» tehnika » mootor » 

Ülelaadimine
» Turbo tööpõhimõte
» Boostil ja boostil on vahe
» Lag ja boostilävi
» Turbo poolt ja vastu
» Turbo ja töömaht?
» Mõned ülelaadimisega USA autod

"There's no replacement for displacement" ehk "Töömahule asendajat pole" on lause, mis on USA autodega tegelejate hulgas au sees, kuid mida meeldib kahtluse alla seada neil, kes eelistavad "arenenuma" tehnoloogiaga mootoreid, eelkõige väikseid võimsaid turbomootoreid.

 

Ja tõepoolest – nagu siinsetelgi lehekülgedel varem mainitud, on mootor eelkõige õhupump ja ülelaadimine on tõhus viis mootori tarbitava õhu- ja kütusehulga ning ühtlasi väände ja võimsuse kasvatamiseks.

Ülelaadimisviisidest tõhusaim on turbo - üks paljukasutatud näiteid selle tehnoloogia võimalustest on 80-ndate keskpaiga F1 autod, mis ajasõiduseades said oma 1,5- liitristest turbomootoritest kätte 1200-1400 hobujõudu – see on ligi 900 hobujõudu liitrist. Selline erivõimsus on võrreldav 500 CID / 7000+ hj Top Fuel dragsteritega ja F1 mootorid pidasid kvalifikatsiooniseades vastu vähemalt paar ringi Top Fueli burnouti ja 400 meetri vastu.

2004. aasta lõpuks kujunes NHRA klassides esmakordselt olukord, kus kiireima vabalthingava klassi (Pro Stock) rekord oli nõrgem kui kõige kiirema "turboklassi" (Pro RWD) parim tulemus (2005. a. juuli seisuga olid rekordid 6.63@208.23 vs. 6.52@217.70). Pro Stockis on lubatud kuni 500 CID vabalthingavad karburaatormootorid, Pro RWD-s aga kuni 213.5 CID turbomootorid. Vabalthingavatest kiirendusautodest saavad Pro RWD-le praegu vastu vaid IHRA Pro Stock nn. "Mountain motor" masinad, mille maksimaalne lubatud töömaht on 815 CID (peaaegu 13,5L!) ja rekord 2005. aasta keskpaiga seisuga 6.400@217.98. Kuna turboautode klassid on üsna uued ja masinaid alles õpitakse veerandmiilile häälestama, on võimalik, et nende rekordid kukuvad edaspidigi kiiremini kui traditsioonilisemates klassides.

Nagu näha, suudavad turbomootorid veerandmiilil konkureerida endast 2-4 korda suuremate vabalthingavate jõuallikatega; ka tänavaautos võimaldavad turbod saavutada üpris erakordseid võimsusi – kuni neljakohaliste numbriteni välja. Ülelaadimise ja eelkõige turbode potentsiaal on ilmne ja tehnoloogia väärib lähemat tutvumist – võib-olla saab siis selgemaks seegi, kas ülelaadimisest on igas olukorras töömahule asendajat.

Artikli alguses sai meelde tuletatud, et mootor on eelkõige õhupump. Selline üldistus on kohane seepärast, et mootori korralikuks tööks peavad bensiin ja selle põletamiseks vajalik õhk olema küttesegus õige suhtega. Ideaalseks suhteks loetakse 14,7:1 ehk iga kilo kütuse kohta tuleb silindrisse saada 14,7 kg õhku; sellises õhuhulgas on piisavalt hapnikku, et kogu kütus täielikult ära põletada. Kui masside suhe ei tundu piisavalt dramaatiline, tasub vaid mõelda, milline on ruumalade suhe. Üks liiter bensiini kaalub umbes 750 grammi, üks liiter õhku aga vaid 1,3 grammi. See tähendab, et ühe liitri bensiini põletamiseks kulub 750 * 14,7 = 11 000 grammi õhku, mille ruumala on peaaegu 8500 liitrit. Nüüd peaks selge olema, miks võib mootorit õhupumbaks kutsuda ja kui palju suurem probleem on mootorisse vajaliku hulga õhu/hapniku saamine võrreldes kütuse pealekallamisega.

Kuidas selline hulk õhku mootorisse saadakse ja kuidas seda sinna veel rohkem ajada? Vabalthingav mootor peab kogu vajamineva õhu sisse "imema"; tegelikult näeb see välja nii, et sisselasketaktil allapoole liikuv kolb tekitab enda kohal hõrenduse ehk alarõhu, millesse õhk tungib atmosfäärirõhu mõjul – meie pea kohal olev kilomeetrite kõrgune õhusammas avaldab nimelt ka rõhku, mille suuruseks merepinnal on 1 atm ehk 1,013 bari ehk 14,7 PSI (pounds per square inch).

Just rõhuvahe atmosfääri ja silindri vahel on see, mis õhu sisselasketakti ajal silindrisse surub. Sellest järeldub, et kõrgemates piirkondades, kus õhusammas on "õhem" ja rõhk väiksem, kannatab ka mootori täiteaste ja võimsus; veel rohkem kannatasid eelmise sajandi esimesel poolel sisepõlemismootoriga järjest kõrgemale pürginud lennukid. Just sõjalennunduses leidsid esmalt rakendust erinevad ülelaadimismeetodid – viisid, kuidas mootorisse minevat õhku survestada ja seeläbi igaks töötaktiks silindrisse rohkem küttesegu saada. Selleks olid kasutusel kahte tüüpi kompressorid – nn. mehaanilised kompressorid ja turbod.

