Turboahdin toiminta

Turboahtimen pääasiallinen tehtävä on kompressoida ilmaa moottorille. Kun sylinteriin saadaan enemmän ilmaa kuin normaalisti eli vapaasti hengittäen, moottoriin voidaan myös syöttää enemmän polttoainetta. Moottori polttaa ilman ja polttoaineen seoksen, ja tämä palamisenergia muodostaa mekaanista voimaa. Mitä enemmän polttoainetta ja ilmaa voidaan syöttää, sitä tehokkaampi moottori on.

Turboahtimen osat ovat turbiinikotelo, turbiiniakseli, kompressorikotelo ja kompressorisiipi. Lisäksi joissakin malleissa on hukkaportin ohjauskello, muuttuvageometrisiin VNT-ahtimiin (variable nozzle turbine) taas kuuluu johdinsiivikon ohjauskello.

Turboahdin hyödyntää pakokaasun hukkaenergiaa ja pyörittää turbiiniakselia, joka on liitetty aksiaalisesti kompressoriin. Akselin pyöriessä ilma kompressoituu polttoaineen kera poltettavaksi. Turboahdetun moottorin kokonaishyötysuhde on huomattavasti korkeampi kuin vapaasti hengittävän moottorin hyötysuhde, mikä johtuu ahtopaineesta ja polttoaineen määrästä samoilla kierrosluvuilla.

Itse turbiini koostuu turbiiniakselista ja turbiinikotelosta. Pakokaasu johdetaan turbiinikoteloon, jossa sen energiaa käytetään turbiiniakselin pyöritysvoimana ennen kaasun päätymistä pakoputkeen.

Kompressorissa on kaksi vastaavaa komponenttia, kompressoripyörä ja kompressorikotelo. Alumiininen kompressoripyörä on liitetty teräksiseen turbiiniakseliin. Pyöriessään kotelossaan se imee ilmaa ja kompressoi sen niin, että ilmanpaine nousee ja kehittyy ylipaineeksi. Prosessia kutsutaan diffuusioksi.

Jotta ilmaa voitaisiin ahtaa, ahtimen pyörintänopeuden on oltava hyvin korkea. Normaalirakenteisen turboahtimen pyörintänopeus on 30-kertainen moottorin pyörintänopeuteen verrattuna, noin 150 000 kierrosta minuutissa. Pyörintään tarvittava voima on peräisin moottorissa jo tapahtuneesta palotapahtumasta, koska pyörintäenergia saadaan pakokaasusta. Tämän vuoksi lämpötila turbiinikotelossa kohoaa erittäin korkeaksi. Vastaavasti lämpöä kehittyy myös kompressorin puristaessa ilmaa ylipaineeksi, ja moottorin imuilmaksi tarkoitetun ilman lämpötila saattaa normaaliolosuhteissakin nousta jopa 200 celsiusasteeseen. Siksi turboteknologiassa joudutaan ottamaan huomioon myös ilman jäähdytykseen liittyvät kysymykset kuten välijäähdytys (intercooler).

Turboahtimen voitelee moottorin oma öljykierto. Työskennellessään ahdin tarvitsee koko ajan paineistettua öljyä laakeripesäänsä. Voiteluöljy toimii myös korkeiden lämpötilojen jäähdyttäjänä. Öljyn laadulla on väliä, koska voiteluöljyn lämpötila laakerin pinnalla saattaa kohota 600 celsiusasteeseen. Myös ajon jälkeinen jäähdytys pidentää turboahtimen ikää.