Turboahdin ABC Turboahdin hyödyntää pakokaasun virtausenergiaa. Turboahtimen siipipyörät, turbiini ja kompressori, on kiinnitetty samaan akseliin. Moottorista purkautuvat pakokaasu johdetaan turbon kotelon läpi niin, että se antaa liike-energian turbiinipyörälle joka pyörittää akselin välityksellä kompressoripyörää. Turbovalmistajia ovat esim. Holset, Garret, KKK, Schwitzer, Ihi, Mitsubishi.
Akseli on laakeroitu ahtimen runkoon yleensä kuula- tai liukulaakereilla. Kuulalaakeri ahtimet eivät ole yhtä huoltoystävällisiä kuin liukulaakerit. Kovan pyörimisnopeuden vuoksi tarvitaan laakereille jatkuva voitelu (öljynkierto).
Voitelun tarkoituksena on pitää kitka pienenä ja jäähdyttää laakeria. Jos turbossa on lisäksi vesijäähdytys, tarvitaan kanavat jäähdytysnesteelle, jonka jälkeen vedenkeitin on valmis.
Turboviive johtuu siitä, että ahtopaine ei ehdi nousta heti kun painetaan kaasua, syynä on että ahtimelta kestää hetken, että se saa riittävästi kierroksia tuottaakseen riittävästi painetta. Ammattimaisessa turboalan yrityksessä huomioidaan moottorin tilavuus, kannen kanavien virtauksen, nokka-akselin ja pakosarjan tyyppi jne. Sen mukaan ahdin suunnitellaan/tehdään moottorille ja ko. käyttöön sopivaksi.
Moottorin puristusuhde Vapaastihenkittävien moottoreiden puristusshude on yleensä välillä 10 - 11:1. Turbomoottoreissa käytetään matalampaa puristussuhdetta joka nykyaikaisissa bensiinimoottoreissa on 8-9:1 välillä. Kilpa-autoista voidaan esimerkiksi ottaa suosittu Mitsubishi Lancer, jossa käytetään 8.8-10:1 puristussuhteita. Toisaalta WRC-autoissa on yli 10:1 puristussuhde ja ahtopaine 2-3 baaria. Näissä autoissa vääntölukemat ovat 700 Nm tuntumassa ja sitä tehoa on se kuuluisat 300 hv, 3000-7000 kierroksen välillä (maksimi 370-380 hv). Ei ihme jos välillä savu karkaa moottorista metsän siimekseen!
Ahtimen A/R suhde Turbon mitoituksessa on tärkeä turbiinipuolen A/R-suhde, kuten .35, .47, .64, .84, 1.00 jne. A tarkoittaa turbiinikotelon suuaukon pinta-alaa ja R turbiinpyörän keskipisteen ja suuaukon keskipisteen välistä etäisyyttä. Mitä pienemmästä reiästä(A) ahdin imee pakokaasuja, sitä nopeammin kaasut pyörittävät turbiinin siipiä. Pieni A/R suhde saa aikaan turbon nopean ahtamisen, mutta tällöin alkaa ahdin myös nopeasti rajoittaa maksimipainetta. Suuri tilavuuksissa moottorissa pieni A/R suhde voi kasvattaa pakokaasujen vastapainetta ja nostaa lämpötilaa. Oikea A/R suhde on aina kompromissi moottorin hyvän vasteajan ja suuren tehon väliltä.
Kompressoripuolen mitoittaminen on huomattavasti helpompaa, sillä turbovalmistajat tekevät ahtimiinsa ns. turbokartan, joiden avulla kompressori voidaan valita ko. käyttöön ja moottoriin. Valinnassa on tärkeää, että saadaan riittävä ilmamäärä halutulla paineella ja mahdollisimman hyvällä hyötysuhteella, samalla kun ahdin pysyy poissa sakkausrajasta!
Karkeasti:pieni ahdin: hyvät teho/vääntö pienemmillä kierrosluvuilla, pieni turboviive, korkeilla kierroksilla loppuu tuotto. Iso ahdin: pienempi teho alakierroksilla, pitkä turboviive, runsaasti tehoja korkeilla kierroksilla.
Otetaan moottori ja kaksi erilaisella A/R-suhteella olevaa turboa/turbiinipesää #1. Turbiinipesän A/R 0.60 ja #2. Turbiinipesän A/R 1.00
#1: A/R 0.60 hyvä alavääntö ja nopea ahtopaineen nousu heti alakierroksista lähtien. Erittäin hyvä ajettavuus kadulla ns. päivittäisessä käytössä. Yläkierroksilla kehittyy reilusti vastapainetta, joka hieman pudottaa tehoa yläpäästä.
