Turboahdin: Mitkä ovat sen edut, ja mikä on turbon viive?
Turboahdin tai lyhyesti "turbo" on laite, joka lisää polttomoottorin tehoa pakottamalla ilmaa polttokammioon.
Tehon lisäys johtuu siitä, että moottori saa paljon enemmän happimolekyylejä samasta ilmatilavuudesta. Koska ilma on paineistettu, seos on räjähdysherkempi, joten moottori kiihtyy helpommin, eikä se tarvitse enempää polttoainetta.
Sisältö
- Mitä eroa on turboahtimella ja kompressorilla?
- Mikä on turbo lag?
- Moottorin alhaiset kierrokset EIVÄT ole turbon viive
- Lisääkö iso turbo tehoa?
- Bi-turbo, Twin-turbo
- Twin-scroll-turboahdin
- Vaihtuvageometrinen turboahdin
- Mihin Wastegate on tarkoitettu?
- Mihin poistoventtiili on tarkoitettu?
- Joten miksi turbomoottorit?
Turboahtimen lisäksi moottorin ahtamiseen käytetään myös ahdinta tai turboahtimen ja ahtimen yhdistelmää.
Mitä eroa on turboahtimella ja kompressorilla?
Tärkein ero turboahtimen ja ahtimen välillä on se, että ahdinta käytetään mekaanisesti kampiakseliin kiinnitetyn hihnan kautta, kun taas moottorin pakokaasut ohjaavat turboahdin.
Koska ahdin käyttää ajoonsa moottorin energiaa, se vie osan moottorin energiasta, mutta lopulta antaa sille enemmän energiaa. Toinen kompressorin haittapuoli on sen alhaisempi adiabaattinen tehokkuus turboahtimeen verrattuna.
Adiabaattinen hyötysuhde on ahtimen kyky puristaa ilmaa lisäämättä ilmaan ylimääräistä lämpöä. Mitä alhaisempi ilman lämpötila, sitä tiheämpää ilma on ja se sisältää enemmän happimolekyylejä. Joten ahtimet lisäävät enemmän lämpöä ilmaan kuin turboahtimet, mikä tekee niistä vähemmän tehokkaita.
Kuten jo mainittiin, turboahdinta ei käytetä mekaanisesti, vaan pakokaasujen avulla, joten se ei ota energiaa moottorista, mikä on tehokkaampaa. Ahtimeen verrattuna sillä on kuitenkin haittapuoli: turbon viive.
Mikä on turbo lag?
Turbon viive on aika tehonlisäyspyynnön eli kaasupolkimen painamisen ja tehon alkamisen (turbo kick-in) välillä. Uudemmissa turboahtimia käyttävissä malleissa se voi olla noin 1 sekunti, mutta kaikki riippuu turbotyypistä.
Toisin sanoen turbon viive on aika, joka kuluu pakojärjestelmältä ja turboahtimelta tarvittavan tehon lisäämiseen. Ahtajilla ei ole tätä ongelmaa, koska niitä ohjaa suoraan moottori, ja vaste kaasuun on siksi välitön.
Moottorin alhaiset kierrokset EIVÄT ole turbon viive
Joskus alhaisia moottorin kierroksia erehdytään pitämään turboviiveenä käsivaihteistoa käyttävien autojen tapauksessa. Jos moottorin nopeus on alhainen, kiihdytyksen odottaminen voi kestää useita sekunteja kaasupolkimen painamisen jälkeen. Tämä viive ei kuitenkaan ole turbon viive, vaan väärä vaihdevalinta.
Turboahtimet luottavat pakokaasun paineen nousuun turbiinin (potkurin) käyttämiseksi, mitä ei voida saavuttaa tyhjäkäynnillä tai alhaisilla moottorin kierrosnopeuksilla. Kun moottori saavuttaa riittävät kierrokset, turbiini alkaa pyöriä siten, että syntyy ilmakehän imupainetta korkeampi imupaine.
Turboahtimen tavoitteena on parantaa moottorin tilavuushyötysuhdetta lisäämällä imuilman tiheyttä, mikä mahdollistaa enemmän tehoa moottorisykliä kohden.
Lisääkö iso turbo tehoa?
