सुपरचार्जर, टर्बो जो नहीं कर सकता, वह कैसे करता है?

सुपरचार्जर एक फोर्स्ड इंडक्शन सिस्टम है जो इंजन में जाने वाली हवा को संपीड़ित करके उसी इंजन विस्थापन से अधिक शक्ति प्राप्त करने में सक्षम बनाता है; टर्बो से इसका अंतर यह है कि यह एग्जॉस्ट गैस के बजाय सीधे क्रैंकशाफ्ट से यांत्रिक शक्ति लेता है। इस कड़ी के कारण यह बिना देरी के, तुरंत और रैखिक शक्ति प्रदान करता है; इसके बदले में यह इंजन की अपनी शक्ति का एक हिस्सा लगातार खर्च करता है और ईंधन किफायत में आमतौर पर टर्बो से कम कुशल होता है।

सुपरचार्जर कैसे काम करता है: क्रैंकशाफ्ट से मिलने वाली शक्ति

किसी आंतरिक दहन इंजन द्वारा उत्पन्न की जा सकने वाली शक्ति को निर्धारित करने वाली मूल सीमा सिलेंडरों में कितनी ऑक्सीजन प्रवेश करती है, यह है। एटमॉस्फेरिक इंजन में हवा, इंटेक स्ट्रोक द्वारा बनाए गए वैक्यूम और अपने स्वयं के दबाव के धकेलने से प्रवेश करती है। सुपरचार्जर इस संतुलन को बदल देता है: हवा को वायुमंडलीय दबाव से ऊपर के दबाव (बूस्ट) के साथ सिलेंडरों में पंप करता है। अधिक ऑक्सीजन का मतलब है कि अधिक ईंधन जलाया जा सकता है; हर चक्र में अधिक शक्तिशाली विस्फोट, यानी अधिक हॉर्सपावर और टॉर्क।

तंत्र के दृष्टिकोण से महत्वपूर्ण बिंदु शक्ति स्रोत है। सुपरचार्जर क्रैंकशाफ्ट से बेल्ट, चेन या गियर के जरिए सीधे जुड़ा होता है; इंजन जितनी तेजी से घूमता है, सुपरचार्जर भी उतनी ही तेजी से घूमता है। टर्बो, इसके बिल्कुल विपरीत, एग्जॉस्ट गैस की गतिज ऊर्जा से घूमता है और इस ऊर्जा का एक हिस्सा पुनः प्राप्त करता है। यही एक अंतर दोनों तकनीकों का पूरा चरित्र तय करता है: एक तुरंत प्रतिक्रिया देता है लेकिन इसकी कीमत ईंधन में चुकाता है, दूसरा बर्बाद होने वाली एग्जॉस्ट ऊर्जा का उपयोग करता है लेकिन शुरुआत में इंतज़ार कराता है।

संपीड़न प्रक्रिया की एक और कीमत है: गर्मी। संपीड़ित हवा गर्म हो जाती है, गर्म हवा का घनत्व कम हो जाता है और शक्ति वृद्धि सीमित हो जाती है। इसीलिए गंभीर सुपरचार्ज सिस्टम में एयर-टू-एयर या एयर-टू-वाटर प्रकार का इंटरकूलर उपयोग किया जाता है; संपीड़ित हवा को ठंडा करके अधिक घना और ऑक्सीजन से समृद्ध बनाया जाता है। साथ ही उच्च बूस्ट दबावों पर नॉकिंग का जोखिम बढ़ जाता है; उच्च ऑक्टेन ईंधन नॉकिंग के प्रतिरोधी होने के कारण अधिक आक्रामक सेटिंग्स की अनुमति देता है।

टर्बो और सुपरचार्जर में अंतर: गैस रिस्पॉन्स बनाम दक्षता

दोनों तकनीकों को अलग करने वाला सवाल असल में यह है: ऊर्जा कहाँ से ले रहे हैं? टर्बो, सामान्यतः चिमनी से निकलने वाली एग्जॉस्ट ऊर्जा को टर्बाइन के जरिए पुनः प्राप्त करता है; इसीलिए सैद्धांतिक रूप से यह अधिक कुशल है। लेकिन टर्बाइन के घूमना शुरू होने में समय लगता है। कम आरपीएम पर एग्जॉस्ट प्रवाह अपर्याप्त होता है, टर्बाइन के भरने तक इंजन नैचुरल एस्पिरेशन जैसा व्यवहार करता है; इस प्रतीक्षा को टर्बो लैग कहा जाता है।

