Mercedes-AMG sähköistää turboahtimen 9.12.2020 Juha Kiiskinen

Ajoneuvojen voimalaitetekniikan tulevaisuuden kääntyminen sähköiseksi alkaa yhä useammin näkyä myös polttomoottoriteknologiaan perustuvissa voimalinjaratkaisuissa. Tämä näkyy Mercedes-AMG:n uudessa turboahdinteknologiassa.

Suorituskyky nopeasti hyödynnettävissä

Vaatimukset paremmasta hyötysuhteesta yhdistyvät ajodynamiikan kasvaneisiin odotuksiin. Ruuhkautuvista kaupungeista, täyttyvistä valtaväylistä ja vallitsevista nopeusrajoituksista huolimatta tehokkuuden ja suorituskyvyn halutaan olla helposti ja nopeasti hyödynnettävissä, mutta mahdollisimman ekologisesti ja ympäristöystävällisesti.

Polttomoottorin tueksi tai sen kanssa yhteistyössä toimivaksi on ilmaantunut sähköisiä voimalaiteratkaisuja hybriditekniikan muodossa. Hybridiautot nähdäänkin tarpeellisena väli- ja mukautumisvaiheena matkalla kohti täysin sähköistettyjä voimalinjoja.

Sähköinen apuahdin on jo käytössä

48 V sähkötoimisia ahtimiakin on jo nähty – esimerkkeinä saksalaismerkit Audi ja Mercedes-Benz – mutta tähän saakka niitä on lähinnä käytetty turboahdinta tai -ahtimia avustavina, polttoilman nopeaa syöttöä varmistavina ahdinkomponentteina. Ratkaisun avulla halutaan päästä eroon pakokaasuahtimille ominaisesta turboviiveestä, sillä sähkökäyttöisen ahtimen käyttöakseli saavuttaa pyörimisnopeutensa nopeammin kuin herkkäliikkeisenkin turbon käyttöakseli. Tämä puolestaan suoraan vaikuttaa ahtopaineen kehittymisen nopeuteen.

Mercedes-AMG on ilmoittanut ottavansa seuraavassa mallisukupolvessa käyttöön sähköisen turboahtimen, joka korvaa sähkökäyttöisen ahtimen ja turboahtimen erilliskomponentteina.

Formula 1-maailmasta omaksuttua

Kehitystyön viimeistelyvaiheeseen on nyt ennättänyt sähkökäyttöinen turboahdin, jollaista tulevaisuudessa ryhdytään käyttämään AMG:n tuotantomallissa.

Yhteistyössä kokeneen turboahdinvalmistaja Garrett Motion-yhtiön kanssa kehitetty ahdintekniikka tulee Mercedes-AMG:n mukaan suoraan Formula 1-maailmasta omaksuttuna.

Sähkökäyttöisen turboahtimen avulla kyetään ratkaisemaan dilemma pienen, nopeasti reagoivan turboahtimen ja suuren, mutta hitaammin reagoivan turboahtimen väillä. Edellisellä on mahdollista saavuttaa pieni turboviive, mutta huipputehosta joudutaan tinkimään. Jälkimmäisellä kyllä saavutetaan korkea huipputeho, mutta ongelmaksi jää ahtimen suuri massahitaus eli inertia. Toisin ilmaistuna harmiksi jää suuri ja/tai tuntuva turboviive.

Kapea sähkömoottori

Innovatiivisen turboahdinjärjestelmän käyttölaite on kapea, noin 40 millimetrin levyinen sähkömoottori, joka on integroitu suoraan ahtimen akselille pakopuolen turbiinipyörän ja tuloilmapuolen kompressoripyörän väliin.

Moottorinohjausjärjestelmän ohjaama sähkömoottori käyttää ahtimen kompressoripyörää ennen kuin kasvava pakokaasuvirtaus ottaa tehtävän hoitaakseen. Turboahtimen sähköistys parantaa merkittävästi ahtimen välitöntä reagointinopeutta lähtien aina joutokäynniltä ja toimien moottorin koko pyörintänopeusalueella.

Turboviive historiaan

Turboviive – tavanomaisen turboahtimen massanhitaudesta viivästynyt toimintavaste – eliminoidaan pienen sähkömoottorin avulla. Tuloksena on, että polttomoottori reagoi entistä spontaanimmin kaasupolkimen painalluksiin tarjoten dynaamisemman voimantuoton. Lisäksi turboahtimen sähköistys mahdollistaa suuremman vääntömomentin matalilla pyörintänopeuksilla, mikä optimoi moottorin käytöstä ja parantaa kiihtyvyysominaisuuksia varsinkin pieniltä nopeuksilta kiihdytettäessä.

Kuljettajan nostaessa jalkansa ylös kaasupolkimelta tai painaessa jarrupoljinta, pystytään sähköisen turboahtimen avulla pitämään haluttua ahtopainetta yllä koko hidastustapahtuman ajan. Tämän myötä kaasupolkimen vaste on lineaarinen ilman vähäistäkään moottorin empimistä, kun jarrutuksen jälkeen siirrytään vauhdin kiihdyttämiseen.

170 000 rpm pyörintänopeus

Turboahdin saavuttaa 170 000 rpm pyörintänopeuden, mikä mahdollistaa suurenkin ilmamäärän paineistamisen. Ahdinta on mahdollista käyttää auton kevythybriditekniikan 48 voltin jännitteellä. Turboahdin, sähkömoottori ja toimintaa ohjaava tehoelektroniikka on liitetty polttomoottorin jäähdytysnestekiertoon optimaalisen lämpötilaympäristön varmistamiseksi kaikissa käyttö- ja kuormitustilanteissa. Ottomoottoriin tarkoitetussa turboahtimessa on sähkökäyttöinen, aktiivinen hukkaporttiohjaus.

Uuden ahtimen ensimmäinen asennuskohde tulee nähtävästi olemaan Mercedes-AMG:n nelisylinterinen voimakas rivimoottori.

Maltilliset odotukset

Sekä Mercedes-AMG:n että Garrett Motionin näkemyksen mukaan sähkökäyttöiset turboahtimet, niin sanotut E-turbot, tarjoavat tulevaisuudessa merkittäviä etuja, jotka voidaan ulosmitata kasvaneena suorituskykynä tai vähäisempinä CO₂-päästöinä – kompromissiratkaisuna molempina. Ensi alkuun polttoaineenkulutuksen säästöpotentiaaliksi on maltillisesti arvioitu 2-4 %. Dieselmoottorikäytössä E-turbon on arvioitu vaikuttavan edullisesti ongelmallisiin NO_X-päästöihin. Dieselmoottorin tapauksessa hukkaporttiventtiili korvautunee säätyvällä VTG-geometrialla.

Tutustu SATL:n kirjavalikomaan: KLIKKAA TÄSTÄ!