Turboahdin

Kohteesta AutoWiki
Siirry navigaatioon Siirry hakuun
Muuttuvageometrinen Garrett-turboahdin

Turbo (lat. "pyörremyrsky") eli turboahdin (engl. Turbocharger) on laite, jolla voidaan lisätä polttomoottorin tehoa. Turboahdin koostuu kaasuturbiinista ja turbokompressorista. Kompressori puristaa moottorin imuilman ulkoilmaa suurempaan paineeseen. Tällöin sylinteriin saadaan suurempi määrä ilmaa ja siinä voidaan polttaa enemmän polttoainetta. Näin saadaan moottorista enemmän tehoa ja parempi hyötysuhde.

Turboahtimessa on kaksi siipipyörää, jotka molemmat ovat omissa koteloissaan akseloituna samalle akselille. Turbo saa käyttövoimansa moottorin pakokaasuista. Moottorin pakotahdin aikana pakokaasut virtaavat ahtimen turbiiniosaan. Pakokaasu johdetaan ahtimelle toisen kotelon läpi ja siipipyörä pyörii. Ensimmäinen siipipyörä eli turbiinipyörä pyörii hyvin suurella nopeudella (useita kymmeniä tuhansia r/min) ja toinen siipipyörä eli ahdinpyörä, joka on samalla akselilla, pyörii ja puristaa ilman ylipaineeseen ja se siirtyy moottorin imukanaviin ja -sarjoihin.

Turboahtimen pyörintänopeus saattaa täydellä kaasulla olla lähemmäs 200 000 kierrosta minuutissa ja lämpötila yli 800 °C. Turbon hyviä puolia on sen erinomainen hyötysuhde, sillä se käyttää pääasiassa pakokaasujen hukkatehoa toimiakseen.

Turboviive johtuu siitä, että ahtopaine ei ehdi nousta heti kun painetaan kaasua, koska ahtimelta kestää hetken aikaa että se saa kerättyä riittävästi kierroksia toimiakseen tehokkaasti. Alhaisilla moottorin kierrosluvuilla yksi suuri ahdin ei pysty saavuttamaan riittävän suurta pyörintänopeutta kehittääkseen ylipaineen imusarjaan. Tämän kriittisen tason alapuolella normaali turbomoottori toimii enemmän vapaasti hengittävänä moottorina, turbiinin siipien jopa hidastaessa ilman virtaamista. Tästä johtuen, käytettäessä yhtä turboahdinta arkikäyttöön suunnitellun ajoneuvon moottorissa, se on kokonsa suhteen aina kompromissi.

Turboahtimia on monenlaisia. Osassa ahtimista on hukkaportti, jonka avulla turbon tuottamaa painetta voidaan rajoittaa. Hukkaportti alkaa päästää pakokaasuja turbiinipyörän ohi kun haluttu paine on saavutettu. Näin ollen paine imupuolella ei pääse nousemaan liian korkeaksi. Useissa ahtimissa hukkaportti on kiinteästi kiinni, mutta on olemassa myös erillisiä hukkaportteja.

Historiaa[muokkaa]

Turboahtimen keksi sveitsiläinen insinööri Alfred Buchi, joka työskenteli höyryturbiinien parissa. Hänen patenttinsa polttomoottorin turboahtimelle hyväksyttiin vuonna 1905. Turbolla varustettuja dieselkäyttöisiä laivoja ja junia alkoi ilmestyä 1920-luvun aikana.

Yksi ensimmäisistä turboahdinsovelluksista muuhun kuin dieselkäyttöiseen moottoriin oli General Electricin insinöörin Sanford Mossin V12 Liberty -lentokoneen moottori.

Mekaanisesti ahdettuja kuorma-autoja tuotettiin 2-tahtisina USA:ssa jo 1940-luvulla GMC-merkillä, koska 2-tahtidiesel vaatii ahtimen toimiakseen. Turboahdettuja dieseleitä alettiin valmistaa Euroopassa ja Amerikassa (huomattavin valmistaja Cummins) vuoden 1949 jälkeen. Ensimmäinen turbomoottorinen kuorma-auto sarjatuotannossa oli 1950-luvun alussa Volvo Viking, jossa oli Eberspächerin valmistama ahdin. Ensimmäisiä amerikkalaisia turbodiesel kuorma-autoja oli International 65 1956 Cumminsin moottorilla. Turboahdin tuli automaailman tietoisuuteen vuonna 1952, kun Fred Agabashian saavutti paalupaikan Indianapolis 500 -ajoissa, hän johti kisaa 160 kilometrin verran ennenkuin renkaista irroneet palat rikkoivat ahtimen.

