Soorten turboladers: Turbo, Twin turbo, Twin-scroll, ken je ze allemaal?
Turbo, Twin turbo, Bi-turbo, Twin-scroll of elektrische turbo? Welke is de beste en wat zijn hun voor- en nadelen?
We zullen alle genoemde typen turbo's in dit artikel bekijken en praten over hun constructie.
Table des matières
Waar is een turbocompressor voor?
Een turbocompressor of, in de volksmond, een turbo is een apparaat dat het vermogen van een verbrandingsmotor verhoogt door lucht in de verbrandingskamer te persen.
De toename van het vermogen is dat de motor veel meer zuurstofmoleculen uit hetzelfde luchtvolume ontvangt, omdat de lucht wordt gecomprimeerd, waardoor het mengsel explosiever wordt.
Turbocompressor: wat zijn de voordelen en wat is turbovertraging?
Een motor met turbocompressor accelereert dus gemakkelijker, heeft meer vermogen en verbruikt niet meer brandstof dan een atmosferische motor. De turbocompressor wordt aangedreven door uitlaatgassen, wat betekent dat hij energie gebruikt die anders verloren zou gaan.
De aandrijving van de turbocompressor met behulp van uitlaatgassen is zeer efficiënt omdat de turbo geen energie van de motor onttrekt, in tegenstelling tot de supercharger, die mechanisch wordt aangedreven door het vermogen van de motor.
Waaruit bestaat een turbocompressor?
Het belangrijkste onderdeel van de turbocompressor is de turbine, d.w.z. de propeller. Hij kan draaien met een snelheid tot 300.000 tpm en heeft de grootste invloed op sommige prestatiekenmerken van de turbocompressor. De grootte van de turbine bepaalt de hoeveelheid lucht die in de motor zal stromen. Over het algemeen geldt: hoe groter de turbine, hoe groter de luchtstroomcapaciteit.
De prestaties van een turbocompressor hangen nauw samen met de grootte ervan. Grote turbocompressoren hebben meer uitlaatgasdruk nodig, wat bij lage snelheden turbolag veroorzaakt. Kleine turbo's draaien snel, maar hebben mogelijk niet hetzelfde vermogen bij hoge acceleratie.
Turbo Lag: wat is het en hoe kan het worden verminderd?
Verschillende turbocompressorvariaties combineren de voordelen van grote en kleine turbocompressoren effectief.
Enkele turbocompressor - Het eenvoudigste type turbocompressor
Deze eenvoudige turbocompressor werd al gebruikt toen supercharging nog in de kinderschoenen stond. Een eenvoudige turbocompressor heeft echter bepaalde limieten op het gebied van motortuning.
Zoals eerder vermeld, wordt de turbocompressor aangedreven door uitlaatgassen. Een kleine turbocompressor heeft een lage traagheid, dus slechts een kleine hoeveelheid energie uit de uitlaatgassen is voldoende om de turbine te laten draaien.
Motorvermogen en koppel: welke van deze parameters is belangrijker?
Een motor met een dergelijke turbocompressor levert al bij zeer lage toerentallen een hoog koppel en blinkt dus ook bij lagere toerentallen uit in souplesse. Bij hoge snelheden heeft hij echter geen vermogen, omdat de turbine sneller zou willen draaien, maar hij bereikt zijn maximale snelheid die door het ontwerp wordt gegeven.
Een kleine turbo zal dus bij een lager toerental zijn maximale toerental bereiken dan een grotere. Aan de andere kant werkt een grote turbocompressor alleen bij hoge motortoerentallen. Dit betekent dat hoe hoger het toerental van de motor, hoe hoger het vermogen.
Een motor met dit type turbocompressor draait op bepaalde snelheden als een non-supercharged unit. Wanneer het een bepaald aantal omwentelingen overschrijdt, manifesteert het zich in een zeer scherpe en krachtige start en stuwkracht.
Voordelen:
- Prijs
- Betrouwbaarheid
- Eenvoudige constructie
Nadelen:
- Aanzienlijke turbo lag
- Een compromis tussen motorprestaties en flexibiliteit
Turbo met variabele geometrie
Variable-geometry turbochargers (of VGT's in het kort) gebruiken beweegbare bladen om de luchtstroom naar de turbine aan te passen, en bootsen zo een turbocompressor van optimale grootte na gedurende de vermogenscurve. Het resultaat is een turbocompressor zonder waarneembare turbovertraging.
Dit type turbocompressor wordt uitsluitend gebruikt voor dieselmotoren. De reden is de gevoeligheid van het mesmechanisme voor hoge temperaturen. Ter verduidelijking: de temperatuur van de uitlaatgassen van benzinemotoren is enkele honderden graden Celsius hoger dan die van dieselmotoren.
Turbocompressor met variabele geometrie (VGT): hoe werkt het?
Ook in dit geval zijn er echter uitzonderingen, zodat u dit type turbocompressor zelfs met een benzinemotor kunt ontmoeten.
