Volymen och effektiviteten hos en naturligt aspirerad motor begränsar hur mycket kraft den kan producera. Motorn kan bara andas in så mycket luft eftersom den atmosfäriska kraften som trycker in luft i motorn bara är 14,7 lbs. per kvadrattum vid havsnivån. För att göra saken värre minskar atmosfärstrycket med höjden. Luftdensiteten minskar också med temperaturen eftersom varm luft är tunnare än kall luft.
De flesta vanliga naturligt aspirerade motorer uppnår endast en maximal volymetrisk verkningsgrad på 75 % till 85 %.
Små block eller stora block Chevy-, Ford- eller Chrysler-motorer är vanligtvis begränsade till två ventiler per cylinder och fast ventiltid, men om du arbetar på en motor av sen modell kan flera ventiler per cylinder och variabel ventiltid hjälpa till att förbättra andningseffektiviteten .
Andra knep för att förbättra luftflödet och volymetrisk effektivitet i en naturligt aspirerad motor
• Installation av en kamaxel med högre lyft och längre varaktighet.
• Modifiera lagerhuvudena eller ersätt dem med eftermarknadsprestandahuvuden som har större ventiler och bättre portar.
• Installera ett insugningsrör med högre och längre löpare för att hjälpa till att trycka in mer luft i cylindrarna.
• Installation av en större gasspjäll eller förgasare (eller flera förgasare) som kan flyta mer CFM (kubikfot per minut).
• Lägga till en luftskopa eller kallluftsintagssystem för att hjälpa till att leda svalare och tätare luft in i motorn.
• Förbättrad avgasrening med samlingsrör och korsade rör som hjälper till att förbättra luftflödet ut ur cylindrarna.
Med sådana förbättringar är det möjligt att öka en motors volymetriska effektivitet till 90 % eller ännu högre. Men för att uppnå 100 % eller högre volymetrisk verkningsgrad (särskilt vid högre varvtal) krävs vanligtvis någon typ av tvångsinduktionssystem som en turboladdare eller kompressor.
Tvingad induktion
Ett forcerat induktionssystem övervinner begränsningarna av atmosfärstryck genom att trycka in mer luft i cylindrarna. Följaktligen blir motorns effekt en funktion av hur mycket boost den får. Dessutom övervinner man genom att höja laddtrycket många brister i induktionssystemet och cylinderhuvuden som annars skulle begränsa luftflödet och motorns volymetriska effektivitet.
Det är trots allt mycket lättare att trycka in luft i en motor med turbo eller fläkt än att suga in den med enbart insugningsvakuum.
Även med en relativt måttlig ökning, säg 6 till 8 psi, kan ett forcerat induktionssystem enkelt öka uteffekten hos en typisk gatumotor med 150 hästkrafter eller mer.
Vrid upp laddtrycket till 14 till 16 psi och du kan vanligtvis fördubbla effekten av de flesta motorer. Skruva upp det ännu mer och du är iväg till tävlingarna. Utmaningen blir då att bygga motorn så att den säkert kan hantera den extra kraften utan att gå sönder något (vilket vi kommer till inom kort).
Luftinduktionsskillnader
En turboladdare använder heta avgaser för att snurra ett turbinhjul med höga hastigheter som är anslutet med en kort axel till ett impellerhjul inuti kompressorhuset. Fläkthjulet suger in luft i turbohuset, komprimerar det och trycker in det i motorn för att skapa laddtryck. När den komprimeras blir luften varm, så luften som kommer ut från turbon leds vanligtvis genom en luft-till-luft eller luft-till-vatten värmeväxlare som kallas en "intercooler".
Laddtrycket styrs av en "avfallsport" som öppnas för att ventilera trycket när en viss nivå av förstärkning har uppnåtts.
Turbosatser finns tillgängliga för många populära applikationer och förenklar installationsproblemen avsevärt genom att tillhandahålla all hårdvara och VVS som behövs för att passa ett visst fordon, inklusive bränsleinsprutare med högre flöde, en bränslepump med högre flöde i vissa fall och ett speciellt tunerverktyg för omkalibrering av ECM.