 

Turbo tööpõhimõte
 

Põhierinevuseks turboülelaadimise ja teiste kompressoritüüpide (Roots-, topeltkruvi- ja tsentrifugaalkompressorid) vahel on see, kust võetakse energia täiendava õhu pumpamiseks mootorisse. Nimelt on sisepõlemismootor vaatamata rohkem kui sajandipikkusele tehnilisele arengule endiselt üpris ebaefektiivne jõuallikas – kütuse põlemisel eralduvast energiast läheb auto liigutamiseks vaid umbes veerand. Natuke alla 10% neelavad hõõrdekaod, kolmandik läheb silindriseinte kaudu jahutusvedeliku soojendamiseks ning viimane kolmandik läheb kaotsi heitgaaside temperatuuri ja rõhu näol.

Kui kõiki teisi kompressoritüüpe aetakse tavaliselt ringi rihmülekande abil mootori väntvõllilt ja röövitakse sellega väärtuslikke hobujõude (kadu võib ulatuda isegi üle 10% mootori võimsusest), siis turbo puhul saame kasutusele võtta energia, mis muidu püüdmatult kaotsi läheks – heitgaaside rõhu ja temperatuuri. Erinevalt teistest ülelaadimisviisidest on turboülelaadimine niisiis peaaegu "tasuta" - hinnaks on vaid mõningane takistus väljalasekgaaside liikumisele. Kuidas siis turbo heitgaasid tööle rakendab?

 
 Turbo läbilõige
Pildi eest tänu / photo courtesy of NASA
 

Turbo koosneb kahest üsnagi sarnasest poolest – turbiinist ja kompressorist; esimest nimetatakse ka kuumaks pooleks (pildil punane) ja teist külmaks pooleks (pildil sinine). Pildil on turbiini flants, millega turbo kinnitatakse väljalaskekollektori külge ja mille kaudu väljalaskegaasid sisenevad, suunatud otse alla. Kuum ja kõrge rõhu all olev heitgaas siseneb turbiini järjest spiraalselt kitsenevasse korpusesse ja kogub liikudes kiirust. Gaasid tahavad liikuda väljalaske ja atmosfääri ehk oluliselt madalama rõhu suunas, kuid selleks peavad nad liikuma läbi turbiini tiivikut ümbritseva kitsa ava ja üle tiiviku labade; selle käigus panevadki nad tiiviku pöörlema kiirusega, mis võib ulatuda isegi üle 150 000 pöörde minutis.

Turbiini tiivikuga samal teljel on teine tiivik – kompressori tiivik, mis hakkab seetõttu samuti pöörlema. See tiivik pöörleb külma poole e. kompressori korpuses, kus toimuv on vastupidine turbiinis aset leidvale. Pildil siseneb õhk kompressorisse paremalt; õhu sisenemise suunast vaadatuna päripäeva pöörlev kompressori tiivik "haukab" õhu oma labade vahele ja seal kiirendub see nagu karusellil iseenda massi mõjul tiiviku ääre suunas. Sealt suunatakse kiiresti liikuv õhk kompressori spiraalsesse korupusesse, kus ta aeglustub järjest avaramasse ruumi liikudes; nii muutub liikumiskiirus staatiliseks rõhuks - ülelaaderõhk ehk boost ongi sündinud. Kompressori väljundava on pildil üleval ja suunatud vaatajast eemale.

 

Paraku pole boost ainuke asi, mis kompressoris tekib - õhu kokkusurumisel sünnib ka hulganisti soojust. See tuleneb elementaarsetest füüsikaseadustest, mille kohaselt on gaasi rõhk, ruumala ja temperatuur omavahel seotud ning mille järgi kuumeneks õhk kokkusurumisel ka siis, kui meil oleks kasutada ideaalselt efektiivne kompressor. Miks temperatuuri tõus paha on? Kahel põhjusel - esiteks tähendab õhu kõrgem temperatuur seda, et sama (ülelaade)rõhu juures on õhk hõredam. Iga liiter õhku, mis mootorisse jõuab, kaalub vähem ja selles on vähem kütuse põletamiseks vajalikku hapnikku - järelikult kahaneb võimsuspotentsiaal. Teiseks kasvab koos temperatuuri tõusuga detonatsiooni tõenäosus, mis ongi peamiseks piiravaks teguriks ülelaaderõhu ja võimsuse tõstmisel.

Erinevad kompressoritüübid kuumutavad õhku erineval määral. Toodud graafikul näitab kõige alumine sinine joon 20-kraadise sissetuleva õhu soojenemise väikseimat teoreetiliselt võimalikku määra vastavalt ülelaaderõhu kasvamisele. Kahjuks pole turbo ega ka ükski teine kasutuses olev kompressoritüüp 100% efektiivne – turbo- ja neile sarnaste tsentrifugaalkompressorite efektiivsus on enamasti vahemikus 65-80%, twin-screw kompressoritel 70-80% ja traditsioonilistel Roots-tüüpi kompressoritel kõigest 50-55%. Nagu graafikult näha, tõstab 14,7 PSI ehk 1-barist rõhku tekitav Roots-blower õhu/küttesegu temperatuuri ligi 125 kraadi võrra. Turbo piirdub parimal juhul umbes 80 kraadiga, mis tähendab, et sama ülelaaderõhu juures on turbo "väljahingatava" õhu igas liitris ligi 13% rohkem kütuse põletamiseks vajalikku hapnikku, rääkimata väiksemast detonatsiooniohust.