सुपरचार्जर में ऐसी कोई प्रतीक्षा नहीं होती। कंप्रेसर क्रैंकशाफ्ट से यांत्रिक रूप से जुड़ा होता है, इसलिए बूस्ट आइडल में भी मौजूद रहता है और पावर कर्व रैखिक होती है: जितना ज़्यादा एक्सिलरेटर दबाएंगे, उतना ज़्यादा जवाब मिलेगा। यह पूर्वानुमेयता रेस ट्रैक पर नियंत्रण का लाभ देती है; समुद्र तल से ऊंचाई पर भी, पतली हवा को संपीड़ित करके प्रदर्शन को बनाए रखती है।

लेकिन इसकी कीमत पारदर्शी नहीं है, हालांकि मापी जा सकती है: सुपरचार्जर, इंजन की कुल शक्ति उत्पादन का 20% तक हिस्सा अपने संचालन के लिए खा सकता है। इसे पैरासाइटिक लोड कहते हैं। टर्बो यह भार नहीं उठाता; इसकी कीमत एग्जॉस्ट सिस्टम में ड्राइव ब्रेक के रूप में चुकाता है। प्लंबिंग के स्तर पर भी अंतर है: सुपरचार्जर में पाइपिंग सरल होती है, हवा कंप्रेसर से सीधे इंजन तक जाती है। टर्बो में एग्जॉस्ट का टर्बाइन से गुजरने की जटिल पाइपिंग व्यवस्था चाहिए और गर्म एग्जॉस्ट घटक इनटेक लाइन के पास होने से गर्मी का जोखिम अधिक होता है।

तीन सुपरचार्जर प्रकार और उनके चरित्र

सुपरचार्जर, बूस्ट को इंजन आरपीएम से कैसे जोड़ते हैं, उसके आधार पर दो मुख्य परिवारों में बंटे होते हैं: पॉजिटिव डिस्प्लेसमेंट कंप्रेसर लगभग हर आरपीएम पर स्थिर बूस्ट देते हैं; जबकि डायनामिक कंप्रेसर में बूस्ट आरपीएम के अनुपात में बढ़ता है। तीनों मुख्य प्रकार इन्हीं दो परिवारों में से किसी एक में आते हैं।

Roots: सबसे पुराना, सबसे तात्कालिक

Roots प्रकार, 1860 में खान हवादारी के लिए पेटेंट किए गए डिज़ाइन का इंजन की दुनिया में आया रूप है। विपरीत दिशाओं में घूमते दो लोब (पंखे की पत्तियां), हवा को बॉडी के साथ अपने बीच के अंतराल में पकड़कर मैनिफोल्ड की ओर धकेलते हैं। ध्यान देने योग्य बात यह है: Roots, हवा को स्वयं संपीड़ित नहीं करता; केवल उसे ढोता है। इसीलिए इसे कंप्रेसर से अधिक ब्लोअर के रूप में जाना जाता है। यह पूरे आरपीएम रेंज में बूस्ट देता है और इंजन के ऊपर लगाया गया इसका क्लासिक रूप मसल कार संस्कृति का प्रतीक है। हालांकि उच्च बूस्ट स्तरों पर इसकी दक्षता केवल 40-50% स्तर पर होती है और यह काफी मात्रा में ऊष्मा पैदा करता है। GMC का ब्लोअर वर्गीकरण इस परंपरा को आज भी दर्शाता है: 6-71 ब्लोअर, 426 क्यूबिक इंच (7.0 L) इंजन के प्रत्येक सिलेंडर के लिए 71 क्यूबिक इंच की मात्रा को साफ़ करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

ट्विन-स्क्रू: आंतरिक संपीड़न करने वाला डिज़ाइन

ट्विन-स्क्रू, जिसे Lysholm भी कहा जाता है, डिज़ाइन में एक-दूसरे में फंसने वाले दो हेलिकल स्क्रू का उपयोग होता है और हवा को सिकुड़ते मार्गों में आंतरिक रूप से संपीड़ित किया जाता है। यही एक विवरण Roots से इसके अंतर को तय करता है: अधिक थर्मल दक्षता, कम ऊष्मा। यह एक संकीर्ण लोड और आरपीएम रेंज में डायनामिक कंप्रेसरों के समीप दक्षता प्रदान कर सकता है। आधुनिक डिज़ाइन 1935 में Alf Lysholm द्वारा पेटेंट किया गया था; जबकि मूल स्क्रू कंप्रेसर पेटेंट 1878 तक, Heinrich Krigar तक जाता है। यह उन अनुप्रयोगों की पसंदीदा शैली है जो Roots की तात्कालिक प्रतिक्रिया बनाए रखना चाहते हैं लेकिन अपनी ऊष्मा कम करना चाहते हैं।

