Välijäähdyttimen tarkoitus ahdetussa moottorissa on melkein kaikille itsestäänselvyys. Tarkoitushan on tietenkin jäähdyttää turbossa tai mekaanisessa ahtimessa kuumentunutta ilmaa. Välijäähdyttimen päivitys tai tuore asennus aiheuttaa kuitenkin joskus kysymyksiä. Tässä niihin muutamia vastauksia.
Välijäähdyttimen tarkoitus on siis jäähdyttää moottorin sisään menevää ilmaa, jotta moottori tuottaisi enemmän tehoa. Koulussa opittiin, että kylmempi ilma on tiheämpää, joten käy maalaisjärkeen, että silloin moottoriin menee enemmän happea, jolloin tulee enemmän tehoa.
Varsinainen hyöty paremmasta välijäähdytyksestä saadaan kuitenkin moottorin muiden ominaisuuksien kautta. Viileämpi imuilma johtaa siihen, että puristustahdin loppuvaiheilla sylinterissä oleva seos on viileämpää. Viileämmällä seoksella on pienempi taipumus nakuttaa, jolloin voidaan ajaa kovemmalla sytytysennakolla, mikä puolestaan useimmissa tapauksissa tarkoittaa merkittävää tehon lisäystä.
Tämän lisäksi koko moottorin terminen kuorma luonnollisesti pienenee, kun iso osa moottorin sisään ahdetusta lämmöstä hävitetään välijäähdyttimellä taivaan tuuliin jo ennen kuin se päätyisi sisälle moottoriin.
MIKSI ILMA SITTEN LÄMPIÄÄ?
On totta, että turboahdin on todella kuuma, mutta imuilman lämpeneminen ei johdu silti siitä, sillä ilma koskettaa kuumaa ahdinta vain sekunnin osien ajan. Jotta tämän voi selittää tarkemmin, on pakko muistella peruskoulun fysiikan tunnilla opittuja tylsyyksiä.
Eli energiaa voi siirrellä ja sen muotoa voi muutella, mutta sitä ei voi luoda eikä hävittää. Kun kaasuun, tässä tapauksessa ilmaan, sitoutuu energiaa lämpönä, sen tilavuus kasvaa. Kun ilmaa puristetaan kasaan, eli ahdetaan, tämä energia vapautuu lämpönä. Joku voi muistaa, että tätä kuvaa esimerkiksi ideaalikaasun tilanyhtälö.
Ahtamisprosessin loppulämpötilaan vaikuttaa ahtimen lämpötilan ja paineen noususta johtuvan lämpötilan kasvun lisäksi myös ahtimen hyötysuhde. Mitä parempi hyötysuhde, sitä vähemmän ilmaan tarttuu lämpöä.
Perinteisissä ruuviahtimissa ei tapahdu ilman puristumista itse pumppaustapahtuman aikana. Sen johdosta niiden hyötysuhde on väistämättä huono, jos ahtopaine nousee kovaksi. Ruuviahtimet eivät siis ole sanan varsinaisessa merkityksessä ahtimia lainkaan, vaan ilmansiirtimiä, joilla työnnetään ilmaa vähän enemmän kuin moottori luonnostaan nielee. Tämän johdosta syntyy ahtopainetta.
Ahtimen komponentteihin vaikuttaa voima, joka syntyy ilman paineesta niitä vasten. Ruuviahtimessa ahtimen eri puolilla vallitsevaan paineeseen paljastuva mekaaninen osa on ahtimen molemmilla puolillla yhtä suuri. Niinpä paineen noustessa ahtimen pyörimistä vastustava voima kasvaa ja sisäiset vuodot lisääntyvät. Tämän johdosta isoja ahtopaineita tuottavat kiihdytysautojen ahtimet riistävät käyttövoimakseen moottorista useita satoja hevosvoimia.
Turboahtimet taas ovat soveltuvampia isoille ahtopaineille, kompressorisiiven geometriasta riippuen. Mitä suuremmalle paineelle turbo on tarkoitettu, sitä suurempi on ilman kanssa suorassa kosketuksessa kompressorin eri puolilla olevien siiven osien pinta-alaero.
Kompressorikartta kertoo tarkalleen, millaisille painealueille kyseinen turbo on tarkoitettu. Lämmöntuoton kannalta pitäisi aina ajaa kompressorikartan keskimmäisen pisteen ympärillä olevilla virtaus- ja painealueilla. Sen johdosta joissakin tapauksissa ahtoilman lämpötila voi olla pienemmillä ahtopaineilla kovempi. Tällaisessa tapauksessa huonosta hyötysuhteesta ilmaan kohdistuva lämpövuo on suurempi kuin ilman kokoon puristamisesta vapautuva lämpömäärä. Olennaista on siis ajella sellaisilla ahtopaineilla ja virtauksilla, joille turbo on suunniteltu, eikä merkittävästi sen kummemmin yli kuin allekaan.
