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.
|

|

|
| Kuva: Apexin ilma-ilma intercooler |
Poikkileikkaus apr:n sisärivoitetusta kennosta |
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.
|

|

|
| Dump valve |
by-pass valve |
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 |