Ensimmäiset turboahdetut henkilöauton moottorit valmisti General Motors: Oldsmobile F-85 Jetfire ja Chevrolet Corvair Monza Spyder oli molemmat varustettu turboahtimella vuonna 1962. Oldsmobile tunnustetaan yleensä ensimmäiseksi koska se ilmestyi muutamaa kuukautta ennen Corvairia. Turbo Jetfire moottori oli 3,5 l (215 in³) V8. Corvairin moottori oli joko 2,3 l (145 in³) (1962-63) tai 2,7 l (164 in³) (1964-66) B6. Molempien moottoreiden valmistus loppui muutaman vuoden jälkeen ja seuraava GM:n turbomoottori esiteltiin vasta kaksi vuosikymmentä myöhemmin. Ferrari 288 GTO oli 1984 2,9-litraisella turbo-V8:llaan maailman ensimmäinen (liikennekelpoinen) urheiluauto, jonka huippunopeus oli yli 300 km/h. 2018 saksalainen TurboZentrum GmbH esitteli SEMA-näyttelyssä hiilikuituisen turbon [1].

Muuttuvageometrinen turboahdin[muokkaa]

Muuttuvageometrinen tai muuttuvasiipinen turboahdin on kuin tavallinen turboahdin, jonka pakopesässä on muuttuvat säätösiivet. Näin saadaan ahtimen toiminta-alue laajemmaksi, ja ahtopaine alkaa nousta jo alemmilta kierroksilta. Muuttuvageometrisia ahtimia (englanniksi VNT, Variable Nozzle Turbine, saksaksi VTG, Variable-Turbinengeometrie) käytetään lähinnä dieselmoottoreissa, koska liikkuvat siivet eivät kestä bensiinimoottorin korkeita pakokaasun lämpötiloja. Ensimmäinen sarjatuotantoon tullut bensiinikäyttöinen auto, jossa oli VNT-ahtimet, oli vuonna 2005 esitelty 997-sukupolven Porsche 911 turbo.

Muuttuvageometrisessä turbossa siivet ovat kiinni, kun moottori käy pienellä nopeudella. Siipien ollessa kiinni pakokaasujen virtausnopeus kasvaa, mikä saa turbiinipyörän pyörimään nopeammin. Pakokaasumäärän ja kierroksien kasvaessa siipiä avataan, jotta pakokaasut pääsevät virtaamaan kunnolla ja jotta paineet eivät nouse liian korkeiksi. Ahtopaineen säätö toteutetaan muuttuvia siipiä säätelemällä esimerkiksi painekellon avulla.

Kaksoisahdin[muokkaa]

Kaksoisahdin (tunnetaan myös nimellä sekventiaaliahdin) on turboahdintyyppi, jossa on rinnakkain kaksi moottorin eri kierrosalueilla toimivaa ahdinta. Pienempää ahdinta käytetään matalilla moottorin kierrosluvuilla, koska pienen massahitautensa ansiosta se kiihtyy nopeammin myös matalalla pakokaasuvirtauksella. Kierrosluvun kasvaessa, raitisilmavirtaus vaihdetaan suurelle turboahtimelle, joka antaa riittävän ilmamassan ja paineen moottorin tehoalueen yläpäässä. Eri turboahtimet voidaan sovittaa paremmin niiden toiminta-alueeseen, ja pieni ahdin vähentää turboviivettä.

Ensimmäinen (pien)sarjavalmisteinen ajoneuvo, jossa oli kaksoisahdin, oli Porsche 959.