Kuid temperatuuritõus on vaid väike osa kompressoritüüpide erinevustest - kuna nii õhu kokkusurumise kui ka kompressori käitamise viisid on erinevad, siis on ka boostikõverad üsna erineva kujuga; rääkimata sellest, et sama boosti juures võivad erinevad kompressorid anda üpris erineva väändemomendi ja võimsuse. Ehk...

 

Boostil ja boostil on vahe
 

Seda asjaolu sobib ideaalselt näitlikustama ajakirja "Muscle Mustangs and Fast Fords" võrdlustest, kus ühe mootori peal ('03 Mustang Cobra 4.6-liitrine DOHC V8, mille võimsuseks pakub Ford üpris tagasihoidlikult 390 hj; standardis on mootoril 8 PSI rõhuga Roots-tüüpi kompressor) prooviti lisaks tehasekompressorile läbi veel kolm ülelaadimismeetodit – twin-screw, tsentrifugaal ja twin-turbo. Et erinevatele kompressoritele enam-vähem võrdsed lähtepositsioonid anda, otsustati kõikidel juhtudel jääda 14 PSI ülelaaderõhu juurde. Tulemustest annab ülevaate lisatud graafik; boosti näitavad pidevjooned, mootori arendatud väändemomenti katkendjooned.

 
 

Esmalt võiks vaatluse alla võtta stock Roots-tüüpi kompressori (rohelised graafikud) ja Kenne-Belli topeltkruvikompressori (sinised graafikud). Nende ühiseks nimetajaks on see, et tegu on väntvõllilt ringi aetavate nn. positive displacement kompressoritega, mis liigutavad iga oma pöörde kohta kindla hulga õhku. See tähendab, et mõlemad kompressorid peavad hästi sammu mootori õhuvajadusega pöörete kasvades ning toodavad viivituseta ning üsna ühtlast boosti tühikäigult kuni redline'ini. Roots-kompressori kohta leiab täpsemat infot meie vastavast artiklist.

Ilmsiks tulevad siiski ka mõned olulised erinevused. Stock Roots-tüüpi kompressor töötab 14 PSI saavutamiseks üsna võimete piiril; tänu rihmrataste vahetusele pöörlevad rootorid 2,9 korda mootorist kiiremini (stock 8 PSI saavutatakse 2,1:1 ülekandega), kuid sellele vaatamata hakkab boost peale 5000 pööret ära vajuma. Topeltkruvikompressorit tuli 14 PSI piiridesse jäämiseks aeglasemalt ringi ajada (sellest on tingitud ka Rootsist väiksem boost madalatel pööretel), kuid laaderõhku jätkus ilusti ka kõrgematele pööretele.

Veelgi kõnekam on vahe kahe kompressoritüübi efektiivsuses – kuigi topeltkruvi hakkab Roots-kompressorist rohkem boosti arendama alles 5000 pöörde juures, räägivad väändemomendigraafikud hoopis teist juttu: väändes ja ühtlasi võimsuses on topeltkruvil eelis juba 3500 pöördest alates. Suurem võimsus väiksema boosti juures tuleb just paremast efektiivsusest – topeltkruvi raiskab vähem mootori jõudu sisselaskeõhu kuumutamisele. Suur eelis kõrgematel pööretel andis topeltkruvile selge võidu tippvõimsuses, 704 hj vs. 583 hj. Kui antud testi 14-15 PSI on tänaval kasutatava Roots-tüüpi kompressori puhul ülempiiriks, siis topeltkruvil jäi veel mõnevõrra varu - ta on suuteline ka 20+ PSI boosti tekitama.

Erinevalt Rootsist, mis tõesti ainult liigutab õhku, toimub topeltkruvikompressori rootorite vahel ka õhu kokkusurumine - see teebki võimalikuks kõrgema ülelaaderõhu ja annab suurema efektiivsuse, kuna tekkiv rõhk takistab õhu tagasivoolamist läbi kompressori ja nii väheneb turbulentsist tingitud õhu kuumenemine. Vaatamata omavahelistele erinevustele on nii Rootsi kui topeltkruvi efekt kõige sarnasem vabalthingava mootori töömahu kasvatamisega – väändemoment on ühtlaselt suurem kõigil pööretel. Selle omaduse ja suhtelise lihtsuse tõttu on neid kompressoritüüpe kasutanud ka suured autotootjad ('99-'04 Ford F-150 Lightning, '03-'04 Mustang Cobra, Ford GT; GM-i 3800 V6, 2.0 Ecotec R4 ja lähitulevikus Northstar V8 mootorid).

Samuti väntvõllilt ringiaetaval tsentrifugaalkompressoril on hoopis erinevad omadused. Olemuselt on tsentrifugaalkompressor väga sarnane turbo külmale e. kompressoripoolele, kuid seda ei käita turbiin, vaid mootor ise rihm- ja hammasülekande abil. Erinevalt varem vaadeldud "positive displacement" kompressoritest sõltub tsentrifugaali tekitatav boost väga oluliselt kompressori ringiajamise kiirusest - teoreetiliselt kasvab boost võrdeliselt kompressori tiiviku pöörlemiskiiruse ruuduga. Maksimaalne ülelaaderõhk saavutatakse reeglina mootori redline'i juures, kus kompressori tiiviku pöörlemiskiiruseks võib olla kuni 80 tuhat p/min.

