» tehnika » mootor » 

Roots kompressor

Kompressor (i.k. supercharger, blower, huffer, pump jne) on seade, mis surub kokku mootorisse sisenevat õhku, võimaldades põletada rohkem kütust, mis omakorda suurendab pöördemomenti ja seega ka võimsust.

Roots-tüüpi kompressor on ehituselt lihtne ja seetõttu ka odav.

Selle leiutasid vennad Roots'id 19. saj keskel, algse eesmärgiga suunata kaevandustesse värsket õhku. 1930 aastatel võttis GMC selle kasutusele oma diiselmootorites, et aidata heitgaase silindrist välja puhuda. Üks levinumaid mudeleid on 6-71, mis algselt tähistaski 6 silindrist diislit, millel iga silinder 71 kuuptolli. Kokku siis 6 korda 71, ehk 426 cid, 7 liirit. Hot-rodderid hakkasid seda GMC ("Jimmy") blowerit kasutama u. 40'ndate lõpus. Kuna kasutati katse-eksituse meetodit, siis olid mootori purunemised detonatsiooni tõttu sagedased. 60'ndatel oli juba teatud töökindlus ja kogemus saavutatud ning alates 80'ndatest on massiliselt kasutusel.

Teadupärast on mootor õhupump. Mida rohkem sealt õhku läbi käib, seda rohkem saab ka kütust põletada, mis omakorda suurendab pöördemomenti ja võimsust. Vabalthingav mootor peab õhku imema, ülelaadimisega mootoril surutakse aga see silindrisse oluliselt suuremas koguses.

Tööpõhimõte: kompressori korpuses on kaks kolmelabalist rootorit, mille ristlõige meenutab ümardatud Mitsubishi märki. Need haaravad ülevalt kütusesegu, transpordivad selle alla ja seejärel suruvad sisselaskekollektorisse. Kuna sinna surutav segukogus on suurem kui mootor hetkel tarbida suudab, siis see kuhjub sisselaskekollektoris ja tekib ülerõhk.

Kompressorit käitatakse rihmaga väntvõllilt. Rihmarataste suuruse valikuga saab muuta kompressori pöörlemiskiirust ja seega ka ülelaaderõhku. "Underdrive" puhul on kompressor mootorist aeglasem, "overdrive" tähendab aga, et kompressor pöörleb mootorist kiiremini. Oluline on ka kompressori suurus, mida suurem, seda rohkem ülelaaderõhku või aeglasemalt pöörlev sama rõhu juures.

Kompressori ja mootori pöörlemiskiiruse lineaarne sõltuvus annab rida eeliseid. Esiteks puudub vähimgi viivitus gaasivajutamisele reageerimisel, mis näiteks turbomootoreid vaevab. Teiseks: vabalthingav mootor töötab kõige paremini n.ö. keskpööretel, madalamatel jõuab osa segust enne sisselaskeklapi sulgumist tagasi voolata, vähendades seega täiteastet, kõrgetel pööretel aga hakkab mootor "lämbuma". Roots-kompressor kindlustab hea täiteaste nii madalatel kui ka kõrgetel pööretel, mistõttu on pöördemomendikõver oluliselt konstantsem ja mõistagi ka kõrgem. Kompressormootoril on ka kergem käivitus ja kiirem pöördesseminek.

Rahulikult sõites töötab blower-mootor samuti vaakumiga, boost tekib alles gaasipedaali olulisel vajutamisel.

Roots-kompressoreid on erineva suurusega, täpsemalt öeldes pikkusega. Rootorite diameeter on kõigil 5.778 tolli.

6-71 on üks kõige levinumaid. Sobib small-blockidele ja mõõdukamatele big-block'idele. Kompressori rootorid on 15 tolli (38 cm) pikad, kompressori maht 411 kuuptolli (6.7 liitrit).

8-71 on samuti väga levinud, eelkõige karmimatel small-blockidel ja korralikel big-block'idel. Rootorid on tolli võrra pikemad - 16", maht 440 cid (7.2L)

10-71 ja 12-71 on veelgi karmimatele mootoritele, tavaliselt võistlemiseks.

14-71 on Top Fuel'i blower, mida kasutatakse päris palju ka teistel võistlusmootoritel. Kütuseks reeglina nitrometaan, metanool või nende segu. Rootorite pikkus on 19 tolli (48 cm), mahuks 521 cid (8.5 liitrit).

16-71 on kasutusel näiteks Outlaw Pro Modidel. Pikkus 20 tolli, maht 548 cid.

Kuna kompressori rihmaratas peab jääma samale kohale, siis pikkus saab kasvada ainult tahapoole. Kindlasti tuleb kontrollida, kas blower ja jagaja omavahel sobivad, aga kui see ongi probleem, siis toodetakse ka vastavaid jagajaid.

