Traktori turbo äratas sajandivanuse Ford Model T mootori ellu

Merlin's Old School Garage'i eestvedaja Merlin Johnson katsetas Model T-ga, mille 177-kuuptolline ehk ligikaudu 2,9-liitrine neljasilindriline mootor järgib Fordi algupärast arhitektuuri. Ford ise märgib Model T ajaloolise jõuallika võimsuseks umbes 20-22 hj ehk 15-16 kW. Tegemist on plokikaanealuste klappidega mootoriga, mille sisse- ja väljalase asuvad samal küljel ning mille mõistlik pöörlemiskiirus jääb umbes 2000 p/min kanti.

2,9 liitrit ja vaid 15 kW jätavad turbole palju mänguruumi

Tänapäeva mõõdupuu järgi on Model T mootori erivõimsus peaaegu absurdne. Umbes 15 kW jagatuna 2,9 liitriga annab kõigest veidi üle 5 kW liitri kohta.

Võrdluseks arendab tavaline nüüdisaegne 1,0-liitrine turbobensiinimootor sageli 74-96 kW, seega võib selle erivõimsus ületada Model T oma enam kui kümnekordselt. Asi pole ainult turbos. Tänapäevane põlemiskamber, kõrgem surveaste, täpne sissepritse, elektrooniline süütejuhtimine, parem gaasivahetus ja märksa suurem pöörlemiskiirus kasutavad iga töömahuühikut hoopis agressiivsemalt.

Model T mootor tegutseb teises maailmas. Suur töömaht, madalad pöörded ja väike algvõimsus tähendavad, et silindritesse jõuab nende mahu suhtes vähe õhku. Just sellise mootori puhul võib isegi tagasihoidlik ülerõhk anda märgatava muutuse, ilma et tuleks tingimata kohe taga ajada kolmekohalist kilovatt näitu.

Väikese töömahuga madalapöördelise diiselmootori turbo peab ärkama tagasihoidliku heitgaasivoolu juures. Suur sportauto turbo oleks Model T mootori jaoks märksa kehvem partner, sest piisava turbiinikiiruse saavutamine võiks võtta terve igaviku.

0,4 bar pole sugugi tühine rõhk

Katsetes kerkis ülerõhk lõpuks umbes 6 psi-ni ehk 0,41 bar-ni.

Esmapilgul tundub 0,4 bar tänapäevaste turbomootorite kõrval tagasihoidlik. Füüsika seisukohalt on see siiski märgatav muutus. Kui sisselaskerõhk kasvab ideaaltingimustes atmosfäärirõhult umbes 1,0 baarilt 1,4 baarini, saab mootor teoreetiliselt neelata ligikaudu 40 protsenti rohkem õhumassi.

See ei tähenda automaatselt 40-protsendilist võimsuse kasvu. Tegelik tulemus sõltub segu koostisest, süütest, sisselaske temperatuurist, turbo kasutegurist, väljalaskesurvest ja mootori täiteastmest. Model T puhul lisanduvad veel sajandivanuse konstruktsiooni üsna loomingulised tolerantsid.

Ent põhimõte jääb samaks. Rohkem õhku võimaldab põletada rohkem kütust ja tekitada silindris suurema rõhu. Just seda tunneb väntvõll lisapöördemomendina.

Siin peitub ka eksperimendi kõige huvitavam osa. Model T mootoril pole detonatsiooniandurit, lambdaandurit, elektroonilist mootorijuhtimist ega elektrooniliselt juhitavat rõhuklappi. Tänapäevane turbomootor korrigeerib pidevalt kütust, süüdet ja ülerõhku. Vanas Fordis peab mehaanika ise olukorraga toime tulema.

Suurim probleem polnudki silindrirõhk

Turbo kinnitamine väljalaske külge on ainult pool tööd. Turbovõll vajab määrimist ning siin satub Model T tehnika tänapäevase turbokompressori nõudmistega kohe konflikti.

Model T mootoril puudub tavapärane surveõlitusega õlipump. Selle asemel kasutab jõuallikas primitiivsemat paiskõlituse põhimõtet ning mootor ja planetaarkäigukast jagavad õli.

Seega polnud Johnsonil olemas surve all õlikanalit, kust vedada turbole tavapärane etteandetoru.