Kuna kompressori käitamiseks üldjuhul omaette käigukasti ei kasutata, tähendab redline'i juures tipnev boostikõver ja boosti otsene sõltuvus pööretest seda, et mootori pöörete langedes kaob sama kiiresti ka ülelaaderõhk, muutudes tänavasõidupööretel peaaegu olematuks. Nagu näha graafikult, kaotab tsentrifugaal 2500 pöörde juures Rootsile ja topeltkruvile väändes rohkem kui 200 lb-ft'iga. Ülelaaderõhk on teiste kompressoritüüpidega võrreldav alles ülalpool 6000 pööret, kuid siiski võimaldab suurem efektiivsus näiteks Roots-kompressorit väändemomendis edestada juba tuhat pööret varem. Tippvõimsus on tsentrifugaali leivanumbriks - testis mõõdetud 725 hj ületab napilt ka topeltkruvi saavutatu, kuid ülelaaderõhus jäi veel palju varu - tsentrifugaalid on suutelised ka üle 30 PSI rõhkudeks testis kasutatud 14 PSI asemel.

Nendest iseärasustest tulenevalt on tsentrifugaalkompressorid üpris populaarsed USA V8 mootoritel, mis madalatel pööretel ka ilma ülelaaderõhuta hästi hakkama saavad ja tsentrifugaali abiga kõrgematel pööretel päris suuri võimsusnumbreid saavutavad. Tsentrifugaal on tõhus veerandmiilil (kiiremad autod on jõudnud keskmiste kuuteni) ja samuti võib seda tüüpi kompressor ära kuluda nendele, kes soovivad oma väiksemast mootorist suuremat võimsust, kuid ei vaja või ei tahagi suurt väändemomenti madalatel pööretel ning eelistavad pöörete kasvades sujuvalt ja ettearvatavalt lisanduvat väänet. Siiski on tsentrifugaalkompressor siin vaadeldud ülelaadimisviisidest ainuke, mida tänapäeval ühelegi seeriaautole tehasest ei panda (va. Koenigsegg, kui seda seeriaautoks lugeda) - põhjuseks ilmselt just see, et temast pole tuntavat kasu tavasõidu pööretel ja tal on (vähemalt selles testis) selgelt kõige väiksem "area under the curve" e. summaarne väändetootmine üle kogu pööretevahemiku.

Turbo kompressoripool on tsentrifugaalkompressoriga sarnane, aga kuna turbo käitamiseks on kasutusel hoopis teine energiaallikas, on ka turbomootori boosti- ja väändemomendigraafikud üpris erinevad. Madalatel pööretel napib nagu tsentrifugaalilgi boosti ja väänet, kuna turbost ei käi läbi küllalt heitgaase, et tiivikutele arvestatava boosti tekitamiseks vajalik kiirus anda. Seepärast kaotabki turbo selles testis 3000 pöörde juures ja enne seda nii topeltkruvile kui ka Rootsile ligi 180 lb-ft'iga.

Kuid pisut peale 3000 pööret võtavad turbo kõverad hoopis erineva kuju - mootor hakkab tootma piisavalt väljalaskegaase, et sünniks suletud ring - gaasid ajavad turbot kiiremini ringi, mis omakorda tekitab sisselaskes suurema rõhu, mille tulemusel tekib veel rohkem heitgaase jne, jne. Turbo "spoolib üles" ehk turbiini ja kompressori tiivikud saavutavad töökiiruse. Vahemikus 3000-4000 pööret kasvab mootori pöördemoment järsult peaaegu kahekordseks - see ongi see äkiline "turbolaks", mis olenevalt olukorrast surub juhi nähtamatu hiiglasekäega istmesse või võtab rehvidelt hetkega pidamise :)

Et mootor ellu jääks, tuleb tekkinud "suletud ring" mingil hetkel katkestada - soovitud ülelaaderõhu juures hakatakse heitgaase turbost mööda juhtima ja nii jääbki boost pöörete edasisel kasvamisel soovitud tasemele - antud juhul alla 14 PSI, millega anti teistele kompressoritele isegi natuke edumaad. Sellele vaatamata ei olnud maksimaalse pöördemomendi ja võimsuse osas turbole vastast - 830 hj ületas tsentrifugaali 100 hobujõuga; 756 lb-ft väänet ületas topelkruvi ligi 150 lb-ft'iga. 14 PSI ei ole turbodele ka mingiks laeks - 17 PSI juures ületati sama Fordi stock longblockiga 900 hj piir ja üldse on turbod suutelised 30+ PSI ülelaaderõhkudeks.

 

Lag ja boostilävi
 

Turbo hea efektiivsus ja mootori jõu "mitteröövimine" pääsevad antud juhul mõjule juba alates keskpööretest; näiteks 4300 pöörde juures annab turbo väiksemast boostist hoolimata Roots kompressorist tervelt 130 lb-ft rohkem väändemomenti. Madalamatel pööretel (ja ka osagaasil/väikese koormuse juures) tuleb aga kokku puutuda turbosüsteemi jõutootmise iseärasustega.