MILLOIN VÄLIJÄÄHDYTTIMEN PÄIVITYS ON TARPEELLISTA?
Samalla, kun yläasteen fysiikan tuntien muistelusta herahtaneet nostalgian kyyneleet kuivuvat poskipäillä, on aika alkaa miettiä oman välijäähdyttimen tarvetta.
Käytännössä välijäähdyttimelle on silloin selkeä tilaus, kun imuilman lämpötila ylittää säännöllisesti 50 celsiusastetta. Silloin imuilma on niin kuumaa, että sillä on vaikutusta bensiinimoottorin sytytysennakon kestoon, ja samalla yleensä tuntuva vaikutus moottoritehoon.
Satunnainen, kerran tai kaksi kesässä hellepäivänä ilmenevä viidenkympin ylitys ei ole ongelma. Systemaattinen, aina kesäkelissä toteutuva yli viisikymmentä on ongelma, johon kannattaa puuttua.
On olemassa autoja, joihin on tapana vaihtaa välijäähdytin vain sen vuoksi, että alkuperäinen on todella pieni. Silti kuitenkin myös näissä tapauksissa kannattaa mittailla sitä imulämpöä, ennen kuin investoi uuteen cooleriin. Joskus tehdasasenteiset jäähdyttimet ovat hyvin tehokkaita pienestä koostaan huolimatta, sillä autotehtaat hierovat ilmanohjauksen välijäähdyttimille tuulitunneleissa ja perusteellisilla CFD-mallinnuksilla.
BAR AND PLATE VAI TUBE AND FIN
Ikuinen keskustelunaihe: kumpi rakenne on parempi? Vastaus kysymykseen – kuten kovin usein elämässä – ei ole välttämättä niin yksinkertainen kuin luulisi.
– Painavana rakenteena Bar and Plate rakenne ottaa lämpöä tehokkaasti vastaan ja sitoo sitä omaan massaansa. Niinpä se toimii hyvin esimerkiksi varttimaililla, jossa jäähdyttimeen itseensä sitoutuva lämpöenergia ei ehdi aiheuttaa ongelmia, kun suoritus onkin jo päättynyt. Bar and Plate -kennon valmistusprosessi on yksinkertainen, joten tällaiset kennot ovat usein edullisia, sanoo Wagner Tuningin omistaja ja pääinsinööri Carsten Wagner.
– Tube and Fin-rakenteen etuna on minimaalinen omapaino suhteessa jäähdytystehoon. Tube ja Fin -kenno ei pysty lyhyessä ajassa sitomaan yhtä paljoa lämpöä kuin samankokoinen mutta painavampi bar and plate -kenno, mutta vastaavasti se pystyy siirtämään lämpöä tehokkaammin ulkoilmaan. Niinpä rata-ajossa tube and fin on yleistettynä parempi sekä keveytensä että aktiivisen lämmönsiirtokykynsä takia, hän jatkaa.
Luonnollisesti tähän vaikuttavat vielä laatuseikat, sillä laadulla on myös erittäin suuri merkitys välijäähdyttimen toimintaan.
KUN PELKKÄ KOKO EI RATKAISE
Isompi ei aina ole parempi. Suurikokoisesta välijäähdyttimestä seuraa monenlaisia ongelmia, viiveestä fyysisiin rajoituksiin asennusvaiheessa. Kennon suurta kokoa paljon olennaisempaa on se, että sinne johtavat putket ovat oikean kokoiset ja mahdollisimman suorat. Jokainen mutka lisää viivettä ja huonontaa kaasunvastetta. Eli joskus on järkevämpää laittaa pienempi kenno, jos sen avulla saa ahtoputkistosta mahdollisimman suorat ja selkeät.
Kaikkein suurimmassa roolissa välijäähdyttimen asennuksessa ovat kuitenkin ilmanohjaimet. Suurin osa keulaan asennetuista isoista välijäähdyttimistä tekee töitä vain puoliteholla, sillä viileä ajoviima ei löydä tietään kennon läpi, milloin mistäkin syystä.
