KUINKA TURBOAHDIN RAKENNE MUUTTUU TEHOKKUUTTA HAKIESSA
Komponentille, jonka tulevaisuus on niin läheisesti sidottu polttomoottoriin, turboahtimien teknologinen kehitys on poikkeuksellista. Viimeisimmät kehitysaskeleet ovat kaksoisturboahdin muuttuvilla virtauskanavilla sekä sähkötoimiset turboahtimet.Komponentille, jonka tulevaisuus on niin läheisesti sidottu polttomoottoriin, turboahtimien teknologinen kehitys on poikkeuksellista. Viimeisimmät kehitysaskeleet ovat pakosarjaan integroitu kaksoisturboahdin muuttuvilla virtauskanavilla sekä sähkötoimiset turboahtimet.
Seco Toolsin globaalin tasojyrsinnän tuotepäällikön Tobias Jakobin mukaan turboahtimen suunnittelun monimutkaistumiseen vaikuttavat kaksi suurta tekijää: tarve pienentää moottoreiden kokoa ja painoa polttoainetehokkuuden lisäämiseksi sekä hybridiautojen yleistyminen.
Turboahtimet parantavat polttoainetehokkuutta käyttämällä auton pakokaasuja turbiinin pyörittämiseen, joka sitten pumppaa ilmaa moottorin sylintereihin.
Tämän päivän haasteena on, että pienemmät moottorit tarkoittavat vähemmän pakokaasua turbiinin pyöritykseen, mikä tarkoittaa, että suunnittelijoiden on tehtävä kaikkensa varmistaakseen, että kaasut tuottavat edelleen saman paineen turbiinipyörään ja saavat sen pyörimään samalla nopeudella.
Tämän saavuttaminen alkaa pakosarjasta, joka on nyt integroitava turboahtimen yhdeksi osaksi, jotta pienentynyt pakokaasumäärä ohjataan mahdollisimman tehokkaasti turbiiniin.
"Siinä on todella sulava liitos laipasta turbon koteloon", Jakobi sanoo integroidusta pakosarjasta. "On haastavaa saada niin sulavaa siirtymää, jos on kaksi erillistä osaa, jotka on yhdistettävä."
Seuraavaksi pakosarjassa on tyypillisesti oltava kaksi erillistä kanavaa eri sylinteriryhmille, jotka sitten johtavat pakokaasut turbiiniin kahden erillisen sisääntulon eli "rullan" kautta. On myös yleistä, että turbiinikotelon sisällä on kaksi kanavaa tai "voluuttia", jotka kuljettavat kaasut turbiinin vastakkaisille puolille.
Kaksoisrullainen, kaksikierteinen rakenne integroidulla jakoputkella on lähes vaatimus turboahtimissa, joissa on "sylinterin deaktivointi", kun yksi tai useampi sylinterin polttoaineen syöttö katkaistaan. Ne ovat välttämättömiä myös nykyaikaisten moottoreiden korkeamman puristussuhteen vuoksi, mikä säästää polttoainetta, mutta tekee entistä tärkeämmäksi, että pakokaasut osuvat turbiineiden oikeaan kohtaan.
Nykypäivän suunnittelijat pyrkivät myös parantamaan suorituskykyä alhaisilla kierroksilla (RPM) tekemällä turboahtimen siivet säädettäviksi.
Näillä niin kutsutuilla "muuttuvan geometrian" turboahtimilla on pieni viive, ne tarjoavat lisätehoa alhaisilla kierrosluvuilla ja niillä on myös suurempi hyötysuhde korkeammilla moottorin kierrosnopeuksilla.
Pyrkimys on myös saada turboahtimet toimimaan hyvin sekä korkeilla että matalilla kierrosluvuilla sisällyttämällä niihin "varaventtiilin", joka vapauttaa kaasuja turbiinista, jos paine nousee liian korkeaksi estäen turbiinin ylikuormituksen.
Jokainen näistä vaatimuksista luo haasteita valmistukselle.
Integroitujen jakotukkien muodot ovat monimutkaisempia työstää ja erityisesti kiinnitysten suhteen, mikä tarkoittaa enemmän värinän aiheuttamia ongelmia. Jotta ne kestäisivät korkeampia lämpötiloja, ne valmistetaan uusimmista seoksista, joissa on enemmän seosmetalleja, jotka ovat sekä raskaampia että kuluttavat enemmän työkaluja. Valmistajat kompensoivat myös turbiinin lisääntyneen painon pienentämällä sen poikkileikkausta, mikä vaatii entistä enemmän tarkkuutta.
Muuttuva geometria tarkoittaa tyypillisesti isompaa turbokoteloa, kun taas syvällä turboahtimen sisällä olevaan varaventtiiliin voi olla vaikea päästä käsiksi.
Vaikka yllä olevat ominaisuudet ovat yleistymässä nykyaikaisissa turboahtimissa, mikään niistä ei ole uusi. Todellinen huippukehitys nykyään liittyy sähköisiin turboahtimiin tai e-turboihin. 
E-turbo, turboahdinta avustaa pieni sähkömoottori, joka on joko kiinnitetty turbiiniakseliin turbiinipyörän ja kompressoripyörän väliin tai kompressorin puolella olevaan kaasun ohituskanavaan.
Sen lisäksi, että e-turbot antavat lisäpotkua, ne voivat kompensoida aukkoja paineistetun kaasun syötössä moottorista, mikä takaa tasaisemman suorituskyvyn.
"E-turbot ovat todella uusi trendi, koska ne voivat parantaa suorituskykyä merkittävästi, etenkin hybridiautoissa", Jakobi sanoo.
"Harkinnassa on jopa kahdeksan sähköturboa yhdessä autossa tai e-turbon asentaminen jokaiseen sylinteriin. Elikä suunnitteilla on todella "hulluja" ideoita."