Nagu näitab dünograafik, pole madalatel pööretel arvestatava boosti saavutamine võimalik isegi täisgaasil – heitgaase on turbo kiireks ringiajamiseks vähe ning mootori võimsus ja vääne jäävad umbes vabalthingava mootori tasemele (võib-olla ka madalamale, kui ülelaadimiseks on surveastet märgatavalt vähendatud). Kuna turbot ei aeta erinevalt teistest kompressoritüüpidest ringi otse väntvõllilt, siis ka kõrgematel pööretel ei reageeri turbo gaasi põhjavajutamisele hetkeliselt, vaid väikse viivitusega; see viivitus dünograafikul ei kajastu.

Nende nähtuste kirjeldamiseks on kasutusel kaks terminit: lag ja boost threshold ehk boostilävi. Sõna "lag" on palju laiemas kasutuses, kuid C. Belli raamatu "Maximum Boost" kohaselt räägitakse sageli ekslikult lagist, kui mõeldakse tegelikult boostiläve. Boostilävi on kõige madalam mootori töökiirus, mille juures turbo tekitab piisavalt boosti, et suurendada arvestatavalt pöördemomenti ja võimsust vabalthingava mootoriga võrreldes. "Arvestatav" on suhteline mõiste, kuid antud graafikute puhul võiks turbo boostiläveks lugeda u. 3300-3500 pööret - selles kohas hakkavad kõverad peaaegu otse üles liikuma :)

Lag'i defineerib Bell kui viivitust gaasi põhjatallamise ja arvestava boosti tekkimise vahel, kui mootori pöörded on juba nii kõrgel, et boost saab tekkida (st. ülalpool boostiläve); mida kõrgemal on pöörded, seda väiksem see viivitus on. Lag'i tekitavad turbiini inerts ja hõõrdekaod ning turbomootori tavalisest pikema sisselasketrakti "täitmine rõhuga".

Tehasekorras turboautode boostilävi on üldjuhul üsna madalal ja lag väike, aga võimsuse kasvatamisel hakkab lävi tõusma ja lag suurenema seda kiiremini, mida väiksem on mootor ja mida rohkem võimsust temast soovitakse. Lihtsustatult on suurema võimsuse jaoks vaja suuremat turbot, mis tähendab, et turbo üles spoolimiseks (e. töökiiruse saavutamiseks) on vaja rohkem heitgaase; lisaks on turbiini tiivik raskem, suurema inertsiga ja kogub aeglasemalt kiirust. Mida väiksem on mootor võrreldes valitud turboga, seda raskem on tal vajalikul määral heitgaase toota ja seda suurema osa oma pööretevahemikust töötab ta sisuliselt vabalthingavana. Pikk "vabalthingav" momendigraafiku osa, sellele järgnev lühike mitmekordse momendi osa ja äkiline üleminek nende kahe vahel teevad sellise autoga sõitmise tülikaks.

Boostini ei aita jõuda ka vabakäigul tuuritamine - nagu ka vabalthingaval mootoril vaakum sisselaskes küll langeb, kuid ülelaaderõhku ei teki, kuna koormuseta mootor ei tekita küllaldaselt heitgaase. Samas tähendab see, et turbo on juba olemuselt koormustundlik - teised kompressoritüübid "näevad" ainult mootori pöördeid ja seetõttu on näiteks Roots- ja topeltkruvikompressorite juures tihti kasutusel möödavooluklapp ja/või sidur, et vältida õhu survestamist (ja sellega kaasnevat temperatuuritõusu ning jõu- ja kütusekulu) mootori väikese koormuse korral. Tsentrifugaali puhul loodetakse sellele, et kompressor madalatel pööretel erilist boosti ei toodagi.

 

Turbo poolt ja vastu
 

Turbomootorite eelisena võib veel välja tuua väikesed mõõtmed ja eelkõige väikese massi, arvestades toodetavat võimsust. Siiski ei pruugi kaaluvahe suurema vabalthingava mootoriga olla nii märgatav, kui töömahtude põhjal oletada võiks. Võrdlemiskõlbulikke andmeid on raske leida, kuid erinevate 4-silindriliste turbomootorite massiks pakutakse enamasti 140-170 kg; kolm korda suurema töömahuga (5.7-6L) GM-i LS1/LS6/LS2 mootorid kaaluvad umbes 180-220 kg. Võistlusspordis on iga kilo ning hobujõud arvel (ja GM-i 2L Ecotec kiirendusmootorist võetakse näiteks ligi 1100 hj), kuid 400-500 tänavahobust annab moodne small-block juhi käsutusse märksa muretumalt ja mugavamalt.

Kokkuvõttes on turbomootorid siiski oma võimsust arvestades väikesed ja kerged ning rahulikus sõidus ka kütusesäästlikud; samas pakuvad nad kõige suuremat võimsuspotentsiaali töömahu kohta - miks siis kõik tehaseautod pole turbomootoriga ja miks modimise käigus ka teisi kompressoritüüpe kasutatakse? Võimalike põhjustena võib välja tuua mõne teise kompressoritüübi (või ka vabalthingava mootori) sujuvama jõutootmise ning turbosüsteemi suurema keerukuse ja hinna.

Autot turbo(de) jaoks ümber ehitades tuleb muuta nii sisse- kui väljalaskesüsteeme ja tagada turbole õlitus ja jahutus; vähegi tõhusamasse turbosüsteemi kuuluvad enamasti veel eraldi wastegate, vahejahuti ja blow-off klapp; üldjuhul tuleb kõne alla ainult elektroonilise sissepritse kasutamine ja sedagi on tihti vaja ümber teha või üldse aftermarket lahendusega asendada.