Voordelen:
- Werkt in een breed scala aan motortoerentallen
- De prijs is vergelijkbaar met de prijs van een eenvoudige turbocompressor
Nadelen:
- Lagere betrouwbaarheid in vergelijking met een eenvoudige turbocompressor
- Voornamelijk ontworpen voor dieselmotoren (voor benzinemotoren vereist deze oplossing het gebruik van duurdere, duurzamere materialen)
Biturbo, Twinturbo
Twin-turbo of Bi-turbo zijn twee turbochargers die parallel (gezamenlijk) of opeenvolgend (afzonderlijk) werken. In een parallelle configuratie zijn beide turbo's even groot, waarbij de ene turbo wordt aangedreven door de ene helft en de andere door de andere helft van de uitlaat van de motor, en beide werken tegelijkertijd. Zeker bij meercilindermotoren kun je zo'n oplossing tegenkomen.
Kleine turbo's hebben een lage traagheid, dus in principe is er maar een kleine hoeveelheid energie uit het uitlaatgas nodig om de turbine te laten draaien. Daarom worden vaak twee kleine turbo's gebruikt in plaats van twee grote.
In de sequentiële configuratie, die vaker wordt gebruikt, draait de kleinere turbocompressor op lage snelheden, op gemiddelde snelheden en op hogere vooraf bepaalde motortoerentallen. Alleen de grote turbocompressor werkt alleen.
Sequentieel werkende turbo's voldoen zowel aan de vereisten voor hoge prestaties als aan de flexibiliteit van de motor bij lage snelheden. Dit ontwerp vereist echter complexe leidingen om beide turboladers te voeden.
Voordelen:
- Ze voldoen aan de vereisten voor hoge prestaties, maar ook aan de vereisten voor motorflexibiliteit bij lage snelheden
- Elimineren turbovertraging
Nadelen:
- Hoge prijs
- Complexe constructie
- Hogere servicekosten
Twinscroll-turbocompressor
Dit type turbocompressor heeft twee kanalen voor de aanzuiging van uitlaatgassen in het turbinegedeelte. De uitlaatpijpen van de cilinders leiden naar het ene en het andere kanaal van de Twin-scroll turbo, zodat het vacuüm geen energie onttrekt aan het uitlaatgas van één cilinder.
De uitlaatklep van de andere cilinder is daarentegen nog niet gesloten, maar de inlaatklep is al begonnen te openen.
Twin-scroll turbo: wat zijn de voor- en nadelen?
Als de ontsteking in de cilinders in de volgorde 1-3-4-2 is, zullen cilinders 1 en 4 naar het ene kanaal leiden en cilinders 2 en 3 naar het andere. In dit geval is er geen verlies aan uitlaatgasenergie, omdat cilinder 3, die energie zou halen uit het uitlaatgas van cilinder 1, niet op dezelfde leiding is aangesloten.
Het nadeel van de Twin-scroll-turbocompressor is de veeleisende constructie van uitlaatpijpen. Het is ook noodzakelijk om een even aantal cilinders te hebben, zodat uitlaatgassen van hetzelfde aantal cilinders in elk kanaal stromen.
Voordelen:
- Prijs vergelijkbaar met een enkele turbocompressor
- Rendement vergelijkbaar met een dubbele turbocompressor
- Betrouwbaarheid
Nadelen:
- Moeilijk ontwerp van uitlaatpijpen
- Een moeilijke ontwerpoplossing voor motoren met een groter aantal cilinders
Elektrische turbocompressor
Het is geen turbo maar een elektrische compressor. Dit type turbocompressor heeft voor zijn aandrijving geen energie uit uitlaatgassen nodig, omdat hij voor zijn aandrijving gebruik maakt van een elektromotor en een speciale accu. Hierdoor heeft de elektrische turbo verschillende voordelen. Waarschijnlijk de grootste is de volledige eliminatie van turbo lag.
De elektrische turbocompressor kan de snelheid van zijn turbine regelen door de snelheid van de elektromotor te veranderen. Dit type turbo heeft daarom geen extra apparaten nodig, zoals een blow-off valve, wastegate of variabele bladen voor het reguleren van de turbogat.
Elektrische turbo: is het een turbocompressor of een supercharger?
Deze turbocompressor wordt niet alleen gebruikt om de motor een boost te geven. Bij hoge toerentallen zou de energie van de speciale batterij niet voldoende zijn om de turbine met voldoende snelheid te laten draaien. Bij gebruik van een sterkere accu of een groter aantal van dergelijke accu's zou de prijs van de elektrische turbo hoger zijn dan de prijs van de hele auto.
Daarom werkt de elektrische turbocompressor alleen bij lage en gemiddelde toerentallen, en bij hoge toerentallen schakelt hij uit en laat hij de superchargerfunctie over aan de klassieke turbocompressor.
Voordelen:
- Volledige afwezigheid van turbovertraging
- Heeft geen extra apparatuur nodig om de vuldruk te regelen
- Is niet onderhevig aan hoge thermische belasting
Nadelen:
- Hoge prijs
- Kwestie van betrouwbaarheid
- Vereist een speciale batterij die deze turbo aandrijft