Ta lahendas probleemi mehaaniliselt. Hooratta liikumine aitab õli vasktorusse suunata, sealt liigub see turbokompressorisse ning naaseb seejärel mootorisse. Lahendus pole võrreldav tänapäevase mootori stabiilse surveõlitusega, kuid katse eesmärgil sai turbo vajaliku määrde kätte.

Just see detail muudab projekti tehniliselt huvitavamaks kui pelk turbo külge kruvimine. Ülelaaduri paigaldamisel kipub tähelepanu minema kompressori suurusele ja rõhule, kuid töökindluse määravad sageli hoopis õlitus, temperatuur, segu ja detonatsioon.

Kiirus kasvas umbes viiendiku võrra

Johnsoni sõidukatse andis turbo mõjust üsna lihtsalt mõõdetava tulemuse. Auto saavutas umbes 45 km/h, samas kui enne ülelaadimist jäi sama katse kiirus ligikaudu 37 km/h juurde. Vahe on umbes 8 km/h ehk üle 20 protsendi.

Sellest ei saa arvutada mootori täpset võimsuse kasvu, sest tippkiirust mõjutavad lisaks võimsusele ülekandearv, õhutakistus, rehvid ja katsetingimused. Johnson ei mõõtnud turboga mootorit pärast ümberehitust dünostendis.

Varasem mõõtmine annab siiski huvitava tausta. Merlin's Old School Garage'i 1915. aasta Model T andis dünostendis tagaratastelt ligikaudu 9,5 kW ja umbes 121 Nm. See tähendab, et Fordi ajalooline 15 kW nimivõimsus pole sugugi ebareaalne, isegi kui sajandivanuse jõuülekande kaod söövad sellest arvestatava osa ära.

Model T puhul on pöördemoment võimsusest isegi kõnekam. Suur 2,9-liitrine töömaht annab jõu juba väga madalatel pööretel ning väike turbo sobib sellise karakteriga hästi. Mootorit pole tarvis kõrgele pöördesse sundida, piisab silindrite paremast täitmisest seal, kus jõuallikas niigi töötab.

Tänapäevase 1,0-liitrisega võrreldes on vahe halastamatu

Euroopa turu perspektiiv paneb projekti õigesse mõõtkavasse. Moodne umbes liitrine kolmesilindriline turbomootor võib poole väiksema silindrite arvuga ja ligi kolm korda väiksema töömahuga arendada viis või kuus korda rohkem võimsust kui Model T.

See ei tee vana Fordi mootorit halvaks. Vastupidi, see näitab, mille jaoks see projekteeriti.

Model T jõuallikas pidi töötama kehva kütusega, olema odav, lihtne parandada ning taluma kasutust ajal, mil korralik teedevõrk polnud kaugeltki iseenesestmõistetav. Ford Racing kirjeldab originaalmootorit 177-kuuptollise ehk 2,9-liitrise plokikaanealuste klappidega neljasilindrilisena, mille tehasenäit jäi 20-22 hj juurde.

Tänapäevane turbomootor pigistab samast õhukogusest ja kütusest välja võimalikult palju tööd. Model T konstruktsioon eelistas tagasihoidlikku koormust ja mehaanilist lihtsust.

Seetõttu pole ime, et mõõdukas ülelaadimine annab sellele märgatavalt rohkem elujõudu. Üllatavam on hoopis see, et enam kui sajandi vanuse põhimõttega mootor talub seda ilma kohese mehaanilise katastroofita.

Turbo-Model T ei vaja suurt võimsust, olemaks tehniliselt põnev

Johnsoni ehitis ei tõesta, et iga Model T peaks saama turbokompressori. Samuti ei tõesta mõnekilomeetrine sõit, et originaalsed kolvid, kepsud, laagrid ja jahutus võiksid 0,4-baarise ülerõhuga kümneid tuhandeid kilomeetreid muretult töötada.

Turbo ei hooli sellest, kas mootor pärineb 1910. või 2026. aastast. Kui silindrisse suruda rohkem õhku, lisada sellele sobiv kogus kütust ning hoida temperatuur ja detonatsioon kontrolli all, kasvab mootori võime tööd teha. Model T muudab selle elementaarse põhimõtte lihtsalt eriti nähtavaks.