordvsChevy. 17. Oktober 1999.
  http://www.fordvschevy.com/tech/tbsc/tbsc.html
• US Centennial Flight Commission
  http://www.centennialofflight.gov/essay/Dictionary/supercharger/DI115.htm
• Vortech Engineering
  http://www.vortechsuperchargers.com/
• Whipple Industries
  http://www.whipplesuperchargers.com/