Bloweri rootoritel on nii omavahel kui ka korpusega väike pilu sees, mistõttu üle 15 psi (1 bar) ülerõhu korral hakkab lekkimine muret tekitama. Seetõttu on suurema ülelaaderõhu korral kasutusel teflonribad. Need paigaldatakse rootori labade tippudesse (need käivad vastu korpust) ja külgedele (rootorid omavahel, kuluvad kiiremini). See võimaldab üle 40 psi (3 bar) ülerõhku, kuid nõuab ka ringiajamiseks rohkem jõudu ja, mis peaasi, teflonribad kuluvad kiiresti, mistõttu ei saa selliseid kompressoreid kasutada tänaval ja meremootorites, vaid ainult võistlemiseks. Kulunud ribadega kompressor on oluliselt kehvem kui ilma ribadeta.

Roots kompressoril on ka rida puudusi.

Esiteks avaldab sisselaskekollektoris olev rõhk rootoritele suurt vastusurvet, tahab n.ö. blowerit tagurpidi ringi käima panna. Selle ületamiseks kulub päris palju jõudu, näiteks Top Fuelil u. 1000 hj. Teiseks valitseb sisselaskekollektoris paras keeristorm, mistõttu segu kuumeneb hõõrdumise tagajärjel. Kolmandaks murelapseks on juba eelpoolmainitud lekkimine rootorite vahel. Neljandaks, u. 8500 pöörde juures hakkavad rootori tipud ülehelikiirusele üsna lähedale jõudma, see halvendab oluliselt efektiivsust.

Kui egas kompressoritootjad käed rüpes seisa. On tehtud mitmeid täiendusi, eelkõige võistluse jaoks. Esiteks on vähendatud väljumisava pindala ja viidud see etteotsa. Tulemuseks on väiksem vastusurve, kuna rõhu all olev segu puutub kokku väiksema rootorite pindalaga. Erijuht on veel nn. retrofit kompressor, mille väljumisava on eespoolt korpuse piirest välja toodud, see suurendab veelgi efektiivsust. Paigaldada tuleb natuke tahapoole kui tavaline blower. Samuti on sissepritse kasutamise korral võimalik vähendada ülemist sisselaskeava. Kõik see annab tavalise 55% efektiivsuse asemel kuni 65%.

Kõrgete pöörete efekti on vähendatud nn. hi-helix rootoritega, mis tavapärase 60 kraadi asemel on 120 kraadise väändega. See vähendab kohtumisnurka ja võimaldab pöördeid mõne tuhande võrra suurendada.

Kuuma segu probleemi aitab oluliselt vähendada bloweri ja sisselaskekollektori vahele paigaldatav õhk-vesi vahejahuti, mis meremootoritel on suhteliselt levinud, kuna seal on külm vesi parda tagant võtta ja mootor on ka boosti all pea kogu aeg. Autodel on see vähem kasutusel, esiteks hind on $2000 või rohkem, teise takistuse tekitab (mitte kõigi jaoks) vahejahuti 10-sentimeetrine kõrgus ehk õhukogur hakkab juba katusest kõrgemale ulatuma, kolmandaks, automootorid on harva boosti all, neljandaks, jahutusvee süsteemi keerukus. Võistlusklassides on vahejahutid aga keelatud, iseasi palju neist metanooli ja nitrometaani puhul ka kasu oleks.

Kuna bloweris on ligikaudu mootori töömahule vastav kütusesegu, siis selle lõhkemisel võivad olla tagajärjed. Nende leevendamiseks on tänavakompressorites vedruga heitklapid, mis avanevad ülerõhu korral, võistlustel aga on sageli nõutav sisselaskekollektori esiseinas olev kaitseplaat (burst panel), mis lendab eest kui kompressor plahvatada suvatseb.

Kompressoririhmu-rattaid on kolme tüüpi: esiteks "1/2 pitch", neljakandiliste hammastega, lahjematele tänavamootoritele. Seejärel "8 mm", mis on 40% tugevam, ümarate hammastega, mõeldud 8-71 ja suurema bloweriga karmimatele mootoritele. Kõige tugevam on "13.9 mm" või "14 mm", ümarad hambad, Top Fuel, Top Alcohol, Pro Mod jne.

Bloweri üks kõige isikupärasemaid ja coolimaid asju on nn. "vile" või vingumine. Kuid tegelikult ei tulegi see kompressorist, vaid hoopis rihmaratta ja rihma vahelt välja surutavast õhust. Vile tooni saab muuta rihma pingutades või lõdvendades, aga see nõuab suurt ettevaatust.

Kui palju siis võib rõhku peale keerata? See, jättes kõrvale mootori vastupidavuse, sõltub eelkõige kütusest ja staatilisest surveastmest. Oluline on nn. kombineeritud surveaste (effective compression ratio).Tavabensiinil on piiriks 12-15, võistlusbensiinil 24+, metanoolil ja nitrometaanil hoopis kõrgem. Valemiks on (1 + rõhk/14.7) x staatiline surveaste. Näiteks 8.5 surveaste ja 7 psi boosti annab (1+7/14.7) x 8.5 = 12.5 , ehk saab kasutada tavabensiini. Tüüpiline metanoolimootor surveastmega 12, rõhuga 30 psi aga annab (1+ 30/14.7) x 12 = 36.5!

