By Jim Middlebrook
Kysymys kuuluu aina: miksi autonvalmistajat (OE) valitsevat lähes aina roots-tyyppisen ahtimen? Yhden sanan vastaus on hinta. Toki siihen voi olla muitakin tekijöitä, kuten toimittajan vaatimus tier-one-asemasta tai äärimmäiset markkinointiponnistelut, joita yksikään keskipakovalmistaja ei voi saavuttaa mittakaavaetujen vuoksi. Alkuperäisen laitevalmistajan halpa hinta on kuitenkin riittävän vakuuttava kompensoimaan kaikki juurilaturiin liittyvät puutteet. Huomaa, että roots-tyyppiä voidaan kutsua ahtimeksi, mutta ei kompressoriksi, koska se ei ole sitä, vaan se on ilman liikuttaja.
Yksi harhaluulo liittyy näiden Roots-ahtimien ilmavirtaukseen: ilma ei virtaa roottoreiden läpi tai niiden välissä, vaan pikemminkin niiden ympärillä, kotelon sivuilla roottoreiden onteloiden sisällä. Juurilaturi pidättää ilmaa roottorin ja kotelon väliseen kammioon, roottorin nokkien väliseen tyhjiöön, ja kuljettaa tämän pidättämänsä ilman ulostulopuolelle, moottorin imusarjaan. Kun ilmaa siirretään imusarjaan nopeammin kuin moottori kuluttaa sitä, syntyy paine. Aina kun loukkuun jääneen ilman kammio avautuu imusarjaan, aiemmin paineistettu imusarjan ilma virtaa kammioon, kunnes paine normalisoituu, minkä jälkeen kammio sulkeutuu ja poistuu, kun roottorit tarttuvat toisiinsa. Tämä ”palautuminen” sekä kunkin roottorin ja kotelon välinen sisäinen vuoto yhdistettynä mutkittelevaan virtausreittiin, jota ilman on kuljettava, ovat syynä siihen, että juurilaturi on käytettävissä olevista tyyppeistä tehottomin. Lisäksi tämä pulssimainen syöttö johtaa kovaan ja epämiellyttävään kiljuntaan suuremmilla nopeuksilla. Vaikka edellä mainittu prosessi voi tarjota kohtuullisen suorituskyvyn matalissa paineissa, esimerkiksi 5-6 psig:n paineessa, toiminta yhden ilmakehän (14,7 psig) paineessa ja sitä suuremmissa paineissa osoittaa selvästi laitteen rajoitukset. Kun Roots-laturia käytetään korkeammissa paineissa, on todennäköistä, että puolet syötetystä tehosta kuluu lämmön tuottamiseen eikä paineen tuottamiseen. Tämä viittaisi karkeasti ottaen hyvin heikkoon adiabaattiseen hyötysuhteeseen, joka on 50 prosenttia tai alle sen. On mahdollista, että myös keskipakopuristin toimii näin tehottomasti, mutta se johtuisi poikkeuksellisen huonosti suunnitellusta ja mitoitetusta laitteistosta eikä varmasti ole tyypillistä.
Kun käytämme termiä ahtimen hyötysuhde, tarkoitamme adiabaattista hyötysuhdetta ilmauksena siitä, miten hyvin ahtoprosessi toimii. Kaikessa tässä ahtamisprosessissa on kyse ilman tiheyden lisäämisestä (ilman paineistamisesta tai tiivistämisestä) ja tehoton ahdin luovuttaa enemmän lämpöä ilmaan tämän prosessin aikana ja siten vähentää tiheyttä kuin tehokas ahdin. Lisäksi tuo lämpö ei ole ilmaista, vaan se on ostettu moottorin loistehonkulutuksella.
Jotkut valmistajat yrittävät johtaa ostajia harhaan tai hämmentää heitä käyttämällä termiä tilavuushyötysuhde (volumetric efficiency) adiabaattisen hyötysuhteen (volumetric efficiency) sijasta, jotta he voivat näyttää erittäin suotuisan luvun, joka on tavallisesti yhdeksänkymmenen prosentin luokkaa. Termi volumetrinen hyötysuhde viittaa vain siihen, kuinka hyvin kammiot täyttyvät, eikä sillä ole juurikaan tekemistä sen kanssa, kuinka hyvin ahdin toimii; tämä termi pätee vain syrjäytyslaitteisiin eikä keskipakoislaitteisiin. Toiset, jopa suuret OEM-toimittajat, tarjoavat joskus myyntimateriaalia tai kompressorikarttoja, joissa esitetään epätodennäköistä suorituskykyä ja/tai ahtimen hyötysuhdetta (heillä on varmasti oljenkorsi Kool-Aidissa).
Jotkut ovat innokkaita huomauttamaan, että roots-tyyppinen ahdin tuottaa ahtovoimaa hyvin alhaisilla moottorin kierrosluvuilla1. Tämä on totta; ne tuottavat enemmän vauhtia kuin keskipakopuristin matalalla kierrosluvulla ja vähemmän korkealla kierrosluvulla, mutta tämä ominaisuus on paljon vähemmän hyödyllinen kuin miltä se ensin vaikuttaa. Ensinnäkin liiallista ahtoa ei voida hyödyntää näillä alhaisilla kierrosluvuilla. Useimmissa moottoreissa sytytyksen ajoitusta on hidastettava merkittävästi tuhoisan räjähtämisen välttämiseksi, joten on hyvin todennäköistä, että tehon nettolisäystä ei saavuteta, varsinkin kun otetaan huomioon loishäviöt. Toiseksi uudemmissa suuritehoisissa moottoreissa, joissa on muuttuva venttiilien ajoitus ja imuputket, on enemmän kuin tarpeeksi tehoa matalilla kierroksilla, jotta renkaiden vetokyky voidaan ylittää. Kolmanneksi teho ei synny moottorin alhaisilla kierrosluvuilla. Neljänneksi, kun juurten puolestapuhujat viittaavat ”käyrän alle jäävään pinta-alaan”, he yleensä viittaavat valtavaan vääristelyyn siitä, miltä käyrän pitäisi näyttää. Nykyään yleisiä korkeampia ahtotehotasoja ei näytetä, eikä kukaan osaa selittää tämän haamualueen matemaattista merkitystä! Lisäksi he jättävät huomiotta roots-tyyppisten ahtimien lämmönnousun ja niiden luontaisen ”nokkamaisen” suorituskyvyn korkeammilla moottorin kierrosluvuilla, juuri silloin, kun suorituskykyisen ajoneuvon pitäisi vetää eniten. Lisäksi se on välttämättä sijoitettu huonoimpaan mahdolliseen paikkaan: korkealle ja eteenpäin, kaiken muun painon päälle. Osaava ratakuski voi tuntea tämän epätoivotun painon.