Lisavõimsuse otsimine on lihtsam, kui auto on juba tehasest turboga varustatud, kuid ka tehaseautodes piiravad turbode laialdasemat levikut suurem keerukus/maksumus ja väiksem lollikindlus (oluline on õlivahetusvälpadest kinni pidada, mootorit kohe pärast suuremat tallamist mitte seisata, jne.). Täiendavaks mureks on see, et turbo neelab kõvasti väljalaskesoojust – auto käivitamisel saavutavad turbo järel paiknevad katalüsaatorid töötemperatuuri aeglasemalt, mis tekitab probleeme saastenormidega.

Ülelaaderõhu ja võimsuse tõstmisele seavad lõpuks piiri mootori vastupidavus ning vahejahuti ja kasutatava kütuse võime võidelda kõrgete sisselasketemperatuuride ja detonatsiooniga. Võistlusmasinates saab selle piiri spetsiaalkütuste ja ülitõhusate vahejahutite abil lükata väga kaugele, kuid tänava- ja eriti seeriaautos on mänguruum märksa väiksem ja kõrge erivõimsusega väikeste turbomootorite puhul osutuvad halvenevad kasutusomadused probleemiks juba enne selle piirini jõudmist. Järjestikku rakenduvad eri suurusega turbod, muutuva geomeetriaga turbiinid ja kuullaagerturbod aitavad küll pöördemomendigraafikut siluda ning lag'i ja kõrge boostiläve probleeme lahendada, kuid kipuvad keerukust ja hinda veelgi lisama.

Samas näiteks diiselmootorite juures, kus turbo puudused pole sedavõrd suureks probleemiks, on turboülelaadimine muutunud juba valdavaks. Võib-olla juhtub see ka bensiinimootoritega, kui nad enne üldse ära ei kao :) Seniks aga jõuame (loodetavasti pisut targemana) tagasi loo alguses tekkinud küsimuse juurde - kas turbo asendab töömahtu? Suure vabalthingava mootori eelistest väikese turbomootori ees on eelmistes lõikudes juttu olnud, nagu ka sellest, et väikesest (2-3L) turbomootorist on võimalik saada rohkem võimsust, kui kellelgi reaalselt tänaval vaja läheb, ja rohkem, kui peaaegu ükski suur vabalthingav mootor toota suudab.

 

Turbo ja töömaht?
 

Aga kes ütles, et suur mootor peab vabalthingav olema? Ka suuremale mootorile võib lisada turbo (või paar) ja siis on võimalik nautida nii töömahu kui ülelaadimise rõõme; tõsi, leppida tuleb suurema massi ja keerukusega. See-eest pole karta, et viis, seitse või rohkemgi liitrit töömahtu allpool boostiläve autot üldse edasi viia ei taha; madala ülelaaderõhu ja boostiläve ning väikese lag'iga on võimalik saavutada 600-1000+ hj võimsusi, lisaks tähendab madalam forsseeritus suuremat töökindlust. Ja kui eesmärgiks on lõppkiirusrekordid või veerandmiil, siis pole ka 1500, 2000 või isegi 3000+ hobujõudu võimatud – pigem tuleb otsida viise, kuidas mootorist väändemomenti "välja häälestada", et jõuülekande ja raja võimalusi mitte ületada.

V8 turboautod on juba näidanud päris häid tulemusi Bonneville'i lõppkiirusüritustel (495 km/h stockilähedase kerekujuga twin-turbo SBC '92 Firebirdilt ) ja mitmetes kiirendusklassides (keskmised kuued Pro 5.0 Mustangitelt; Rick Headi '89 Camaro 7.66@186mph drag radial rehvidel ja stockilaadse vedrustusega), kuid rajale on jõudmas veel ambitsioonikamad masinad, näiteks Mike Morani ja Annette Summeri twin-turbo bigblock kiirendusautod. Päris oodatud tasemel aegu pole kahjuks veel saavutatud - murelapseks on õige seadistuse leidmine distantsi esimeseks pooleks.

Morani 540 CID topeltturbo Chevy Monte Carlo parimaks ajaks on hetkel 6.25 sekundit - see peaks olema maailma kiireim turboautoga sõidetud aeg, aga vahe loo alguses mainitud Pro Stock ja Pro RWD autodega on väike, vaid 0,2-0,3 sekundit. Tegelikult pole kuue sekundi aegadega profiklassides sellised vahed sugugi tühised, nagu näitab murelik tsitaat ühest kiirendusfoorumist: "Need turboautod on täiesti ettearvamatud - nad võivad rekordit parandada mitu sajandikku korraga" :) Päris kõnekas näitaja on Morani auto parim lõppkiirus – 239.7 mph ehk 385 km/h. See räägib 3000+ hobujuõust ja sellest, et Morani eesmärk - viie sekundi aeg - liiga väikese võimsuse taha küll ei tohiks jääda; blowerautoga on viitesse jõutud mitu miili väiksema lõppkiirusega.