Yksi perinteisimpiä syitä on se, että konehuone on liian tiivis ja kovissa nopeuksissa konehuoneeseen syntyy ylipaine, jonka takia ilma ei päädy cooleriin, vaan kiertää koko auton sivulta, alta ja yli. Tämä asia on lähes poikkeuksetta kunnossa, jos tutkitaan autotehtaan vakiocooleriasennuksia.
Hyväkään kennolle ohjaava ilmakanava ei auta, jos kuuma ilma ei mahdu poistumaan kennolta. Tämän kiteyttää Benzingin sääntö: ilmaa ei voi työntää, se täytyy vetää. Benzingin sääntö ei sovellu ahtamiseen, jossa ilmaa työnnetään suljettuun tilaan, vaan nimenomaan aerodynaamiseen suunnitteluun, jossa ilmaa pyritään ohjailemaan haluttuihin paikkoihin, jotta saavutetaan jäähdytystehoa, pientä ilmanvastusta tai vaikkapa nostetta.
KÖYHÄN EI KANNATA OSTAA HALPAA
Niinpä, moni kakku päältä kaunis. Halpa kiinalainen coolerikitti noudattaa usein Guptan lakia: jos se vaikutti liian hyvältä ollakseen totta, se todennäköisesti ei ole totta. Halpa, painava, liian iso kenno, jonka mukana tulee monimutkainen, väkisin vakiokonehuoneeseen suunniteltu ahtoputkisto ja jonka mukana ei tule minkäänlaisia ilmanohjaimia, on usein huonompi kuin paljon pienempi, mutta isojen poikien suunnittelema alkuperäisosa. Tämä konkretisoituu esimerkiksi vuosituhannen vaihteen 1.8T -Vaggineissa, joihin saatavilla olevat coolerikitit ovat laidastaan vakiota huonompia, vaikka alkuperäinen ei ole juuri virsikirjaa suurempi.
Paljon fiksumpaa on säästellä kolikoita sen aikaa, että voi ostaa coolerikittinsä tai customipakettinsa komponentit jostakin laatutavaraa myyvältä taholta.
WAGNER TUNING - SAKSALAISTA JÄRJESTELMÄLLISYYTTÄ.
Carsten Wagner on toisen polven autonviritysinsinööri, joka jatkaa isänsä perustaman Wagner Tuningin toimintaa yli kahden vuosikymmenen kokemuksella. Kun nuorempi Wagner otti yrityksen haltuun 90-luvun lopulla, tuoterepertuaarissa oli kaksi tuotetta.
Nykyään tuotannossa on vähän yli sata eri tuotetta yli kahteenkymmeneen automerkkiin. Kaikki tuotekehitys tehdään samoilla menetelmillä kuin autoteollisuudessa. Autot skannataan uusimmilla 3D-skannereilla, ilmanohjaimet, putkitukset ja vääljäähdyttimet mallinnetaan CFD-simulaatioilla.
– Mielestäni tämänkaltaisessa tuotekehityksessä on tärkeää ymmärtää kokonaisvaltaisesti, mitä on tekemässä. Maailma on pullollaan viritysosavalmistajia, jotka tekevät viritysosia Isompi On Parempi -metodiikalla ilman isompaa ymmärrystä siitä, mitä on tekeillä. Meillä sen sijaan ei arvailla, meillä mitataan ja analysoidaan, Carsten vakuuttaa.
Tätä nykyä 11 000 neliömetrin suunnittelu- ja kokoonpanolaitoksessa Muhlstedtissä, Saksassa, työskentelee yli kolmekymmentä työntekijää, joista kuusi insinööriä työskentelee pelkästään tuotekehityksen parissa.
– Meillä on myös vakituiset toimitilat Yhdysvalloissa, Englannissa ja Kiinassa. Kaikki tuotekehitys tehdään kuitenkin tällä Saksan Muhlstedtissä, jolloin voidaan varmistaa tinkimätön laatu.
Viidessätoista vuodessa Wagner on kasvanut yhden miehen pajasta monikansalliseksi, yli 50 henkeä työllistäväksi konserniksi. Laadukkaat tuotteet ovat tässä olleet avainasemassa. mutta saksalaisella järjestelmällisyydellä on luotu kasvuedellytykset myös itse yritykselle.
Mikäli haluat lukea tällaisia artikkeleita aina tuoreeltaan, tilaa GTi-Magazine kotiisi heti tarjoushinnalla osoitteessa www.gti.fi/tilaa!
Muista seurata GTi-Magazinea myös somessa!
- Facebook: https://www.facebook.com/GTiMagazine/
- Instagram: https://www.instagram.com/gtimagazine/