Mõni sõna tänavamootoritest. Tuleb tunnistada, et tavabensiin ja Roots-blower on üsna ebaefektiivne kombinatsioon. Viga on loomulikult bensiinis, mitte bloweris. Erinevalt näiteks metanoolist, ei sisalda bensiin hapnikku, põleb kuumalt ja on aldis detonatsioonile. Seetõttu ei saa ära kasutada kogu potentsiaali. Kombineeritud surveastet ei soovitata üle 12.5 ajada, aga võib leida ka 14-15 kanti numbreid. Eelpool mainitud põhjustel ei saa kasutada tefloniribasid, seetõttu on boost piiratud u. 15 psi'ga ehk ühe baariga. Silma on hakanud, et 8.5 surveaste ja 10-12 psi on üsnagi hea kombinatsioon.

Mõistagi ei piisa vaid kompressori paigaldamisest, olenevalt ülelaaderõhust ja pööretest võivad olla vajalikud ulatuslikud mootori modifikatsioonid. Korralikud kolvid, kepsud, 4-poldised väntvõllipukid on praktiliselt kohustuslikud. Väntvõllile tuleb veel freesida 1/4 tolline kiilusoon olemasoleva vastu (180 kraadi). Erilist tähelepanu tuleb pöörata vibratsiooni summutamisele kas damperi või hub'i abil.

Üks kõige olulisemaid asju on õige nukkvõlli valimine. Kompressori puhul erinevad nõuded pisut vabalthingavast. Kui sisselaskeklapp vara avada, puhutakse osa segust veel lahti oleva väljalaskeklapi klapi kaudu välja, mis võistlusmootoritel on isegi soovitud, kuna puhub ka heitgaasi välja, aga tänavaautol on tagajärjeks see, et kasutamata kütus põleb ära väljalaskekollektoris, põhjustades viimase hõõgumist. Sel põhjusel kasutatakse klappide ülekatte vähendamiseks suuremat LSA'd, tavaliselt 112-114 kraadi. Teine erisus on see, et töötakt on pikem kui vabalthingaval, varajane väljalaskeklapi avamine põhjustab energia raiskamist. Teisalt aga on ka heitgaase rohkem, mis nõuab pikemat lahtiolekuaega, et kolb ei pea peaks gaase liiga palju takka suruma. Ehk vaja leida kompromiss.

Nukkvõll võib olla hüdrauliline kui boost on alla 10 psi ja pöörded alla 6500. Üle selle lähevad klapi avamiseks vajalikud jõud nii suureks, et hüdrotõukur võib kokku vajuda. Seda soodustab ka väntvõlli poolt vahule pekstud õli. Mõistagi on praktiliselt kohustuslikud rullnookurid ja kroommolübdeen tõukurvardad.

Süütesüsteem saab kõvasti vatti, kuna silindris on rõhk suurem ja küünlad tavaliselt aste-paar külmemad. MSD 6 või selle analoog on kohustuslik. Blowermootori eripäraks on ka see, et ta tahab palju algset eelsüütenurka (16-26 kraadi), aga suht vähe kogunurka (28-34 kraadi). Seetõttu tuleb jagaja ümber kalibreerida. Kasulik on ka lisaseade, mis võimaldab vastavalt ülelaaderõhule süüdet hilisemaks keerata 1-3 kraadi iga psi kohta. Seda aga ei soovitata meremootoritele, kuna erinevalt tänavaautost on need on praktiliselt kogu aeg boosti all - pikaajaline hiline süüde võib pahandusi teha.

Üks põhilisi kompressormootori hädasid on ülekuumenemine. Jahutussüsteem peab tõesti viimase peal olema ja enamgi veel. Muidugi võib selle talumatu nuhtluse põhjuseks olla ka hiline süüde või lahja segu.

Karburaatorite puhul tuleb arvestada power valve'i. Nimelt suurel koormusel võib kompressor imeda karburaatorite alla piisava vaakumi, et power valve sulgub, ja seda kõige ebasobivamal ajal. Seetõttu on blower-karburaatorid ümber ehitatud nii, et PV saab oma signaali sisselaskekolletorist. Sama käib ka käigukasti vaakumi kohta.

Kaaned: võimsatel vabalthingavatel mootorite hinnast moodustavad kaaned suure osa. Ja igati põhjendatult. Blower-mootoril pole aga reeglina vaja kallist eksootikat. Vajalik on väljalaskepordi suurem voolavus kui vabalthingaval (80% versus 66%). Sisselaskeklapi vedru puhul tuleb arvestada ka ülelaaderõhu survet sisselaskeklapile.

Lingid:

Blower Drive Service
Kuhl Superchargers
Weiand
Littlefield

 
 
 
muskelautod | kiirendusvõistlused | tehnika | üritused | autoesitlused | foorum | sõnastik | kalkulaatorid
tqhq'st | sisukaart | e-mail
© tqhq.ee 2000 - 2017. Loe meie materjalide linkimisest ja kopeerimisest.