Överladdning, i jämförelse, ger vanligtvis mer omedelbar gasrespons beroende på vilken typ av kompressor som används. En kompressor är en remdriven fläkt så den är något mindre effektiv än en turbo eftersom den tappar kraft från motorn för att driva fläkten. En turbo får sin drivenergi gratis från avgaserna men skapar också en liten mängd effektreducerande mottryck som måste övervinnas innan den utvecklar boost och börjar producera kraft.
En "positiv deplacement" kompressor (även kallad en "Roots" stil blåsare) - som den på ZR1 Corvette, GT 500 Shelby Mustangs, Roush Mustangs och många street rods - har motroterande flikiga rotorer som tvingar in luft i motorn. Laddtrycket som utvecklas beror på motorns varvtal och underväxeln för remskivan på kompressorn.
Som jämförelse har en "centrifugal" kompressor inte motroterande rotorer, utan använder en kompressordesign som liknar impellerhjulet på en turboladdare. Boost bygger med rpm mer som en turbo, men gasresponsen är bättre på grund av remdriftinställningen.
Supercharger-satser finns tillgängliga för många populära gatumotorer och erbjuder vanligtvis en prestandaökning på 150 till 200 eller mer hästkrafter - vilket de flesta lagerblock kan hantera. Men ytterligare modifieringar blir nödvändiga för att bibehålla motorns tillförlitlighet med högre nivåer av förstärkning.
Turbofel och motorproblem
Turboladdarfel är ofta resultatet av dålig smörjning eller oljenedbrytning. Den höga temperaturen i turboavgashuset överför mycket värme till axellagren i mitthuset. Om tillförseln av kylvätska eller olja till turbohuset begränsas eller går förlorad kan det orsaka lagerfel. Syntetisk olja rekommenderas för turbomotorer eftersom den klarar högre temperaturer bättre än konventionell olja. Regelbundna oljebyten är också ett måste.
Eftersom turboladdare ökar kompression och kraft ökar de också värme och tryck inuti motorns förbränningskammare. Detta kan göra livet svårt för topppackningen om inte packningen klarar av den extra förstärkningen.
Många topppackningar som används i turboladdade fabriksmotorer är flerskiktsstål (MLS). En MLS-huvudpackning har vanligtvis tre till fem lager stål. De yttre skikten är vanligtvis präglade och belagda med någon typ av högtemperatur syntetiskt gummi, medan mittskiktet kan vara platt och fungerar mer som ett mellanlägg. MLS-packningar är mer hållbara än den typiska huvudpackningen och kan hantera de högre temperaturerna och trycken i turboapplikationer. Eftermarknads MLS-huvudpackningar är ofta tillgängliga som en uppgradering för att ersätta topplockspackningar på många naturligt aspirerade motorer såväl som äldre turboladdade motorer som kanske inte har en MLS-huvudpackning.
Originalutrustning MLS topplockspackningar kräver vanligtvis en extremt slät (30 RA eller mindre) ytfinish på både cylinderhuvudet och motorblocket, men de flesta eftermarknads MLS-packningar har beläggningar som kan ta emot ytfinishar som är dubbelt så grova (60 RA).
Motorändringar
Närhelst du anpassar en motor för en kund som kommer att använda någon typ av kraftadderare, kommer större uppgraderingar eller modifieringar att bli nödvändiga för att säkert hantera effektökningen. Vilka mods och hur mycket beror på motorn och applikationen. En motor som går in i en dragbil eller någon annan typ av racerbil kanske inte tar upp många mil under en säsong, men de mil som den kör kommer att vara hårda mil med full gas under tung belastning. Gatumotorer, å andra sidan, tillbringar det mesta av sin tid igång under relativt lätta belastningar och är bara ibland anlitade för att producera maximal effekt. Men de förväntas hålla tiotusentals mil utan några större problem. Så det kan hävdas att motorns hållbarhet är lika viktigt för båda typerna av adderare.
Uppgraderingarna som är nödvändiga för att hantera kraftaddare beror på motorn och den effektnivå motorn är byggd för att producera. För en typisk gatuapplikation är förändringar av lagerkolvar, stänger och vevaxel vanligtvis onödiga om inte en kund vill göra galna kraftnivåer. De flesta lagerblock V8:or kan säkert hantera 150 till 200 extra hästkrafter på gatan utan att stöta på några större problem.
När en motors uteffekt överstiger cirka 600 hk med ett litet block, eller 800 hk med ett stort block, börjar uppgraderingar att bli obligatoriska med kraftaddare.