#2: A/R 1.00 selvästi havaittavissa oleva tehopiikki, alakierroksilla ns. laiska (lue heikko alavääntö), koska ahtopaineet eivät nouse. Selvästi #1 versiota kilpakäyttöön sopivampi, koska kilpakäytössä käytetään suurimmaksi osaksi kierrosalueen yläpäätä. Kuljettajan kuitenkin muistettava, että alavääntö ja herkkyys uhrattu yläkierroksia / tehoa ajatellen. Suurempi maksiteho kuin pienemmällä version #1 A/R-suhteella.
Tekninen avustus Fin-Turbo Oy Niko Turunen Jari Miettinen Sammontie 10 70900 TOIVALA
Siivet Jos seuraavasta et ymmärrä mitään niin ei hätää = jätä asia ammattitaitoisen turbofirman huoleksi! Seuraavassa on yritetty selvittää mitä Trimmi tarkoittaa. Molemmissa eli kompressori- ja turbiinisiivessä on ns. "jättö"- että "ottopää", eli inducer ja exducer. Trimmillä tarkoitetaan siiven imureiän ja jättöpään välistä suhdetta. Trimmi lasketaan kaavasta (inducer/exducer)^2 * 100. Oletaan, että imusiivessä ns. imureikä 49,2 mm ja jättöpää on 68 mm eli siiven trimmi on (49,2/68)^2 * 100 = 72,3 (Mitsubishi Evo IX RS + Mitsubishi Lancer Evo X, 48 mm, 68 mm)
Mitsubishi Lancer Evo (HUOM! RS mallit) ahtimet + polttoainesuuttimien koko
malli
turbon tyyppi
osanumero
turbiinisiipi
komp. siipi
evo pa.suutin
Evo 2 Evo 3 Evo 4 Evo 5 Evo 6 Evo 7 Evo 7 GTA Evo 8 Evo 8.5(MR) Evo 9MR Evo X WRC
Alumiini, 60 mm Alumiini, 68 mm Alumiini, 68 mm Alumiini, 68 mm Alumiini, 68 mm Alumiini, 68 mm Alumiini, 65 mm Alumiini, 68 mm Alumiini, 68 mm Magnesium Inconel, 68 mm ~69 mm
510 cc 510 cc 510 cc 560 cc 560 cc 560 cc 560 cc 550 cc 560 cc 560 cc 650 / 540 cc
TD5 = turbiinikotelon tyyppi, H(R)(A) = turbiinisiipi tyyppi, 16G = kompressorisiipi, 16 koko ja G malli. GSR(teräs) vs. RS (titaani) akseli + siivet painoerot ovat luokkaa 250 g vs 185 g, joka osaltaan auttaa siihen, että RS mallin turbot heräävät noin 400 kierrrosta alempaa.
malli
koko
max. teho (hv)
evo 2-3
510 cc
300 - 360
evo 4-9
560 cc
380 - 450
evo 10
650 cc
450 - 550
-
780
500 - 580
1000
600 - 800
Suuttimet Otetaan sekaan myös Lancer Evon suuttimia ja suutin vs teho taulukkoa. Taulukon arvot laskennallisia; turbomoottori, 80% käytöllä 3-4 baarin polttoaineenpaineella ja erityisellä polttoaineen kulutusarvolla 0,4-0,5 (BSFC = polttoaineen määrä, jonka moottori kuluttaa yhden hevosvoiman teholla tunnissa. Arvo on yleensä 0.45-0.6 täyskaasulla). Taulukon arvo viitteellisiä! Ruiskutussuuttimien tuotto ilmoitetaan yleensä lbs/tunti tai ml/min.
Huolto Ahtimille ei kannata tehdä mitään itse. Ne kunnostetaan erikoislaitteilla ja ammattimiesten työnä! Ahtimen nimenomaan ei kuulu vinkua ja ujeltaa. Ulosajon seurauksena tapahtuneessa moottorin äkkipysäytyksen (lue: sammumisena) seurauksen ahtimella on hyvät edellytykset ns. leikata kiinni.
