Kun ahtopaine nousee, moottorin polttoaineentarve ei kasva lineaarisesti vaan nopeasti. Liian pieni pumppu, virtausta kuristava suodatin tai jo tapissa olevat suuttimet voivat tehdä muuten toimivasta turboprojektista laihalla käyvän ja epäluotettavan. Polttoainejärjestelmä turboautoon on kokonaisuus, jossa mitoitus, komponenttien yhteensopivuus ja säätö ratkaisevat enemmän kuin yksittäisen osan näyttävä virtauslukema.
Aloita tehotavoitteesta ja polttoaineesta
Järjestelmää ei kannata valita nykytehon perusteella, jos ahtimen, nokkien tai moottorinohjauksen päivitys on jo suunnitelmissa. Määritä ensin realistinen tehotavoite, käytettävä polttoaine ja käyttötapa. 350 hevosvoiman katuauto 98E5:llä, 500 hevosvoiman E85-rata-auto ja 700 hevosvoiman drag- tai drift-kalusto tarvitsevat eri määrän virtausta, vaikka moottorin iskutilavuus olisi sama.
E85 kasvattaa polttoaineen kulutusta tyypillisesti noin 25-35 prosenttia verrattuna bensiiniin. Tämä näkyy suoraan pumpun kapasiteetissa, suutinkoon tarpeessa, suodattimien valinnassa ja joskus myös linjakoon kasvattamisessa. Jos autoon tulee Flex Fuel -anturi, mitoita järjestelmä aina etanolipitoisimman käytettävän polttoaineen mukaan. Säätö voi pienentää ruiskutusaikaa bensiinillä, mutta loppuvaa pumppukapasiteettia se ei korjaa E85:llä.
Tehotavoitteen lisäksi kannattaa päättää, kuinka paljon varaa järjestelmään jätetään. Katu- ja ratakäytössä järkevä reservi estää tilanteen, jossa suuttimen duty cycle tai pumpun tuotto on jatkuvasti rajalla kuumana kesäpäivänä, pitkällä suoralla tai tankin ollessa lähes tyhjä. Vara ei tarkoita satunnaisesti ylimitoitettuja osia, vaan toimivaa kapasiteettia koko käyttöalueella.
Polttoainepumppu: ilmoitettu virtaus ei riitä
Pumppua verrataan usein litroina tunnissa ilmoitettuun arvoon. Oleellinen tieto on kuitenkin virtaus järjestelmän todellisessa paineessa ja käytettävällä jännitteellä. Ahtopaineohjatulla 1:1-paineensäätimellä polttoainepaine nousee ahtopaineen mukana. Jos peruspaine on 3 bar ja ahtopainetta on 1,5 bar, pumpun pitää tuottaa tarvittava määrä polttoainetta 4,5 barin paineessa - ei nollapaineen mainoslukemalla.
Myös sähköpuoli vaikuttaa. Pumppu, joka toimii vahvalla latausjännitteellä hyvin penkissä, voi jäädä jälkeen autossa, jos syöttö on vedetty ohuella johdolla, maadoitus on heikko tai rele ja sulake ovat alimitoitettuja. Suuritehoinen pumppu tarvitsee oman oikein mitoitetun virtapiirin, laadukkaan releen tai PDM/PMU-ohjauksen sekä mahdollisimman lyhyen ja hyvän maadoituksen.
Yksi tankinsisäinen pumppu on usein siistein ratkaisu maltilliseen katu- ja rataprojektiin. Kun teho, E85:n tarve tai kilpailukäyttö kasvattaa virtaustarvetta, voidaan siirtyä suurempaan tankinsisäiseen pumppuun, tuplapumppuratkaisuun tai ulkoiseen surge tank -kokonaisuuteen. Valinta riippuu myös tankin rakenteesta. Sivuttaiskiihtyvyyttä näkevä rata- tai drift-auto voi kärsiä polttoaineen loiskumisesta, vaikka laskennallinen pumppukapasiteetti olisi täysin riittävä.
Surge tank ratkaisee polttoaineen saatavuuden, ei mitoitusvirhettä
Surge tank eli keruusäiliö pitää korkeapainepumpun syötön tasaisena, kun tankin polttoaine liikkuu mutkissa, jarrutuksissa ja kiihdytyksissä. Se on perusteltu ratkaisu erityisesti moottoriurheilussa, vanhoissa tankeissa ja autoissa, joissa alkuperäinen tankkimoduuli ei tue tehokasta pumppua hyvin.
Keruusäiliö ei kuitenkaan muuta liian pientä pumppua riittäväksi eikä korvaa oikeaa paluulinjaa. Lisäksi ulkoinen järjestelmä tuo aina lisää liitoksia, letkua, lämpökuormaa ja asennustyötä. Se kannattaa rakentaa huollettavaksi ja suojata sekä mekaanisilta iskuilta että pakoputken lämmöltä.
Suuttimet valitaan virtaaman ja hallittavuuden mukaan
Suuttimien kohdalla pelkkä cc/min-luku ei kerro koko totuutta. Tarvitaan riittävä virtaus tavoiteteholle, mutta myös vakaa ja ennustettava toiminta tyhjäkäynnillä sekä osakuormalla. Liian pienellä suuttimella duty cycle karkaa korkeilla kierroksilla. Liian suurella, huonosti karakterisoidulla suuttimella taas pienet pulssiajat voivat tehdä katuajosta epätasaista.
