Turboahtaminen

Turboahtamisen suosio on kasvanut virityskeinona lähes räjähdysmäisesti viimevuosien aikana.

Turboahtamisen suosiota on lisännyt kokoajan kehittyvä elektroniikka, jolla pystytään ohjaamaan paremmin turboahdettua moottoria. Ohjelmoitavien ruiskujen hinnat ovat tulleet jo lähes jokaisen ulottuville, ja muutenkin turboahdettujen moottorien kestävyys on parantunut ja tietotaito tällä saralla on kasvanut voimakkaasti myös internetin myötä. Enää ei tarvitse kokeilla kantapään kautta, kun tietoa ja taitoa on tarjolla runsaasti. Oman lisänsä soppaan tuo varmasti myös F&F elokuvat jossa ahdetut autot näyttelevät pääosaa.

Turboahdin

Turboahdin saa voimansa lähes ilmaiseksi pakokaasuista, joiden muodossa kulkeutuu paljon hukkaan menevää energiaa ulkoilmaan. Polttomoottorin hyötysuhdehan on vain reilu 20 prosenttia ja loput 80 prosenttia poistuu moottorista pääosin lämpönä. Tästä hukkaan menevästä lämpö- ja liike-energiasta otetaan turbolle käyttövoima. Pakokaasut johdetaan pakosarjan kautta ahtimen turbiinipesään. Pakokaasut pyörittävät turbiinisiipeä (suurimmillaan yli 150000rpm), josta voima välittyy akselin kautta turbon imupuolelle. Kompressorisiipi imee ilmaa sisään ja työntää sitä edelleen ahtoputkistoon. Kun pakokaasumäärä on riittävä, ahdin pystyy tuottamaan enemmän ilmaa kuin mitä moottori kykenee imemään ja näin alkaa muodostua ylipainetta. Ylipaineen johdosta moottoriin saadaan enemmän ilmaa ja näin ollen saadaan myös perempi täytös = enemmän tehoa. Moottorin teho määräytyy siitä kuinka paljon pystytään polttamaan bensa-ilma seosta moottorissa. enemmän ilmaa + enemmän bensaa = enemmän tehoa. Lyhyesti siis turboahtimella lisätään moottoriin menevää ilmamäärää ja on mahdollista nostaa moottorista saatavaa tehoa jopa pitkälti yli 100prosenttia. Näin suuret muutokset eivät tietenkään ole mahdollisia pelkän turbon avulla, vaan silloin täytyy moottori olla muutenkin jo rakennettu silmälläpitäen suuria tehoja.

Yleisimpiä valmistajia: Holset, Garret, KKK, Schwitzer, Ihi, Mitsubishi.

Kuvassa:

1) Kompressoripesä, 2) Kompressorisiipi, 3) Turbiinipesä, 4) Turbiinisiipi, 5) akseli

Hukkaportti

Tämä legendaarinen osa, josta lähes jokainen ”asiantuntija” kertoo että ”hukkaportti suhisee”, muun muassa ralliautoista tuttu tsi-hi-hii äänen kerrotaan usein tulevan hukkaportista. Tämä ei kuitenkaan pidä paikkaansa. Hukkaportti ei itsessään pidä minkäänlaista ääntä vaan ralliautoista tuttu ”hukkaportin ääni” johtuu turboahtimen sakkauksesta. Sakkauksesta lisää myöhempänä.

Hukkaportti sijaitsee joko pakosarjassa tai sitten itse turbossa. Hukkaportteja on kahdentyyppisiä: ahtimeen integroitu ja erillinen hukkaportti. Molemmissa on sama toimintaperiaate. Hukkaportilla säädetään ahtopaine halutulle tasolle. Hukkaportti on eräänlainen venttiili jota ohjataan ahtopaineen ja jousivoiman avulla. Jousivoima pitää hukkaportin venttiiliä kiinni, kunnes ahtopaine voittaa jousivoiman ja hukkaporttin venttiili avautuu. Tällöin osa pakokaasuista ohjautuu turbon ohi ja turbon pyörimisnopeus ei enää kasva ja näin saavutettu ahtopaine pysyy hallitusti määrätyssä arvossaan. Jotkut vanhan malliset hukkaportit toimivat pelkästään pakokaasun vastapaineen voimalla, mutta nämä ovat nykään harvinaisia.

