Turboahdin FAQ
Turbon toiminta – Miten turboahdin toimii?
Turboahtimen siipipyörät, turbiini ja kompressori, on kiinnitetty samaan akseliin. Moottorista purkautuvat pakokaasu johdetaan turbon kotelon läpi niin, että se antaa liike-energian turbiinipyörälle joka pyörittää akselin välityksellä kompressoripyörää. Turbovalmistajia ovat esim. Holset, Garret, KKK, Schwitzer, Ihi, Mitsubishi.
Turbiiniakseli on laakeroitu ahtimen runkoon yleensä kuula- tai liukulaakereilla. Kuulalaakeri ahtimet eivät ole yhtä huoltoystävällisiä kuin liukulaakerit.
Kovan pyörimisnopeuden vuoksi tarvitaan laakereille jatkuva voitelu (öljynkierto).
Voitelun tarkoituksena on pitää kitka pienenä ja jäähdyttää laakeria. Joissakin tuboahtimissa on myös vesijäähdytys mahdollisuus. Jäähdytyksen perusideana on pitää turboahtimen keskiosan lämpötila stabiilina. Vesikiertoinen jäähdytysjärjestelmä vähentää ahtimen ytimen lämpötilaa ja parantaa öljyn voitelu ominaisuuksia.
Mistä turboviive johtuu?
Turboviive johtuu siitä, että ahtopaine ei ehdi nousta heti kun painetaan kaasua, syynä on että ahtimelta kestää hetken, että se saa riittävästi kierroksia tuottaakseen riittävästi painetta.
Ammattimaisessa turboalan yrityksessä huomioidaan moottorin tilavuus, kannen kanavien virtauksen, nokka-akselin ja pakosarjan tyyppi jne. Sen mukaan ahdin suunnitellaan/tehdään moottorille ja ko. käyttöön sopivaksi.
Mitä tarkoittaa trimmi?
Jos seuraava on hepreaa niin ei hätää = jätä asia ammattilaisen huoleksi!
Molemmissa, eli kompressori- ja turbiinisiivessä, on ns. ”jättö”- että ”ottopää”, eli inducer ja exducer.
Trimmillä tarkoitetaan siiven imureiän ja jättöpään välistä suhdetta. Trimmi lasketaan kaavasta (inducer/exducer)^2 * 100. Oletetaan, että imusiivessä ns. imureikä 49,2 mm ja jättöpää on 68 mm eli siiven trimmi on (49,2/68)^2 * 100 = 52.349
Turbon A/R -suhteet
Turbon mitoituksessa turbiinipuolen A/R-suhde on tärkeä, kuten .35, .47, .64, .84, 1.00 jne. A tarkoittaa turbiinikotelon suuaukon pinta-alaa ja R turbiinpyörän keskipisteen ja suuaukon keskipisteen välistä etäisyyttä.
Mitä pienemmästä reiästä(A) ahdin imee pakokaasuja, sitä nopeammin kaasut pyörittävät turbiinin siipiä. Pieni A/R suhde saa aikaan turbon nopean ahtamisen, mutta tällöin alkaa ahdin myös nopeasti rajoittaa maksimipainetta. Suuri tilavuuksissa moottorissa pieni A/R suhde voi kasvattaa pakokaasujen vastapainetta ja nostaa lämpötilaa.
Oikea A/R suhde on aina kompromissi moottorin hyvän vasteajan ja suuren tehon väliltä. Oikea A/R suhde on aina kompromissi moottorin hyvän vasteajan ja suuren tehon väliltä.
Kompressoripuolen mitoittaminen on huomattavasti helpompaa, sillä turbovalmistajat tekevät ahtimiinsa ns. turbokartan, joiden avulla kompressori voidaan valita ko. käyttöön ja moottoriin. Valinnassa on tärkeää, että saadaan riittävä ilmamäärä halutulla paineella ja mahdollisimman hyvällä hyötysuhteella, samalla kun ahdin pysyy poissa sakkausrajasta!
Karkeasti:
– Pieni ahdin: hyvät teho/vääntö pienemmillä kierrosluvuilla, pienempi turboviive, korkeilla kierroksilla loppuu tuotto.
– Iso ahdin: pienempi teho alakierroksilla, pidempi turboviive, runsaasti tehoja korkeilla kierroksilla.
Otetaan moottori ja kaksi erilaisella A/R-suhteella olevaa turboa/turbiinipesää: #1.
Turbiinipesän A/R 0.60 ja #2. Turbiinipesän A/R 1.00
#1: A/R 0.60 hyvä alavääntö ja nopea ahtopaineen nousu heti alakierroksista lähtien. Erittäin hyvä ajettavuus kadulla ns. päivittäisessä käytössä. Yläkierroksilla kehittyy reilusti vastapainetta, joka hieman pudottaa tehoa yläpäästä.
#2: A/R 1.00 selvästi havaittavissa oleva tehopiikki, alakierroksilla ns. laiska (lue heikko alavääntö), koska ahtopaineet eivät nouse. Selvästi #1 versiota kilpakäyttöön sopivampi, koska kilpakäytössä käytetään suurimmaksi osaksi kierrosalueen yläpäätä. Kuljettajan kuitenkin muistettava, että alavääntö ja herkkyys uhrattu yläkierroksia / tehoa ajatellen. Suurempi maksiteho kuin pienemmällä version #1 A/R-suhteella.
Mitä A/R tarkoittaa?
A tulee sanasta AREA ja tarkoittaa sisäänkanavan poikkipinta-alaa.
R tulee sanasta RADIUS ja tarkoittaa em. poikkipinta-alan (AREA) keskeltä mitattua etäisyyttä akseliin. A/R on kyseisten suureiden suhde.
Mistä tulevat lyhenteet VNT, VGT ja VTG turboahtimiin liittyen?
Lyhenteet tulevat sanoista muuttuvageometrinen turboahdin ja jokaisella ahdinvalmistalla on omanlaisensa versio.
Garrett: VNT -lyhenne tulee sanoista Variable Nozzle Turbine.
Borgwarner/KKK: VTG -lyhenne tulee sanoista Variable Turbine Geometry.
Holset: VGT -lyhenne tulee sanoista Variable Geometry Turbine.
Holset -turboahdinvalmistajan tekniikka eroaa hieman muista valmistajista, mutta on perustoiminta ideologialtaan sama.
Muuttuvasiipinen turboahdin pystyy tuottamaan laajemman väännön ja tehon pienemmillä moottorin kierrosalueilla. Muuttuvasiipisten turboahtimien ansiosta autojen eri valmistajat ovat voineet samalla pienentää moottoreiden litratilavuuksia, saaden niistä paremman hyötysuhteen ja pienemmät päästöarvot.
