DPNA295.qxp  2/23/07  2:38 PM  Page 1

ENGINE TECHNOLOGY

A cutaway of  the supercharger used on  the Kawasaki250X personal watercraft, along with a schematic of theengine system. Two air bypass valves balance air flowupstream, downstream or wastegate air under variousconditions of load and speed.

SUPERCHARGERS COMINGBACK INTO FOCUS?With engine efficiency demands growing and new design concepts, superchargers are getting another look

BY ROB WILSON

When  the  subject  is  super­chargers, the knee­jerk re­sponse by motorheads far

and  wide  is  “parasitic  losses.”  Thatsimple phrase often puts considera­tion  of  superchargers  to  rest  in  thecurrent  era  where  emissions,  effi­ciency  and  fuel  economy  are  thedrivers  for  engine  manufacturers.But  new  technology  and  more  effi­cient designs seem  to be promptinganother look.

The Roots blower design on whichmany superchargers are based, actu­ally predates the  internal combustionengine, and these devices were beingused to optimize blast furnace outputin  the  1870s.  Uses  have  aboundedover time.

Two­cycle  diesels,  of  course,  usethem  to  scavenge  exhaust  gas.  Foraggressive air handling in tight spaces,the  reputation  of  Roots  blowers  wasnever in dispute.

The same can be said for high per­formance  and  for  power  density.  In

many ways, superchargers were  justthat — super.

So perhaps it comes as no surprisethat for the 2007 model year, Kawasakiis  launching  a  high­performance  per­sonal water craft (PWC) called the Ultra250X that derives some of  its “hair onfire” capability through a supercharger.The  Roots­blown,  1.5  L,  inline  four­cylinder,  intercooled  gasoline  engineproduces  250  hp  remarkable  for  anengine  that size. That’s 166 hp per L,which is nothing short of astonishing.

Kawasaki  claimed  the  250X  is  themost powerful PWC in the world. Thesupercharger  produces  large  boosteven  at  low  rpm,  the  company  said,and acceleration from idle is not ham­pered by turbo lag. 

The blower for the 250X force­feeds2 L of air for every revolution, yieldinghigh­pressure  intake  air  at  all  enginespeeds and a flat, beefy torque curveover the operating range. Air pressureis  managed,  balanced  upstream  ordownstream or dumped under various

conditions  of  engine  speed  and  loadby two air bypass valves.

The  Roots  blower  used  in  thisapplication  is  produced  by  Ogura

nSomerset, N.J.

“The  Kawasaki  application  is  cer­tainly high profile and Ogura is excitedto be a part of it,” said Frank Flemming,president  of  Ogura  Clutch  Co.  “Withthe 250X, the use of supercharging isstrictly  performance  driven  and  theresults speak for themselves.

“High performance has also charac­terized  most  applications  for  super­charging but there is an evolution hap­pening  where  other  factors  are  nowcoming into play. And the supercharg­er we are bringing to the market todayhas far more flexibility and capability.”

Jim Ebisawa, engineering managerat Ogura Clutch Co., pointed out thatthe  Ogura  TX  series  has  adoptedWankel  rotary  geometry  design,which  increases  the  working  or

XX DIESEL PROGRESS NORTH AMERICAN EDITION  March 2007 March 2007 DIESEL PROGRESS NORTH AMERICAN EDITION XX

Clutch Co. in Japan, with U.S. head­quarters of Ogura  Industrial Corp.  i

DPNA295.qxp  2/23/07  2:38 PM  Page 2

ENGINE TECHNOLOGY

Ogura has adopted Wankel­type geome­try to improve volumetric efficiency. Thetwin  counter­rotating  rotors  have  across­section shaped like a figure eight.The rotors are hollow from end to end forlow inertia.

sealed  displacement  of  the  pumpingarea  and  also  improves  volumetricefficiency of the blower over the oper­ating range.

Ebisawa said the TX volumetric effi­ciency  advantage  over  other  Rootsblower  designs  can  be  more  than20% at low speed and 10% on the topend. The design has fewer parts andis lightweight throughout its design.

Twin  counter­rotating  rotors  blow­ing  the  air  within  the  superchargerhousing are hollow  from end  to end,resulting in a very lightweight design,reducing  their moment of  inertia andthus  the  energy  required  to  makethem rotate. 