Kuva: Turboneticsin erillinen hukkaportti

Välijäähdytin

Ilma lämpenee kun sitä puristetaan kasaan. Lämpeneminen johtaa siihen että ilman tiheys laskee ja tämä taas johtaa pienempään tehoon ja ja kuuma ilma kasvattaa myös nakutuksen riskiä. Tähän ongelmaan tuo helpotusta välijäähdytin. Välijäähdytin toimii samalla tavalla kuin auton normaalijäähdytin. Nyt vain jäähdytetään ahdettua ilmaa. Moottoriin menee satoja litroja ilmaa sekunnissa, joten välijäähdyttimen tulee virrata erittäin hyvin, ja johtuen nopeasta virtauksesta myös jäähdytyspinta-alaa on oltava mahdollisimman paljon. Tästä johtuen välijäähdyttimien kennot ovat usein sisärivoitettuja, jotta saavutettaisiin maksimaalinen pinta-ala ja sitä kautta myös maksimaalinen jäähdytysteho.

Välijäähdyttimen materiaalina käytetään yleensä alumiinia, joka on kevyttä, johtaa hyvin lämpöä ja Kestää kohtalaisen hyvin korroosiota. Välijäähdyttimiä on kahta eri tyyppiä: ilma-ilma sekä vesi-ilma-tyyppisiä.

Ilma-ilma-tyyppinen kenno on yleisempi ja siinä siis nimensä mukaan jäähdyttävänä aineena toimii ulkoilma, joka ajoviiman vaikutuksesta jäähdyttää kennoa. Tämän tyyppiset välijäähdyttimet sijoitetaan yleensä auton keulalle jolloin saadaan paras jäähdytysteho.

Vesi-ilma tyyppisissä kennoissa jäähdyttävänä aineena toimii vesi. Välijäähdytin on vesivaipan sisällä ja vesi kiertää välijäähdyttimen ja oman jäähdytyskennon välillä, jolla estetään jäähdyttävän veden lämpeneminen. Tämä ratkaisu on harvinaisempi ja käytetään lähinnä automalleissa joissa ei ole tilaa asentaa ilma-ilma tyypistä kennoa.

Lisäksi vesi-ilma kennoa käytetään esim. kiihdytysautoissa jolloin vettä jäähdytetään vielä lisäksi hiilihappojäällä tai muulla vastaavalla aineella jolla saadaan välijäähdytintä ympäröivä vesi entistäkin kylmemmäksi ja ahtoilman lämpöa laskettua entistäkin alemmaksi. Joskus kiihdytysautoissa ei ole vesi kiertoa lainkaan ja luonnollisestikaan tämä ratkaisu ei siis sovi katuliikenteeseen.

Dump-valve, bypass etc

Dump valve, bypass-valve, diverter valve, pop-off valve, dumppi, poppari ... Rakkaalla lapsella on monta nimeä, homman selkiyttämiseksi yleiseksi muodostunut käytäntö on se että dump valve on se venttiili joka päästää paineet ulkoilmaan (dumppaa ilmat pihalle) ja taas by-pass venttiili nimitystä käytetään kaikista venttiileistä jotka kierrättävät ilman takaisin turbon imupuolelle. Muut nimitykset olisi hyvä jättää puhekielestä kokonaan. Silloin asioista keskusteleminen olisi huomattavasti selkeämpää.

Itse venttiilien ideana on päästää ylimääräiset paineet pihalle kun kaasu suljetaan (esim vaihtotilanteissa). Jos ei käytetä by-pass- tai dump Valvea, niin turbon reagointi saattaa olla hitaampaa ja myös pidemmän päälle paineshokit saattavat aiheuttaa vaurioita turboon.

Kaasu pohjassa ajettaessa turbo pyörii noin 150000 rpm ja kun kaasu höllätään esim vaihteen vaihtamisen ajaksi, niin turbo ei pysähdykään heti, vaan jatkaa edelleen pyörimistään tosin hidastuen. Kaasuläpän eteen kasautuu suurempi paine, kuin mitä turbon luona on. Paine-erosta johtuen tämä kaasuläpän luokse muodostunut paine aalto lähteekin nyt takaisin turbolle päin. Kun paine aalto saavuttaa turbon turbo pyörii edelleen, mutta nyt ilma kulkeutuukin ”väärään” suuntaan turbon läpi aiheuttaen samalla paineiskuja ahtimen siiville ja näistä iskuista kuuluu myös tsi-hi-hi ääni (tuttu myös ralliautoista). Nämä iskut saattavat vaurioittaa turboa ja samalla hidastavat turbon pyörintä nopeutta. Kun kaasu painetaan uudestaan pohjaan niin turbo reagoi sitä nopeammin mitä enemmän sillä on pyörimisnopeutta jäljellä. Tämä perustuu massan hitauteen. Dumpilla tai by-pass venttiilillä pyritään siis estämään tämän paine-aallon syntyminen päästämällä ahtoilma joko dumpilla ulkoilmaan, tai by pass venttiilillä turbon imupuolelle.

