- Turboahdin puristaa ilmaa ennen palotilaa ja lisää tehoa
- Se käyttää pakokaasun energiaa puristamiseen, ei pelkästään ilmakehää
- Dieselmoottoreissa turbo on käytännössä välttämätön; bensiinimoottorit hyödyntävät downsizingia
- Tehonlisäys on tyypillisesti 20–40 prosenttia; 100 CP → 120–140 CP
Turboahdin on yksi polttomoottorin tehon ja tehokkuuden parantamisen tehokkaimmista ratkaisuista. Se puristaa ilmaa, joka pääsee palotiloihin, jolloin moottori pystyy polttamaan enemmän polttoainetta ja tuottamaan enemmän tehoa ilman suurempaa tilavuuden kasvattamista. Nykyään lähes jokainen autonvalmistaja ottaa turboahdin osaksi bensiinis- sekä dieselmoottoreitaan.
Se mahdollistaa pienemmän moottorin käytön säilyttäen tai jopa lisäten suorituskykyä, mikä parantaa sekä ajettavuutta että polttoainetehokkuutta ja pienentää päästöjä normaalikäytössä. Aiemmin turboahdinta pidettiin erikoiskomponenttina, mutta nyt se on vakiovaruste suurimmassa osassa moderneja moottoreita.
Mikä on turboahdin
Turboahdin, jonka toisinaan tunnetaan turbo-ahdin tai yksinkertaisesti turbo, on pakotetun ilman järjestelmä, joka lisää polttomoottorin tehoa puristamalla ilmamäärää ennen sen pääsyä palotilaan. Turbina käyttää pakokaasujen energiaa ilman puristamiseen, toisin kuin luonnollisesti hengittävä moottori, joka riippuu pelkästään ilmakehän paineesta.
Toimintaperiaate perustuu yksinkertaiseen faktaan: mitä enemmän ilmaa moottoriin saadaan, sitä enemmän polttoainetta voidaan polttaa ja sitä suurempi on teho. Nykyauton moottorin ohjausjärjestelmä (ECU) mittaa ja säätelee jatkuvasti ilman ja polttoaineen suhdetta tavoitellun tehon saavuttamiseksi. Jokainen moottori on kuitenkin rajoitettu ilmanottojärjestelmän ja ilman määrän mukaan, joka pääsee luontevasti sisään sylintereihin.
Turboahdin ratkaisee tämän perusrajoituksen puristamalla ilman ennen sitä moottoriin saapuvaa ilmaa. Kun ilma puristuu, hapen molekyylit ovat tiiviimpiä ja sama tilavuus sisältää enemmän happea. Tämä mahdollistaa sen, että samaan tilaan mahtuu enemmän ilmaa tai sama määrä ilmaa puristuu tiheämpänä, mikä tarjoaa lisätehoa.
Turboahdettujen ja luonnollisesti hengittävien moottoreiden erot
- Dieselmoottorit turboahdetulla voimanlähteellä vs bensiinimoottorit: Dieselmoottorien ilmantäyttö puristetaan ennen polttoaineen ruiskutusta ja puristussuhde on huomattavasti suurempi kuin bensiinimoottoreissa. Dieselin kohdalla turboahdin on käytännössä välttämättömyys suorituskyvyn ja tehokkuuden kannalta.
- Bensiinimoottorit: Turbo mahdollistaa pienemmän moottorin tuottaman saman tehon kuin suuremman luonnollisesti hengittävän moottorin, säilyttäen pienemmän moottorin edut kuten kevyemmän painon, pienemmän tilantarpeen ja paremmat polttoaineenkulutukset tavanomaisessa ajossa.
- Downsizing-idea: Pienempi turboahdettu moottori voi tarjota samanlaisen suorituskyvyn kuin isompi ilman turbo, mikä parantaa polttoainetehokkuutta ja yhteiskäyttöä.
Kuinka paljon lisätehoa turboahdin antaa
Turboahdin tehokkuus riippuu monista teknisistä tekijöistä. Yleisesti tavallinen turbo antaa noin 20–40 % tehonlisäyksen identtiseen moottoriin ilman turboa. Esimerkiksi 100 CP:n moottori voi turboahdetulla versiolla saavuttaa noin 120–140 CP tai enemmän.
Kättä pidempää vaikuttavat useat tekijät:
- Turboahdin koko: Suuremmat turbot voivat puristaa enemmän ilmaa, mutta voivat aiheuttaa turbo-lagia eli viivettä vastauksessa.
- Turboahdin puristuspaine (boost): Mitä enemmän ilmaa puristetaan, sitä suurempi on teho, mutta samalla moottorin kuorma ja rasitus kasvavat.
- Ilmavirran jäähdytys (intercooler): Hyvin toimiva intercooler jäähdyttää puristettua ilmaa, mikä parantaa tiheyttä ja tehoa.
- Moottorin kalibrointi: ECU täytyy uudelleenkäynnistää käsittelemään lisäilman ja polttoaineen määrää.
- Osa- ja komponenttien kestävyys: nikkelitykset, pistääkset, kiertokoneet ja kampiakseli täytyy kestää lisäpaineita.