सेंट्रीफ्यूजल: टर्बो जैसा चरित्र, मैकेनिकल ड्राइव

सेंट्रीफ्यूजल सुपरचार्जर डिज़ाइन के रूप में टर्बो के समान है, लेकिन यह एग्जॉस्ट से नहीं बल्कि मैकेनिकल ड्राइव से काम करता है। उच्च गति से घूमता इम्पेलर हवा को बाहर की ओर तेज करता है और इस गति को दबाव में बदलता है। पॉजिटिव वॉल्यूम वाले प्रकारों के विपरीत, बूस्ट इंजन की गति के साथ बढ़ता है; परिणाम एक ऐसा चरित्र है जो नैचुरल एस्पिरेटेड इंजन जैसा प्रतीत होता है लेकिन उच्च गति पर शक्ति जोड़ता है। दक्षता तीनों प्रकारों में सबसे अधिक है: 70-85% की सीमा में। ऊष्मा उत्पादन भी कम होता है और इसका कॉम्पैक्ट आकार संकरे इंजन बेज में माउंटिंग को आसान बनाता है। इसकी कमी स्पष्ट है: कम गति पर Roots या twin-screw जितनी शक्ति नहीं देता।

ईंधन खपत पर कितना प्रभाव पड़ता है?

सुपरचार्जर का ईंधन अर्थव्यवस्था पर प्रभाव एक स्पष्ट सच्चाई है: आमतौर पर यह खपत बढ़ाता है। अधिक हवा का मतलब है जलाने के लिए अधिक ईंधन; इंजन को हवा-ईंधन संतुलन बिगाड़े बिना काम करना होता है। सुपरचार्जर किट लगे वाहन में अर्थव्यवस्था, ड्राइविंग शैली और ट्यूनिंग के आधार पर आमतौर पर 15-30% तक गिर सकती है; आक्रामक उपयोग में खपत दोगुनी हो सकती है।

प्रकार का चुनाव भी इस तस्वीर को बदलता है। Roots प्रकार, गंभीर पैरासाइट लोड के कारण अर्थव्यवस्था को सबसे अधिक चुनौती देने वाला प्रकार है; सेंट्रीफ्यूजल डिज़ाइन अपनी उच्च दक्षता के कारण प्रकार के सबसे किफायती सदस्य के रूप में उभरते हैं। लेकिन कोई भी सुपरचार्जर एक्जॉस्ट ऊर्जा का पुनर्प्राप्ति करने वाले टर्बो से अधिक कुशल नहीं हो सकता। 21वीं सदी में निर्माताओं के छोटे विस्थापन वाले टर्बो इंजनों की ओर मुड़ने के पीछे का मुख्य तर्क यही है: Mercedes ने Kompressor नाम वाले अपने सुपरचार्ज्ड इंजनों को 2010 के आसपास टर्बो इंजनों से बदल दिया। अपवाद भी हैं: Audi का 3.0 TFSI इंजन 2009 से और Jaguar की AJ-V8 Gen III यूनिट उसी वर्ष से सुपरचार्ज्ड ही रही।

किन वाहनों में और क्यों सुपरचार्जर को वरीयता दी जाती है?

वरीयता इस बात पर निर्भर करती है कि थ्रॉटल रिस्पॉन्स कितना महत्वपूर्ण है। Drag रेसिंग और tractor pulling जैसे विषयों में, जहां जीत दसवें सेकंड के हिस्से में तय होती है, सुपरचार्जर आम है; बूस्ट में देरी नहीं होती और शक्ति थ्रॉटल पेडल के साथ तुरंत स्केल होती है। अमेरिकी मसल कार परंपरा भी उसी तर्क पर आधारित है: GM, Dodge और Ford के उच्च प्रदर्शन वाले मॉडलों में सुपरचार्जर का वर्चस्व, तात्कालिक टॉर्क और कम गति शक्ति की सांस्कृतिक वरीयता से समझाया जाता है। Ford के GT500 के लिए सुपरचार्जर चुनने के कारणों में विरासत के अनुरूपता, तात्कालिक थ्रॉटल रिस्पॉन्स और उच्च गति प्रदर्शन गिनाए जा सकते हैं।