Kuigi turbomootoritega on USA-s kiirendatud juba 60-ndate keskpaigast, on see suund viimastel aastatel "uue hingamise" saanud (kindlasti mõjutatuna ka kiiretest "importautodest") – võimsuspotentsiaal on lihtsalt sedavõrd suur ja tänapäevane tehnika (ülelaaderõhu elektrooniline juhtimine ja EFI) võimaldab seda realiseerida palju paremini, kui see veel kümmekond aastat tagasi mõeldav oli. Turbod on väga suurte (10+ liitrit) vabalthingavate võistlusmootorite ja eriti nitromootoritega võrreldes ka komponente säästvad ja väiksema hooldusvajadusega. Kütusena hakkab aga bensiini asemel ilmselt tihti nägema metanooli, kuna selle aurustumine mootoris neelab sedavõrd palju soojust, et ka 40+ PSI boosti juures saadakse hakkama ilma vahejahutiteta. Üks kummaline eelis on turbodel veel – nimelt on turboautod üsna vaiksed (kui nad just stardi ootel piirajas ei paugu) ja see on päris oluline olukorras, kus paljud stripid on sunnitud mürapiirnorme kehtestama.

Kokkuvõttes on omad eelised nii vabalthingaval mootoril kui ka kõikidel kompressoritüüpidel, kuid suurim võimsuspotentsiaal on kahtlemata turboülelaadimisel. Ülelaadimine ja töömaht on aga asjad, mis tingimata ei asenda ega välista teineteist, vaid parimal juhul ühendavad hoopis jõud :) Edu boostimisel!

 

Mõned ülelaadimisega USA autod
 

USA on tuntud kui suurte vabalthingavate mootorite maa, kuid läbi aegade on seal tehtud ka huvitavaid ja võimsaid ülelaadimisega autosid. Kuigi Euroopas oli 1905. aastaks võetud erinevatele ülelaadimisviisidele mitmeid patente, jõudsid ülelaetud autod kõigepealt siiski USA võistlusradadele ja tänavatele - Lee Chadwick kasutas endanimelisel autol kompressorit esmakordselt juba 1908. aastal.

Esimese Maailmasõja järel hakkasid kompressorid levima mõlemal pool Atlandi ookeani; valdavalt oli tegu Roots-kompressorit kasutavate võistlusmasinatega, kuid ülelaadimise said ka mõned tänavaautod. USA-s oli üks teerajajaid E. L. Cord - tema juhitud kontserni kuulunud Auburn, Cord ja Duesenberg kasutasid 30-ndatel mitmetes mudelites tsentrifugaalkompressoreid ja Duesenbergi ülelaadimisega ridakaheksa oli selle perioodi üks vaieldamatuid tippmootoreid maailmas.

30-ndatel sai alguse ka aftermarket kompressorite tootmine - üks pioneere oli Robert Paxton McCulloch, kelle keskmist nime kannavad mõned kompressorid tänapäevalgi. USA autotööstuse põhivool tüüris siiski järjest suuremate vabalthingavate V8 mootorite poole ja ülelaadimisega tegelesid peaasjalikult väiksemad tootjad (Kaiser, Studebaker). Siiski leidub paar huvitavat ülelaetud autot ka Fordi ja GM-i 50/60-ndate toodangu hulgast, sealhulgas maailma esimesed turboülelaadimisega sõiduautod - nendest võib lähemalt lugeda allpool.

70-ndate teine pool oli USA autotööstuse üks süngemaid aegu üldse - kogu Teise Maailmasõja järgsest suurtele V8-tele suunatud arendustööst oli vähe kasu olukorras, kus prioriteetideks olid äkki saanud keskkonnasõbralikkus ja väike kütusekulu. Neid kahte ei õnnestunud kaua aega ühendada rahuldava võimsusega ja just sellele probleemile lahendust otsides jõuti jälle tagasi ülelaadimise juurde. Fordi, Buicki ja Pontiaci esimesed turbokatsetused '79-'80 mudelitel polnud eriti edukad karburaatori kasutamise tõttu, kuid 80-ndate keskpaigaks oli sissepritse enamuse probleemidest lahendanud.

80-ndate lõpul tegid V6 mootoritel comeback'i ka Roots-kompressorid - neis nähti turbost lihtsamat ja rahulikuks sõiduks ning suurematele autodele paremini sobivat lahendust. Tundus, et väiksema töömahuga ülelaetud V6-d asendavad tänu oma kütusesäästlikkusele ja kompaktsusele V8 mootorid peaaegu kõikides sõiduautorakendustes, kuid nii siiski ei juhtunud. 90-ndatest sai hoopis V8 taassünni aastakümme - Fordi mod-mootorid ja GM-i LT1 ja LSx mootorid näitasid, et moodne suure töömahuga V8 on täiesti elujõuline ja kõikidelt omadustelt konkurentsivõimeline ka tänapäeval; pisut hiljem võttis sama kursi Chrysler, tuues välja uue Hemi V8.

Tänapäeval võib USA autotootjate mootorivalikust leida üpris erinevaid ülelaetud mootoreid, alustades väikestest ridaneljadest ja lõpetades V8-tega - turul möllava võimsussõja tarvis on kompressoriga esialgu varustatud peamiselt vaid väiksemaid (töömahuga alla 5 liitri) V8 mootoreid ja kasutatud selleks lihtsaid, kuid madala boostiga ja mitte eriti tõhusaid Roots-tüüpi kompressoreid. Efektiivsemad ülelaadimisviisid, nagu topeltkruvi või turbo, viiksid üle 5-liitrise mootori võimsuse kergelt superautolike 500++ hj numbriteni ja sellist võimsust pole USA autotootjad seni vajalikuks pidanud. Siiski on juba olemas üks erand - 550-hobujõuline Ford GT - ja kuulujuttude põhjal kaalub GM vastusena oma peatselt toodangusse jõudva LS7 mootori ülelaadimist - see 7-liitrine mootor annab juba vabalthingavana 505 hobujõudu.

