Turboahtimet ovat olleet käytössä jo jonkin aikaa. Usko tai älä, mutta General Motors esitteli ensimmäisenä turbot ajoneuvoihinsa vuonna 1962 Oldsmobile Turbo Jetfiren kanssa. Turbot lisäävät tonnia tehoa ilman isompaa moottoria, ja se toimii samoilla pakokaasuilla, joita ajoneuvosi jo tuottaa.
Turbot ovat loistavia tekniikan saavutuksia, jotka ovat nopeasti yleistyneet autoteollisuudessa. Se alkoi harvinaisena suorituskyvyn päivityksenä, joka rajoittui huippuluokan luksus- ja urheiluautoihin, mutta on nyt arjen lisäosa, joka lisää tehokkuutta.
Lue lisää saadaksesi lisätietoja turbojen toiminnasta.
Miksi nykyaikaisissa autoissa käytetään turboahtimia
Turboahtimet ovat peräisin vuodelta 1905, jolloin Alfred Buchille myönnettiin patentti varhaiselle turboahtimelle. On hämmästyttävää, kuinka tekniikka juontaa juurensa yli vuosisadan taakse, varsinkin kun ottaa huomioon, kuinka paljon turboahtimet nyt kokevat.
Mielenkiintoista kyllä, varhaiset turbot kehitettiin lentokoneen suorituskykyä ajatellen. Polttomoottorit käyttävät ilmaa ja polttoainetta, joka sytytetään moottorin polttokammiossa männän alapuolella, jolloin moottori voi tuottaa tehoa.
Ennen turboja ainoa tapa lisätä moottorin tehoa oli lisätä iskutilavuutta. Tekemällä palotilaa fyysisesti suuremmaksi ja laajentamalla koko moottoria tai lisäämällä sylinterit, moottorinvalmistajat voivat polttaa enemmän polttoainetta ja ilmaa, mikä lisää moottorin tehoa ulostulo. Siksi kuuluisa sanonta "siirtymää ei voi korvata" tuli automaailman peruskiveksi.
Mutta on olemassa tehokkaampi tapa lisätä tehoa ilman iskutilavuuden lisäämistä: turboahtimet. Näiden laitteiden avulla moottori voi tuottaa enemmän tehoa fyysisesti lisäämättä iskutilavuutta, mikä osoittaa, että iskutilavuus on ehdottomasti korvattava.
Parhaat korkean suorituskyvyn sähköautot todista myös sanonta vääräksi. Yksi esimerkki on erittäin nopea Lucid Air, joka on nopeampi kuin klassiset V8-lihasautot elektronien ajettaessa.
Mikä on turbo?
Yksinkertaisesti sanottuna turboahdin on ilmakompressori, joka saa voimansa moottorin pakokaasuista. Tämä kompressori antaa moottorin imeä enemmän ilmaa, jolloin moottori voi laittaa enemmän polttoainetta polttokammioon lisäämättä iskutilavuutta. Lentokoneissa turboahtimet ovat erittäin kätevä sovellus.
Kun lentokone jatkaa nousuaan, ilma muuttuu vähemmän tiheäksi; näin ollen sama moottori tuottaa vähemmän tehoa korkeammissa korkeuksissa kuin lähempänä merenpintaa. Tämä on valtava ongelma, mutta turboahtimet tarjoavat loistavan ratkaisun.
Lentokoneiden moottoreihin lisätyt turboahtimet mahdollistavat moottorin sisään työntämisen enemmän ilmaa kuin mitä tavallisesti olisi mahdollista korkealla, mikä ratkaisee tehohäviön ongelman lennon aikana. Luonnollisesti hengittävien (NA) lentokoneiden moottoreiden tavoin myös NA-autot kärsivät suorituskyvyn heikkenemisestä suurilla korkeuksilla verrattuna turboahdettuihin moottoreihin.
Miten turboahtimet toimivat?
Turboahtimet ovat ilmakompressoreita, joten nimensä mukaisesti turbo tekee yhden tehtävän: puristaa ilmaa ja täyttää sen moottoriin. Tapa, jolla se suorittaa tämän tehtävän, on suhteellisen yksinkertainen. Moottori tuottaa pakokaasuja ajoneuvon poltosta, ja turbot käyttävät tätä palaminen turbiinin tehostamiseksi, mikä lopulta johtaa siihen, että turbiiniin työnnetty ilma puristuu moottori.