Ensimmäisiä turbomoottorisia henkilöautoja[muokkaa]

Ensimmäinen muuttuvageometrisellä ahtimella varustettu auto[muokkaa]

Ensimmäinen 2 turboahtimella varustettu auto[muokkaa]

Ensimmäinen 3 turboahtimella varustettu auto[muokkaa]

  • 2012 BMW M550d xDrive

Ensimmäinen 4 turboahtimella varustettu auto[muokkaa]

  • 1991 Bugatti EB110
    • (diesel) 2017 BMW 750d/750Ld

Turbomoottorit kilpa-autoilussa[muokkaa]

  • 1952 Fred Agabashian sijoittuu 27:ksi Kurtis Kraft-Cummins Dieselillään Indy 500 -kilpailussa lähtien kisaan paalulta
  • 1966 kolme Offenhauser-turbobensiinimoottoreilla varustettua autoa osallistuu Indy 500 kilpailuun, näistä parhaiten sijoittuu Bobby Unser Huffakerillaan 8:ksi.
  • 1968 Bobby Unser voittaa ensimmäistä kertaa turboahdetulla Eagle-Offenhauser-autollaan Indy 500:n
  • 1973 Porsche esittelee CanAm-sarjaan 917/30-mallinsa, jonka 5,4-litraisesta bokseri-12-moottorista saadaan aika-ajosäädöissä jopa 1500 hv:n teho, tämän väitetään olevankin kaikkien aikojen tehokkain kilpa-auto (kiihdytysautot poislukien).
  • 1977 Renault tuo F1:iin ensimmäisen turboahdetun auton, Renault RS01
  • 1979 Jean-Pierre Jabouille voittaa Ranskan GP:n tuoden turboahdetulle F1-autolle ensimmäisen voiton. Saab tuo turbon ralliautoilun 4-ryhmään 99 EMS:llään voittaen kauden 2. osakilpailun Ruotsissa. Lancia Beta Monte Carlo Turbo tulee urheiluautojen maailmanmestaruussarjaan halliten alle 2-litraisten luokkaa vuoteen 1982 asti.
  • 1983 Nelson Piquet voittaa Brabham BT52-autollaan F1:n maailman mestaruuden, tämän jälkeen turboautot hallitsevat F1:iä vuoteen 1989 asti. Rallin MM-sarjassa Hannu Mikkola voittaa Audi Quattrolla maailmanmestaruuden, jonka jälkeen kaikki mestaruudet onkin voitettu nelivetoisella turboautolla luokituksesta riippumatta.
  • 1984 Ari Vatanen voittaa Peugeot 205 T16:lla auton debyyttikilpailun Jyväskylän suurajoissa, tämä on ensimmäinen "todellisen" B-ryhmän turboahdetun, nelivetoisen superauton voitto rallin MM-sarjassa. [B-ryhmä alkoi 1982, "pitkä-Quattro" (A1) oli luokiteltu 4-ryhmään 1981.] Turbot olivatkin tärkeä komponentti rallin superautojen hurjan maineen syntymisessä.
  • 1987 B-ryhmän kaluston kieltämisestä huolimatta ralliautoilun MM-sarjassa on jatkettu turbokalustolla kilpailemista nykyaikaan asti. Lancian kahdella turbolla varustettu ECV-prototyyppi lupasi ilmoitusten mukaan ralliautoiluun jo 600 hv:n tehoja, epävirallisesti Audi Quattron viimeisimmässä kehitys versiossa (Evo 2) puhuttiin jo yli 700 hv:n tehoista. A-ryhmän myötä autojen tehot rajattiin n. 300 hv:aan imusarjan kuristimilla.
  • 1989 turbot kielletään F1:ssä tehojen käytyä jo ajoittain yli 1000 hv:ssa, pitkän tauon jälkeen 2014 alkaen F1:ssä kilpaillaan ainoastaan turboahdetuilla autoilla.

Kuorma-autokilpailuissa ja tractor pullingissa turboilla otetaan jo vakiomallisiin perustuvista dieselmoottoreista 1000 – 2000 hv.

Katso myös[muokkaa]

Entisiä turbovalmistajia[muokkaa]

  • Albert
  • C.A.V. (Charles Anthony Vandervell) Iso-Britannia
  • (Gerätebau) Eberspächer Saksa

Linkkejä[muokkaa]

Lähteet[muokkaa]

  1. ↑ Rachel Tatum: Hundreds Honored With Global Media Awards – SEMA - Specialty Equipment Market Association, sema.org, 8. marraskuuta 2018. Viitattu: 17. marraskuuta 2018
Noudettu kohteesta "https://autowiki.fi/index.php?title=Turboahdin&oldid=211842"