Järgnevalt aga väike ülevaade sellest, mida huvitavat on USA autotööstus turbode ja kompressoritega teinud viimase seitsmekümne aasta jooksul:

 
'32 Duesenberg SJ
Topeltülanukkvõllid, neli klappi silindri kohta, tsentrifugaalkompressor - kõlab tänapäevasena, kuid ometi sobivad need sõnad iseloomustama ka üht autot, mis on pärit 1930. aastatest. Tehnoloogia, kiirus ja eksklusiivsus tegid Duesenberg SJ-st oma ajastu kõige silmapaistvama tänavaauto.
'57 Ford Thunderbird F-code
Uus Ford GT ei ole Ford Motor Company esimene võimas kahekohaline ülelaadimisega auto - Ford Thunderbird oli oma esimesel kolmel mudeliaastal samuti 2-kohaline sportlik auto ja viimasel nendest varustati paarsada T-birdi tsentrifugaalkompressoriga.

'62-'63 Oldsmobile F-85 Jetfire / '62-'66 Chevrolet Corvair
Maailma esimesed turboülelaadimisega sõiduautod nägid ilmavalgust 1962. aastal, kui GM esitles Jetfire't ja mõni kuu hiljem Corvair Monza Spyderit. 215 CID alumiinum-V8'ga Jetfire oli tootmises kaks aastat ja kokku tehti neid 9607 tk.; 145-180 hj 6-silindrilise turbobokseriga Corvaire tehti aastatel '62-'66 kokku ligi 50 000. Nendest kahest autost on meie saidil juba juttu olnud.
'63 Studebaker Avanti
Avanti ei suutnud vaatamata talle pandud suurtele lootustele Studebakerit päästa, kuid radikaalne kupee tagas vähemalt selle, et ülelaadimise üks pioneere ei vajunud lihtsalt vaikselt unustusse, vaid kadus areenilt tõeliselt meeldejääval moel - kiirusrekordeid ja disainitraditsioone murdes.
'84-'86 Ford Mustang SVO
Kaheksakümnendate alguses otsis Ford vastust küsimusele: "Kas poniauto võib olla kiire ka vähema kui kaheksa silindriga?" Mustang SVO näitas, et see on võimalik, kuid samas selgus, et väikese turbomootori pakutav kiirus pole see, mida enamik ostjaid ühest poniautost leida loodab.
'84-'87 Buick Regal Grand National
Buick Grand Nationalid on USA kõige tuntumad ja kardetumad turboautod - isegi tehasekorras ei hoolinud nad GM-i kirjutamata reeglist, et Corvette'ist ei tohi ükski auto kiirem olla ja aftermarketi lai tugi tähendab, et nii mõnigi tänava-GN võib olla teel stripile oma 11, 10 või isegi 9 sekundi timeslipi järele.
Mopari '84-'93 FWD turboautod
Mida peaks autotootja tegema, kui selgub, et tema enimkasutatud jõuallikas pole kuigi töökindel? Chrysler otsustas mootorile turbo lisada :) Kuigi esivedu ei võimaldanud nendest 2.2/2.5L mootoritest enamasti täit rõõmu tunda, suutis nii mõnigi turbo-Mopar oma kiirusega üllatada palju kallimaid ja sportlikumaid autosid.
'87-'91 Chevrolet Corvette B2K
C4 Corvette'i peainsener Dave McLellan on kirjutanud, et tema meelest oleks Corvette'i ideaalmootor twin-turbo V8. Chevy ja Reeves Callaway ei suutnud esimestes toodanguversioonides selle lahenduse kogu potentsiaali avada, kuid Callaway ja Lingenfelteri hilisemad autod on näidanud, milleks TT Vette tegelikult suuteline võib olla.
'91 GMC Syclone ja '92-'93 GMC Typhoon
USA autotööstus on küll teinud erinevaid kiireid ülelaadimisega autosid, kuid turbomootorit pole seni veel ühendatud neliveoga... või on? Tuleb välja, et on küll; ja kuigi turbo ning 4WD said kokku kastiautos, näitas GMC Syclone veenvalt, et tema oskused ei piirdu ainult väga äkiliste kohaltvõttudega.
'03-'04 Ford Mustang Cobra ja '05- Ford GT
Ülelaadimisega V8 on saanud Fordi meelisjõuallikaks kiirete autode ehitamisel - F-150 Lightning sai sellise mootori abil maailma kiireimaks kastiautoks ja Ford GT esitas väljakutse Euroopa superautodele; nende kahe vahele mahub veel Mustang Cobra, mis on viinud uuele tasemele poniautode tehasevõimsuse ja boostipotentsiaali.
'03- Ford Falcon XR6 Turbo
Falcon XR6 on tegelikult Austraalia auto - seal on suured ja võimsad tagaveolised masinad alati au sees olnud - ka siis, kui neile USA-s 80-ndatel selg pöörati. Nüüd on GM sunnitud sealt muskelautosid lausa importima ja ka Sinise Ovaali fännid USA-s ei ütleks ära mõnest maakera kuklapoole kiiremast masinast - sealhulgas ühest kiirest turboautost.
 
 
muskelautod | kiirendusvõistlused | tehnika | üritused | autoesitlused | foorum | sõnastik | kalkulaatorid
tqhq'st | sisukaart | e-mail
© tqhq.ee 2000 - 2017. Loe meie materjalide linkimisest ja kopeerimisest.