Hienoa turbossa on, että se kierrättää pakokaasut kompressorimekanismin tehostamiseksi. Turbot on jaettu kahteen osaan: kuumaan alueeseen, joka on kosketuksissa pakokaasujen kanssa, ja kylmään alueeseen.
Tämä tarkoittaa, että yksi puoliskoista (kuuma) on kytketty pakosarjaan. Kun kuumaa ilmaa syrjäytetään moottorista, se pyörittää turboahtimen kuumassa osassa olevaa turbiinia, joka puolestaan pyörittää turbon kylmällä alueella sijaitsevaa kompressorin tuuletinta.
Nämä kaksi pyörivää elementtiä on yhdistetty akselin kautta, mikä antaa kuuman puolen turbiinin pyörittää kylmän puolen kompressoria pakokaasujen tullessa sisään. Kun tämä prosessi tapahtuu, turboahtimen kuuma puoli alkaa hehkua punaisena, minkä vuoksi turboahtimissa nähdään usein, että toinen puoli on ruosteessa ja toinen koskematon.
Tämä johtuu äärimmäisistä lämpötiloista, joita turbon kuuma alue kokee pakokaasuista. Pakokaasut antavat kylmäpuolen kompressorin pyöriä ja imeä ilmaa, puristaen sen ja työntäen sen takaisin moottoriin. Tämä tuottaa teoriassa enemmän tehoa.
Ilman puristaminen tuottaa kuitenkin myös lämpöä, mikä tekee tyhjäksi kompressorin edut. Ratkaisu on lisätä välijäähdytin turboahtimen ja imusarjan väliin. Tämä antaa palotilaan tulevan ilman jäähtyä, mikä lisää suorituskykyä. Siksi näet joitain turboahdettuja autoja, joissa on konepellin kauhat, jotka käyttävät ohivirtavaa ilmaa paineilman jäähdyttämiseen.
Turboahtimet saattavat aiheuttaa viivettä, kun turbokela nousee. Tämä johtuu siitä, että se tarvitsee pakokaasuja saadakseen sen vauhtiin, ennen kuin se voi todella lisätä moottoria. Jotkut jälkimarkkina-auton osayritykset tekevät myös viiveenestojärjestelmiä ratkaisemaan viiveongelman. Ne ovat kuitenkin kalliita, ja niitä käyttävät yleensä vain ammattimaiset kilpajoukkueet.
Wastegates ovat myös välttämättömiä komponentteja, jotka mahdollistavat ilmanpaineen vapautumisen ennen kuin se pyörittää turbiinia, mikä estää katastrofaalisen moottorivian. Jos turboahdinjärjestelmissä ei olisi hukkaventtiilejä, moottori voisi mahdollisesti pyörittää turbiinia liikaa ja työntää liian paljon painetta moottoritilaan. Tämä on täysin ei-toivottu skenaario, joka voi johtaa katastrofaaliseen moottorivikaan.
Valmistajat ovat ottaneet turboahtimen käyttöön ajoneuvovalikoimassaan ensisijaisesti tehokkuuden vuoksi. Siitä huolimatta harrastajat pitävät turboa autosi lisätehon lähteenä.
Turbot mahdollistavat tehokkaampia autoja
Turboahtimien ansiosta nykyaikaiset nelisylinteriset moottorit toimivat yhtä hyvin kuin vanhan koulun V8-moottorit tehon suhteen samalla, kun ne tarjoavat paremmat polttoainemittarit. Monet valmistajat ovat viime aikoina ryhtyneet turboahtamaan ajoneuvojaan – jopa Ford on lisännyt F-150-lava-autoihinsa supistettuja turboahdettuja moottoreita tehostaakseen niitä.
Tuomio on vielä auki, ovatko nämä moottorit parempia vai kestävämpiä kuin isommat moottorit. Mutta yksi asia on varma: hybridiautojen ja sähköautojen hyökkäyksen myötä edes turbot eivät ehkä pysty pelastamaan polttomoottoria.