Juurilaturin lisääminen moottoriin, jossa on viritetyt juoksuputket tai muuttuvat juoksuputket, edellyttää yleensä viritetyn järjestelmän poistamista ja näiden ilmaisten hyötyjen menettämistä. Keskipakopuristin ei vaadi tätä poistamista, ja kaikki moottorin viritys on edelleen hyödynnettävissä.
V8-moottorin tyypillisen roots-tyyppisen ahtimen pyörivä massa on suuri, ja sen hitausmomentti on erittäin suuri verrattuna useimpiin keskipakopuristimiin. Teho, joka tarvitaan kiihdyttämään tätä inertiaa, kiihdyttämään sitä tai hidastamaan sitä, voi olla valtava, ja tämä on riippumaton siitä, että se tekee itse asiassa mitään hyödyllistä työtä.
Juurityyppisellä ahtimella saat siis:
Meluisan, raskaan, suuren inertian omaavan, huonosti sijoitetun, ilmaa liikuttelevan laitteen, joka tuottaa liikaa lisäpotkua silloin, kun et voi käyttää sitä, ja liian vähän silloin, kun voit käyttää sitä, ja joka toimii yhtä hyvin lämmittimenä kuin ahtimenkinä ja joka osoittaa vieläkin huonompaa suorituskykyä täydellisen lämmittelyn jälkeen. Ja kun profiloijat vilauttelevat You Tubessa tuota suurta hevosvoimanumeroa, voit lyödä vetoa kahdesta asiasta, se oli ensimmäinen ”veto” jäähdytetyllä moottorilla ja he eivät näytä toista ”vetoa”, koska se on paljon alhaisempi, ja kolmannella vedolla vieläkin alhaisempi.
Keskipakokompressorit ovat eri luokkaa. Ne pystyvät helposti tuottamaan enemmän painetta ja virtausta kuin roots-tyyppiset ja ovat paljon tehokkaampia, varsinkin suuremmilla painesuhteilla.
1FCar and Driver -lehden helmikuun 2012 numerosta ”My Not-So-Little Pony” Fordin SVT:n pääinsinööri Jamal Hameedia siteerattiin seuraavasti: ”Meillä oli jo valmiiksi enemmän ensimmäisen vaihteen vääntömomenttia kuin tarvitsimme, joten tämä helpottaa auton käynnistämistä”. Tämä viitaten Mustang GT500:n viimeisen välityssuhteen nostamiseen.
Numerot
Testipiste:
Virtaama: 71.2 M/min (960 CFM)
Paine: 21.72 PR (10.6 psig)
Ambientti:
Lämp. 70°F
Paine: 29.83 In. Hg. (14.65 psia)
|
Ylläolevat tiedot on saatu erään suuren roots-tyyppisen valmistajan painetusta kompressorikartasta ja Vortechin kompressorikartasta V-3 Si -kompressorista. Yllä olevaa testipistettä käytettiin, jotta se olisi yhdenmukainen artikkelissa käytetyn GM LS7 -asennuksen kanssa. Normaalissa keskipakoisessa ahtimen asennuksessa hyödynnettäisiin V-3 Si -kompressorin ylivoimaista 78 prosentin huippuhyötysuhdetta.
Mutta odottakaa, siinä on vielä lisää!
The Road & Track -artikkelissa (”Corvette Fever”, huhtikuu 2012) verrattiin luontaisesti imettävää Corvette Z06:ta ja roots-ahtimella varustettua ZR1:tä. Moottoria lukuunottamatta autot olivat käytännössä identtisiä, (renkaat, vanteet, jarrut, lisävarusteet jne.). ZR1 painoi ahtimen takia 95 kiloa enemmän kuin Z06, mutta siinä oli myös suurempi etujakaja. Autot ajettiin samalla radalla, saman kuljettajan toimesta ja samana päivänä. ZR1:ssä pitäisi olla 133 hevosvoimaa enemmän kuin Z06:ssa (638 vs. 505), mutta luulen, että tämä ”luokitus” on ennen lämpenemistä. Artikkelissa: ”…Tommy Milner oli noin 1 sekunnin nopeampi Spring Mountainin ympäri Z06:lla kuin ZR1:llä.” No, se kertoo aika lailla kaiken. Hetkinen, artikkelin kartoitusanalyysi osoittaa, että Z06 oli nopeampi radan suorimmalla osuudella, ja se kertoo kaiken. Juurilaturi teki autosta itse asiassa hitaamman kuin vapaasti imevä auto lämpöliotuksen vuoksi. Keskipakoisella ahtimella ei ole mitään näistä puutteista.
Kun siis valitset ahdinjärjestelmää: Haluatko tehoa, vai haluatko koristeen?