इसके विपरीत एक चुनाव भी किया जा सकता है। दोनों तकनीकों को जोड़ने वाला twincharging दृष्टिकोण कम गति पर सुपरचार्जर, मध्यम गति पर दोनों, और उच्च गति पर केवल टर्बो को सक्रिय करता है। Lancia Delta S4 ने इस व्यवस्था को 1985-86 WRC सीज़न में इलेक्ट्रोमैग्नेटिक क्लच और बाईपास वाल्व के साथ इस्तेमाल किया। सीरियल प्रोडक्शन में VW 1.4 TSI (2005-2013) और Volvo B4204T जैसे 2.0 उदाहरणों ने इस दोहरी फीड को लागू किया। जटिलता और विश्वसनीयता की समस्याओं ने इस दृष्टिकोण को निश तक सीमित रखा।

सुपरचार्जर या टर्बो: कौन बेहतर है?

बिना एक निश्चित उत्तर वाले प्रश्न का सबसे ईमानदार जवाब तुलना को दो तक सीमित करना है: कम आरपीएम और त्वरित प्रतिक्रिया में सुपरचार्जर, शिखर शक्ति और दक्षता में टर्बो आगे निकलता है। सुपरचार्जर की कमजोरी दक्षता है, टर्बो की कमजोरी बूस्ट लैग है; कौन बेहतर है, यह उपयोग परिदृश्य पर निर्भर करता है। शहरी ट्रैफिक में त्वरित प्रतिक्रिया चाहिए या लंबी दूरी पर दक्षता? पहली स्थिति में सुपरचार्जर, दूसरी में टर्बो तर्कसंगत पसंद है।

अक्सर पूछे जाने वाले सवालों में से एक गति है: कौन ज्यादा तेज है? एक सामान्य नियम बनाना भ्रामक होगा; टर्बो की शिखर शक्ति आमतौर पर अधिक होती है, लेकिन माप, अवधि और दूरी के आयामों में वाहन का कैलिब्रेशन, प्रकार का चयन और सेटअप निर्णायक होता है। सुपरचार्जर में शक्ति वृद्धि की सामान्य सीमा 30%-75% है, जबकि अच्छी तरह डिज़ाइन किए गए किट में 50%-85% होती है ; दोनों को इंजन की स्थायित्व सीमाओं और नॉक प्रतिरोध के भीतर रहने के लिए समायोजित किया जाना चाहिए।

निष्कर्ष: एक सरल इंजीनियरिंग निर्णय

सुपरचार्जर टर्बो के विपरीत नहीं, बल्कि टर्बो के साथ विचार करने योग्य विकल्प है। क्रैंकशाफ्ट से सीधे संचालित यांत्रिक कनेक्शन बिना देरी और पूर्वानुमेय शक्ति प्रदान करता है; कीमत यह है कि इंजन की अपनी शक्ति का एक हिस्सा लगातार खपत होती है। रूट्स की आरपीएम-रेंज भर त्वरितता, ट्विन-स्क्रू का थर्मल संतुलन, सेंट्रीफ्यूगल की उच्च आरपीएम दक्षता एक ही लक्ष्य के तीन अलग इंजीनियरिंग मार्ग हैं। सही सवाल यह नहीं कि कौन पूर्ण रूप से बेहतर है, बल्कि यह है कि किस उपयोग परिदृश्य में किस चरित्र के काम आने की संभावना अधिक है।

स्रोत

• सुपरचार्जर क्या है
• सुपरचार्जर
• सुपरचार्जर बनाम टर्बोचार्जर: कौन बेहतर है?
• सुपरचार्जर और टर्बोचार्जर इंजन कैसे भिन्न होते हैं?
• सुपरचार्जर किट का ईंधन अर्थव्यवस्था पर प्रभाव
• सुपरचार्जर बनाम टर्बोचार्जर - JEGS
• Roots बनाम Twin-Screw बनाम Centrifugal सुपरचार्जर
• Roots बनाम Centrifugal बनाम Screw प्रकार का सुपरचार्जिंग
• सुपरचार्जर बनाम टर्बोचार्जर
• सुपरचार्जर कैसे काम करते हैं