Laadukas moottorinohjaus, kuten Link ECU Wire-In ECU tai ECUMaster, antaa hyvät työkalut isojenkin suuttimien hallintaan, kun suuttimien data on kunnossa. Säätäjä tarvitsee vähintään virtaustiedon käytetyllä paineella, dead time- eli jännitekompensaatiotiedot sekä mielellään tarkat pienpulssialueen tiedot. Tuntemattoman suuttimen mukana tuleva geneerinen taulukko voi riittää käynnistykseen, mutta ei välttämättä tarkkaan säätöön.
Suutinkoko kannattaa laskea siten, että suurimmalla teholla jää käyttövaraa. Tavoite ei ole ajaa 100 prosentin duty cyclellä. Käytännössä järkevä marginaali auttaa, kun polttoainepaine, jännite, lämpötila ja todellinen etanolipitoisuus vaihtelevat. Jos polttoainepaine nostetaan suutinten kapasiteetin vuoksi, tarkista samalla pumpun tuotto kasvaneessa paineessa. Yhtä pullonkaulaa ei kannata siirtää toiseen kohtaan.
Linjat, suodattimet ja säädin ovat osa virtauslaskelmaa
Polttoainelinjoissa päälinjan koko, paluulinjan koko, letkumateriaali ja liittimien sisähalkaisija vaikuttavat kaikki kokonaisuuteen. Pienitehoisessa bensiiniprojektissa alkuperäiset linjat voivat olla käyttökelpoiset, jos niiden kunto ja virtaus riittävät. E85, korkea teho, pitkä putkiveto tai tuplapumput muuttavat lähtökohtaa nopeasti.
AN-letku ja -liittimet ovat yleinen ratkaisu, mutta nimelliskoko ei yksin takaa virtausta. Tarkista letkun soveltuvuus käytetylle polttoaineelle ja huomioi liittimien, banjopulttien, jakotukkien sekä säätimen todelliset kuristukset. Etenkin etanolikäytössä letkun, tiivisteiden ja suodattimen materiaalien pitää kestää polttoainetta pitkässä käytössä.
Suodatin sijoitetaan siten, että se suojaa pumppua ja suuttimia ilman tarpeetonta virtausvastusta. Esisuodatin tankin tai keruusäiliön puolella suojaa pumppua roskalta, ja hienosuodatin painepuolella suojaa suuttimia. Suodatinelementti on kulutusosa. Jos järjestelmään rakennetaan uusi tankki, tehdään hitsaustöitä tai vaihdetaan paljon uusia letkuja, suodattimen tarkastus ensimmäisten käyttötuntien jälkeen on perusteltua.
Paineensäädin määrittää järjestelmän peruspaineen ja ahtopainekompensoinnin. Turboautossa yleinen 1:1-säädin nostaa polttoainepainetta yhden barin jokaista yhtä ahtopainebaria kohti, jolloin suuttimen paine-ero pysyy samana. Vakuumiletku säätimelle on pieni mutta kriittinen osa: sen pitää nähdä imusarjan todellinen paine, olla ehjä ja olla kytketty oikein. Vuotava tai väärään paikkaan otettu referenssi muuttaa seossuhteen juuri silloin, kun moottori tarvitsee eniten polttoainetta.
Rakenna järjestelmä mitattavaksi
Hyvä polttoainejärjestelmä ei perustu oletukseen, että paine pysyy kohdallaan. Polttoainepaineanturi moottorinohjauksessa mahdollistaa paineen seurannan, dataloggaamisen ja turvatoiminnot. Jos paine putoaa suhteessa imusarjapaineeseen, ECU voi rajoittaa ahtopainetta, katkaista syötön tai antaa selkeän hälytyksen ennen kuin seurauksena on männän, venttiilin tai kannentiivisteen vaurio.
Tarkkaile myös jännitettä, lambda-arvoa ja mahdollisuuksien mukaan polttoaineen lämpötilaa. Pelkkä laajakaistalambda kertoo, että seos on muuttunut, mutta paineanturi auttaa erottamaan, johtuuko ongelma pumpusta, suodattimesta, johdotuksesta, säätimestä vai suuttimen ohjauksesta. Tämä säästää aikaa erityisesti silloin, kun vika ilmenee vain korkealla kuormalla.
Turvallisuus ja asennuksen yksityiskohdat
Polttoainevuoto pakosarjan, turbon tai sähköliitosten läheisyydessä ei ole pieni viimeistelyvirhe. Käytä polttoaineelle soveltuvia liittimiä, tue letkut kunnolla, suojaa ne hankaukselta ja pidä kuumat sekä liikkuvat osat erillään linjoista. Tankin, pumpun ja täyttöputken ympäristön ilmanvaihto on huomioitava, samoin sulakkeiden sijoitus ja hätäkatkaisun toiminta kilpailukäytössä.
Asennuksen jälkeen järjestelmä paineistetaan ennen käynnistystä ja jokainen liitos tarkastetaan. Sen jälkeen paine tarkistetaan tyhjäkäynnillä, kuormalla ja ahtopaineella. Dynosäätö on oikea paikka varmistaa, että polttoainepaine seuraa tavoitetta koko kierrosalueella - ei vain siinä yhdessä vedossa, jossa teholukema näyttää hyvältä.
Oulun alueella rakennettavissa projekteissa TPW Parts voi auttaa erityisesti silloin, kun pumppu-, suutin-, anturi-, ECU- ja johdotusvalinnat pitää sovittaa samaan kokonaisuuteen. Kun järjestelmä rakennetaan kerralla mitoitettuna, dokumentoituna ja mitattavana, myöhempi ahtopaineen tai polttoaineen päivitys ei ala polttoainepuolen uudelleenrakennuksella.