Imuilman kuristimet Lyhyesti imuilman kuristimella turbomoottorissa rajoitetaan turbon saamaa ilmamäärää. Esimerkiksi kilpakäytöllä tällä saadaan rajoitettua moottorin teho helposti johonkin raja-arvoon. WRC-autoissa käytetään 34 mm kuristinta, jolla autojen tehot asettuvat 350 - 380 hv välille. Kuristin tietenkin rajoittaa varsinkin tehoa varsinkin yläkierroksilla kun ilmaan tarvittaisiin enemmän tehon tuottamiseksi. Tästä syystä wrc:n huipputeho asettuu 5000-6000 kierroksen tietämille.
Kuristin maksimiteho (2000 cc + arvot ohjeellisia) 32 mm / 300 hv 34 mm / 380 hv 45 mm / 550 hv
Suomessa A-ryhmän Mitsubisheistä on mitattu (34 mm kuristin) 330 - 360 hv lukemia ja N-ryhmän autoista 280-300 hv (32 mm kuristin). Rallisprint luokassa ja rallicrossin 1 divarissa on käytössä 45 mm kuristin, jolla päästään ~550 hv tehoihin. Kuristimelle on tarkat säännöt esim. Kuristimen aukon sisähalkaisija saa olla enintään 45 (32, 34 mm), vähintään 3 mm:n matkalta ahtimen akselin suuntaan, enintään 50 mm:n päässä vastavirtaan ahtimen siivistä. Kuristimen ulkohalkaisija kuristuskohdan kapeimmalta kohtaa ei saa ylittää 50 mm 5 mm:n matkalta kuristuskohdan molemmin puolin jne...
Hukkaportti (wastegate) Hukkaportin tehtävä on rajoittaa ahtopaine haluttuun arvoon. Hukkaportin valinnassa pitää ottaa huomioon moottorin tilavuus ja tehotavoite kuin myös haluttu ahtopaine. Hukkaportti on venttiili jota ohjataan ahtopaineen ja jousivoiman avulla. Jousivoima pitää hukkaportin venttiiliä kiinni, kunnes ahtopaine voittaa jousivoiman ja hukkaportin venttiili avautuu. Hukkaportti voi olla ahtimeen integroitu ja erillinen hukkaportti, kuten kuvassa.
Intergroidun hukkaportin kanssa ahtopainetta muutetaan säätämällä ohjaimen ja läpän välistä tankoa. Integroidun hukkaportin kisakäyttöä rajoittaa usein riittämätön venttiilin koko. Molemmissa on kuitenkin sama toimintaperiaate ja tästä eteenpäin tekstissä puhutaan erillisistä hukkaporteista. Hukkaportin paluuputki pitää tuoda "mahd. myöhään" takaisin pakoputkistoon, ettei se häiritse turbolta tulevaa pakovirtausta.
Esim. Tial Sportin hukkaportteihin löytyy usein jousijäykkyyksiä ja venttiilikokoja. Tial Sportin hukkaportit, Dump- ja By-pass venttilit löydät Siilinjärveläiseltä FIN-Turbolta (www.fin-turbo.fi). Hukkaportti voidaan myös elektronisella tai mekaanisella ahtopaineen säätimellä. Tehokkaissa/suuri turboisissa kilpa-autoissa elektroninen ahtopaineen säädin ei välttämättä ole niin ns. herkkä kuin mekaaninen säädin. Toisinsanoen ahtopaine voi jäädä ns. aaltoilemaan kun taas mekaanisella toiminta on varmempaa ja nopeampaa.
Hukkaportin koko (arvot ohjeellisia) 36 mm / 400 hv asti 42 mm / 500 hv asti 48 mm / 850 hv asti
DOWN PIPE Tulee englanninkielisistä sanoista: down = alas ja pipe = putki. Alasmenevä putken nimitys johtuu siitä, että ahtimelta lähtevä pakoputki on vaakalinjassa, koska ahdin on "vaakatasossa" öljynkierron vuoksi. Yleensä kannattaa tehdä muutaman senttimetrin mittainen levityskartio turbon pakoaukon jälkeen ennen kuin ns. downpipe laajenee koko mittaansa. Kartion tarkoitus on saada pakokaasu pyörteilemään tarkoittaen pakokaasun nopeampaa virtausnopeutta => vähemmän vastapainetta.