The  TX  series  superchargers  aredesignated  by  their  theoretical  dis­charge per revolution. Thus the small­est,  the  TX04,  has  a  discharge  vol­ume of 0.4 L/rev, while the largest, theTX28, has a discharge volume of 2.8L/rev.  The  smallest  weighs  11.6  lb.and the largest 31.3 lb.

Maximum  continuous  speeds  forthe  TX  series  range  from  9000  to12,000  rpm  and  the  maximum  pres­sure ratio is given at 1.8:1. 

It  happens  that Ogura  Industrial  isactually better known  for  its capabili­ties  in  clutches,  but  it  has  combinedthis capability with the Wankel super­charger  design,  and  this  is  whatresults in a completely new tool for en­gine aspiration.

“On the Kawasaki 250X jet ski appli­cation,  the  only  interest  is  high  per­formance  and  so  that  unit  does  notincorporate  a  clutch,”  said  Flemming.

“There,  the  supercharger  is  driven allthe time, but that need not be the case. 

“For most of the pilot programs andinquiries we are currently pursuing, aclutch  is  certainly  a  big  motivator  ofthe  interest  level.  Almost  all  of  oursuperchargers  have  electric  clutchesmounted  on  the  front  end  and  theengine management system turns thepower on and off as needed.”

This  capability  is  probably  the  realgame changer. When torque is not re­quired,  the  supercharger  is  switchedoff in milliseconds and only a belt andidler pulley remain as parasitic losses,very small ones at that. At any rate, thedrive belt is there driving other acces­sories. When not  required,  the super­charger is completely out of the circuit.

To  give  an  idea  of  response  time,engagement  time  is about 50 ms onthe  smallest  superchargers,  on  thelargest about 50 ms. Disengagementis 30 to 50 ms for all models.

When  torque  is  required,  the  en­gine  management  system  cues  theelectromagnetic clutch to pick up thelow inertia supercharger, producing aburst of power on demand.

Where Flemming and Ebisawa seethe best fits are:

• vehicles  requiring  high  torque  atlow speed, with stop­and­go driv­ing, hilly and poor road conditions;

• wherever  large  engine  perform­ance  or  burst  power  is  requiredfrom  a  small  engine  and  whereweight  limitations might call  for asmall engine;

• in  combination  with  turbocharg­

ing on larger engines to optimizelow­speed  and  high­speed  per­formance;

• as  an  additional,  fast  acting,  air­handling  device  to  help  emissioncompliance, improve fuel economyor both.

Ogura has been working on devel­opment programs for diesel and gaso­line  engines,  mainly  with  engine  dis­placements smaller than 5 L, but a fewupwards of 10 L.

One  program  involves  the  KAD42Volvo  Penta  marine  diesel.  Poweredby  a  turbocharged  3.6  L engine,  theboat simply couldn’t get up on planedue  to  low  torque at  low speed. Theaddition of the Ogura supercharger tothe  3.9  L diesel  raised  the  torque  at100 rpm by a factor of  three and theboat came up on plane. At 2500 rpm,the  turbocharger  takes  over  and  theboat remained on plane.

Europe  is  described  as  somewhatahead in active development programsfor  supercharger  application.  There  isalso greater recognition in Europe thatsupercharging  has  great  potential  forcoming emissions hurdles. Better com­bustion  on  diesel  engines  at  lowerspeed is of particular interest.

And perhaps it can now be calledadaptive  supercharging.  Why  not?The  modus  operandi  is  completelychanged.  Parasitic  losses  are  nowfiltered  out  when  the  superchargeris disengaged. Now the supercharg­er can bring a lot more air  into playon  demand  without  the  traditionalturbo lag. 

Or  maybe  the  requirement  is  formore cool air to keep combustion tem­perature  in  the  correct  zone  whereNOx generation remains under control.

For  many  compelling  reasons,  itseems the time for re­examination ofsupercharger  technology  is  at  hand.The potential is much changed. dp

For More Information NowNow On This Company Go To:

DirectLink @@WWW.DIESELPROGRESS.COM

XX DIESEL PROGRESS NORTH AMERICAN EDITION  March 2007 March 2007 DIESEL PROGRESS NORTH AMERICAN EDITION XX