Venttiilit ovat toiminnaltaan samanlaisia, molempia ohjataan imusarjan paineella. Molempia venttiileitä löytyy myös sekä kalvotoimisen että mäntätoimisena. Yleisesti ottaen mäntämalliset venttiilit on kestävämpiä varsinkin yli 1 barin ahtopaineilla ajettaessa. Venttiileissä on jousikuorma joka pitää venttiiliä kiinni, sekä paineohjaus imusarjasta. Imusarjan paine ohjaa venttiilin toimintaa. Kun kaasu vapautetaan imusarjaan syntyy kova alipaine, joka vetää venttiilin auki ja ahtopaine pääsee purkautumaan pois kaasuläpän edestä. Jousikuormaa vaaditaan riittävästi varsinkin dump valvessa sen takia että venttiili pysyy kiinni esim tyhjäkäynnillä ja pintakaasulla ajessa. Pintakaasulla ajettaessa esim moottoritie nopeuksia imusarjassa saattaa olla 0,2bar alipainetta ja ahtoputkissa on jo esim 0,5bar ylipainetta. Tällöin vaaditaan riittävän suurta jousi kuormaa ettei venttiili avaudu liian aikaisin. Tälläisessa tilanteessa imusarjan alipaine pyrkii jo vetämään venttiiliä auki sekä ahtoputkistossa oleva ylipaine taas pyrkii työntämään venttiiliä auki. Mikäli venttiili aukeaa esim tyhjäkäynnillä, niin ilmamäärämittarilliset autot eivät toimi oikein, koska ilmaa ”vuotaa” moottoriin ilmamäärä mittarin ohi ja näin ollen auton ecu saa virheellistä informaatiota moottoriin menevästä ilmamäärästä. Lisäksi jos Dump-valve aukeaa jo tyhjäkäynnillä tai pintakaasulla niin on myös olemassa vaara että venttiilin kautta pääsee moottoriin roskia, kiviä ym ei toivottuja partikkeleita.

By-pass valve on suositellumpaa laittaa ilmamäärämittarilla varustettuihin autoihin, koska se ei sekoita ecun toimintaa vaikka olisikin joissain tilanteissa hieman auki. Lähes kaikissa uudemmissa turboautoissa on jo vakiona by-pass venttiili.

Turbon heräämisen kannalta ei pitäisi mitään suuria eroja olla kumpaa venttiiliä omassa autossaan käyttää. Jälkikäteen ahdettuihin autoihin, tai autoihin jossa ei ole ennestään kumpaakaan venttiiliä dump valve on helpompi asentaa, koska se ei tarvitse kuin t-haaran ahtoputkeen. kun taas by-pass venttiiliä varten täytyy ohjata ilma turbon etupuolelle jolloin täytyy tehdä vähän enemmän liitoksia. Parhaan hyödyn venttiileistä saa kykemällä venttiili mahdollisimman lähelle kaasuläppää. Tämä ehkäisee tehokkaimmin paineaallon syntymistä.

Mekaaninen ahtaminen

Mekaanisia ahtimia on monentyyppisiä, mutta ne eivät ole lähellekään yhtä suosittuja vaihtoehtoja kuin turboahtimet. Mekaaniset ahtimet ottavat käyttövoimansa yleensä kampiakselilta hihnan välityksellä. Tähän sisältyy etuja ja haittoja. Etuina lähinnä viiveetön toiminta. Haittapuolena moottorin kampiakselille lisääntyvä kuorma, koska käyttövoima otetaan kampiakselilta. Mekaaninen ahdin ei siis toimi yhtä hyvällä kokonaishyötysuhteella kuin turboahdin, koska turbo kerää tavittavan voimansa muuten hukkaan menevistä pakokaasuista. Mekaaniset ahtimet ovat jälkiasennettuina suosituimpia V8-moottoreissa. Muutamissa automalleissa löytyy mekaanisia ahtimia jo tehtaalta tullessaan esim VW:n g60-moottorit ja Mercedeksen kompressor-moottorit.

Kirjallisuutta

Corky Bell
Maximum Boost Designing,Testing and Installing Turbocharger Systems
ISBN: 0837601606
Kieli: englanti

Graham Bell
Forced Induction Performance Tuning
ISBN: 1859606911
Kieli: englanti

Earl & Diane Davis
Performance Handbook Supercharging,Turbocharging and Nitrous Oxide
ISBN: 0760308373
Kieli: englanti

A. Graham Bell, suom. teksti Esko Mauno
Uusi Moottoritekniikka
ISBN: 952508924X
Kieli: suomi

Linkkejä aiheeseen liittyen:

http://auto.howstuffworks.com/turbo.htm Havainnollinen sivusto.

APR - Engineered Performance

FFp:n Turbo FAQ

Pro-Mo Racing Service

© 2003 Ron Hämäläinen & Fin-Tuning.net