Pakoputkisto Taulukko moottoreille, jotka tuottavat 120 - 150 hv / litra. Kilpamottoreissa jotka tuottavat 200 - 250 hv / litra, voidaan käyttää jopa 0.5 - 1.0 tuumaa isompaa putkistoa. Loppupäästä pakoputkistoa voi jopa pienentää mutta tämä on sitten tapauskohtaista. Huipputehoja haettaessa joku auto toimii hyvin esim. 2.5 putkistolla, huonosti 3.0 putkistolla ja taas hyvin 3.5 putkistolla!
Tilavuus 1300-1600 cc 2000-2300 cc 2500-3000 cc
Putk.halkaisija 2.25 - 2.5" 2.5 - 3.0" 3.50 tai 2x2.5"
By-pass/Dump venttiilit (dump-valve) Kun kaasu nostetaan ylös moottorijarrutuksessa tai vaihdetta vaihtaessa, kiinni menneeseen kaasuläppään törmää turbon kompressorisiiveltä tulevaan virtaus. Virtaussuunta muuttuu takaisin turboa ja kompressorisiipeä kohden. Paine isku kompressorisiipeen rasittaa turhaan ahdinta ja "pahimmassa tapauksessa aukaisee" kompressorin kiinnitysmutterin. By-pass venttiili sijoitetaan ahtoputkistoon ennen kaasuläppää ja venttiiliä ohjataan imusarjan alipaineella.
Kun kaasuläppä suljetaan ahtoilma "päästetään", joko dumpilla ulkoilmaan tai by-pass venttiilillä turbon imupuolelle. Molempia venttiileitä löytyy myös sekä kalvotoimisen että mäntätoimisena. Yleisesti ottaen mäntämalliset venttiilit on kestävämpiä lue: luetettavampia yli yhden baarin ahtopaineita käytettäessä.
Välijäähdytin (intercooler) Lämpötilan nousu on verrannollinen ahtopaineeseen. Lämmetessään llman tiheys laskee, minkä seurauksena moottorin täytössuhde ja siten teho laskee, kun samalla moottorin nakutusherkkyys kasvaa. Ahtimelta lähtevän ilman lämpötila voi hyvin nousta 100 asteeseen. Sanomattakin on selvää, että välijäähdytin sijoitetaan raikkaan ilman varmistamiseksi ns. muiden jäähdyttimien etupuolelle! Tuloputken/letkun kooksi välijäähdyttimelle 250 hv moottorissa riittää 50 mm (1,9") ja 700 hv moottorissa 75 mm.
Joskus on järkevää pitäytyä vakiojäähdyttimissä, eikä rynnätä tilamaan sitä kiiltävää kiinatuotetta. Toisaalta vakiona tuleva välijäähdytin voi olla myös ensimmäinen pullonkaula! Mitsubishi Lancer Evo vakiovälijäähdytin muuten riittää +500 hv tehoihin, joten ko. autoon turha haaskata rahaa ns. "tuningicoolereihin". Vakio välijäähdyttimen mitat Evo IX: mm, Evo X: 490 x 289,5 mm.
Jokatapauksessa ahtoputkiston mutkat pitäisi olla mahdollisimman laajasäteisiä. Nyrkkisääntönä onkin että jokainen 90 ast.kulma voi pudottaa tehoja yli prosentin. Toisinsanoen 400 hv autossa yksi kulma 4 hv. Tärkeää kunnon jäähdytyksen kannalta on myös johtaa ilmaan ns. kanavalla välijäähdyttimelle ja samalla myös ilmanpuhdistimelle.
ALS (antilag system) ALS:ää lisäilman, ajoituksen, polttoaineen avulla turboviiveen (ahtopaineen ylläpitoon) pienentämiseen. Tarvitaan venttiili painepuolella ennen kaasuläppää, jolla ilma ohjataan suoraan pakosarjaan. Mahdollista on, että lisäilma suuttimella tai yleensä läppää hieman auki pitämällä pidetään palotilan virtausta yllä. Antilag info >>
ENGLISH
T
Lämpötilan nousu on verrannollinen ahtopaineeseen. Lämmetessään llman tiheys laskee, minkä seurauksena moottorin täytössuhde ja siten teho laskee, kun samalla moottorin nakutusherkkyys kasvaa. Ahtimelta lähtevän ilman lämpötila voi hyvin nousta 100 asteeseen. Sanomattakin on selvää, että välijäähdytin sijoitetaan raikkaan ilman varmistamiseksi ns. muiden jäähdyttimien etupuolelle! Tuloputken/letkun kooksi välijäähdyttimelle 250 hv moottorissa riittää 50 mm (1,9") ja 700 hv moottorissa 75 mm.