Teho ei rajoitu pelkästään kilpivoimaan (CP/HP): turboahdin parantaa myös vääntöä (Nm). Tämä parantunut vääntö suurissa ja keskisuurissa romipisteissä tekee ajamisesta huomattavasti napakampaa ja parantaa sekä kiihtyvyyttä että ohituskykyä.
Kuinka turboahdin toimii – komponentit ja periaatteet
Perusrakenne
Turboahdin koostuu kahdesta pääosasta, jotka on yhdistetty toisiinsa kiertävällä akselilla:
Turbiinipuoli (kuuma pyörä): Tämä osa on yhteydessä pakoputkistoon. Pakokaasut, jotka ovat kuumia ja korkeapaineisia, liikuttavat turbiiinipyörää. Pyörä pyörii erittäin suurilla kierroksilla – välillä 80 000–200 000 rpm, riippuen koosta ja tyypistä.
Kompressoripuoli (kylmäpyörä): Akselin toisessa päässä on kompressoripyörä, joka imee ilmaa ilmasta ja puristaa sen. Kun turboohjain pyörittää akselia, kompressoripyörä pyörii samalla nopeudella ja pakkaa ilmaa ennen sen pääsyä moottoriin.
Toimintaprosessi askel askeleelta
- Pakokaasujen poisto: Moottori tuottaa pakokaasuja, jotka virtaavat moottorista poistoputkeen. Energian siirtämiseksi ne ohjataan turbiinille.
- Turbinen pyöriminen: Pakokaasut pyörittävät turbiinipuolta, jolloin turbiinin lapojen muoto on suunniteltu ottamaan talteen suurin mahdollinen energia kaasujen virtauksesta.
- Ilman imeminen ja puristaminen: Turbiinilla on kiinnitetty akseli, jonka toisessa päässä on kompressoripyörä. Tämä pyörii samassa nopeudessa kuin turbiini ja imee ilmaa ulkoapäin suodattimen läpi ja puristaa sen.
- Ilman diffuusio: Kompressorin kotelo on suunniteltu muuntamaan korkea nopeus ja matala paine suureksi paineeksi ja matalaksi nopeudeksi. Tätä prosessia kutsutaan diffuusioksi ja se parantaa turboinnissa käytettävän ilman tiheyttä.
- Ilman jäähdytys (valinnainen mutta suositeltu): Useimmissa nykymalleissa puristettu ilma virtaa intercooleriin – lämmönvaihtimeen, joka jäähdyttää ilman. Jäähtynyt ilma on tiheämpää ja parantaa tehoa. Intercooler voi alentaa ilman lämpötilaa 50–70 °C.
- Syöttö moottoriin: Puristettu ja jäähdytetty ilma johdetaan sylintereihin imu- ja imuvuotojen kautta. ECU säätää polttoaineen määrää vastatakaisin, jotta seoksesta tulee täyteläinen. Runsas ilma-polttokäyte tuottaa vahvemman palamisen ja suuremman tehon.
Öljynnettäminen ja jäähdytys
Turbinohjaimen akseli pyörii niin nopeasti, että ilman asianmukaista voitelua tukkeutuminen ja kuluminen tapahtuvat nopeasti. Tästä syystä turboahdin on liitetty moottorin öljyjärjestelmään, jotta öljy suihkuaa paineella voitelemaan akselia ja tukemaan jäähdytystä. Monissa nykyaikaisissa turboissa on myös moottorilta peräisin olevaa jäähdytystä, mikä mahdollistaa suuremman ylipaineen käytön ja pitkän käyttöiän.
Edut ja huomioitavat seikat
Turboahdetyjen voiman edut
- Tehoa kasvattava vaikutus ilman tilavuuden suurentamista: Säästää tilaa ja painoa.
- Parempi polttoainetehokkuus: Pienemmällä moottorilla saavutetaan suurempi teho.
- Pienemmät päästöt normaalikäytössä: Pienemmät moottorit voivat täyttää päästövaatimukset tehokkaammin.
- Vääntö alhaisilla ja keskisuurilla kierroksilla: Helpottaa ajamista kaupungissa ja ohituksia varten.
- Pienempi paino: Kevyempi moottori tarjoaa paremman ajettavuuden.
Huolto ja yhteensopivuus
Nykyajan turboahdin on melko luotettava, mutta oikea huolto on tärkeää:
- Vaihda öljy valmistajan suositusten mukaan laadukkaalla öljyllä.
- Anna moottorin käydä tyhjäkäynnillä 30–60 sekuntia ennen sammuttamista raskaiden ajojen jälkeen.
- Käytä suositeltua polttoainetta (oletettu CVO-numero).
- Tarkasta ja vaihda ilman suodatin ohjelman mukaan.
Näiden seikkojen laiminlyönti voi aiheuttaa turboakselin varhaista kulumista, ja turboahdin vaihtaminen voi maksaa 5 000–15 000 euroa riippuen mallista ja ajoneuvon merkistä.
Lyhyesti sanottuna turboahdin on yksi tehokkaimmista tavoista lisätä polttomoottorin tehoa ja tehokkuutta hyödyntämällä pakokaasujen energiaa lisäilman puristamiseen. Asianmukaisella huollolla ja oikealla käytöllä turboahdin voi toimia ongelmitta koko ajoneuvon käyttöiän ajan.