Turbiinin koko ja muoto (se pyörii jopa 300 000 rpm) vaikuttavat joihinkin turboahtimen suorituskykyominaisuuksiin. Turbiinin mitat määräävät myös järjestelmän läpi virtaavan ilman määrän. Yleensä mitä suurempi turbiini, sitä suurempi ilmavirtauskapasiteetti.
Turboahtimen suorituskyky liittyy läheisesti sen kokoon. Suuret turboahtimet tarvitsevat enemmän painetta, mikä aiheuttaa turbon viivettä alhaisilla nopeuksilla. Pienet turbot pyörivät nopeasti, mutta niillä ei välttämättä ole samaa tehoa suurella kiihtyvyydellä.
Suurten ja pienten turboahtimien etujen yhdistämiseksi tehokkaasti käytetään kaksoisturboahtimia tai turboahtimia, joissa on muuttuva siipien geometria.
Bi-turbo, Twin-turbo:
Twin-turbo tai Bi-turbo ovat kaksi turboahdinta, jotka toimivat rinnakkain (yhdessä) tai peräkkäin (erikseen). Rinnakkaiskokoonpanossa toista turboahdinta käyttää moottorin pakokaasujen toinen puoli ja toinen puolikas, ja molemmat toimivat samanaikaisesti. Pienemmillä turboilla on vähemmän turbon viivettä kuin suurilla turboilla, joten usein käytetään kahta pientä turboa.
Jaksottaisessa kokoonpanossa yksi pienempi turboahdin käy alhaisilla kierrosluvuilla ja toinen suurempi käynnistyy korkeammalla ennalta määrätyllä moottorin kierrosluvulla. Peräkkäiset turbot vähentävät turbon viivettä, mutta vaativat monimutkaiset putket molempien turbojen syöttämiseen.
Twin-scroll-turboahdin:
Tämän tyyppisessä turboahtimessa on kaksi kanavaa pakokaasujen ottoa varten turbiiniosassa. Pakoputket johtavat molemmat Twin-Turbo-portit sylintereistä, jotta tyhjiö ei ota energiaa yhden sylinterin pakokaasusta. Sen sijaan toisen sylinterin pakoventtiili ei ole vielä sulkeutunut, mutta sen imuventtiili on jo alkanut avautua.
Jos sytytys sylintereissä on järjestyksessä 1-3-4-2, sylinterit 1 ja 4 johtavat yhteen kanavaan ja sylinterit 2 ja 3 toiseen kanavaan. Tässä tapauksessa ei tapahdu pakokaasuenergian menetystä, koska sylinteri 3, joka ottaisi energiaa sylinterin 1 pakokaasusta, ei ole yhdistetty samaan putkeen.
Twin-scroll-turboahtimen haittana on sen vaikeus, mutta myös se, että sylintereitä on oltava parillinen, jotta samasta määrästä sylintereistä pakokaasut virtaavat jokaiseen kanavaan.
Vaihtuvageometrinen turboahdin:
Vaihtuvageometrinen turboahdin käyttää liikuteltavia siipiä säätämään turbiiniin tulevaa ilmavirtaa, mikä jäljittelee optimaalisen kokoista turboahdinta koko tehokäyrän ajan. Tuloksena on turboahdin, jossa ei ole havaittavissa olevaa turbon viivettä.
Mihin Wastegate on tarkoitettu?
Ohjausventtiili ohjaa pakokaasut pois turboahtimen turbiinista. Turbiinin nopeutta ohjataan ohjaamalla pakokaasuja. Ohitusventtiilin päätehtävä on säädellä täyttöpainetta, jotta moottori tai turboahdin ei vahingoitu.
Mihin poistoventtiili on tarkoitettu?
Puhallusventtiili on venttiili, joka vapauttaa painetta turboahdetuissa moottoreissa. Tämä venttiili auttaa tyhjentämään turbon ja kaasun välistä tilaa vapauttamalla paineilmaa ympäristöön turbon kulumisen vähentämiseksi.
Kun ilmaa vapautetaan, sisään tulee tyypillinen sihisevä tai viheltävä ääni.
Joten miksi turbomoottorit?
Turboahdin voi lisätä moottorin tehoa ja vähentää polttoaineen kulutusta, mutta jotkut valmistajat suosivat silti suuria, vapaasti hengittäviä bensiinimoottoreita. Dieselmoottoreita ilman turboahdinta ei nykyään enää valmisteta, koska niiden suorituskyky on bensiinimoottoriin verrattuna heikko.