Turbocompressor: wat zijn de voordelen en wat is turbovertraging?

Een turbocompressor, of kortweg "turbo", is een apparaat dat het vermogen van een verbrandingsmotor vergroot door lucht in de verbrandingskamer te persen.

De toename van het vermogen komt doordat de motor veel meer zuurstofmoleculen uit hetzelfde luchtvolume ontvangt. Omdat de lucht onder druk staat, is het mengsel explosiever, accelereert de motor dus gemakkelijker en heeft hij niet meer brandstof nodig.

Naast de turbocompressor wordt ook een supercharger of een combinatie van een turbocompressor en een supercharger gebruikt om de motor aan te drijven.

Wat is het verschil tussen een turbocompressor en een supercharger?

Het belangrijkste verschil tussen een turbocompressor en een supercharger is dat een supercharger mechanisch wordt aangedreven via een riem die aan de krukas is bevestigd, terwijl uitlaatgassen van de motor een turbocompressor aandrijven.

Omdat de supercharger energie van de motor gebruikt voor zijn aandrijving, zal hij een deel van de energie van de motor verbruiken, maar uiteindelijk zal hij hem van meer energie voorzien. Een ander nadeel van de compressor is de lagere adiabatische efficiëntie in vergelijking met de turbocompressor.

Adiabatische efficiëntie is het vermogen van de supercharger om lucht te comprimeren zonder overtollige warmte aan de lucht toe te voegen. Hoe lager de luchttemperatuur, hoe dichter de lucht en bevat meer zuurstofmoleculen. Dus superchargers voegen meer warmte toe aan de lucht dan turbochargers, waardoor ze minder efficiënt zijn.

Zoals reeds vermeld wordt de turbocompressor niet mechanisch maar door uitlaatgassen aangedreven en onttrekt dus geen energie aan de motor, wat efficiënter is. Vergeleken met de supercharger heeft hij echter een nadeel: turbo lag.

Wat is turbolag?

Turbo lag is de tijd tussen het verzoek om vermogenstoename, d.w.z. het intrappen van het gaspedaal, en het begin van het vermogen (turbo kick-in). Bij nieuwere modellen met turbochargers kan dit ongeveer 1 seconde zijn, maar het hangt allemaal af van het type turbo.

Met andere woorden, turbovertraging is de tijd die het uitlaatsysteem en de turbocompressor nodig hebben om de vereiste boost te creëren om het vermogen te vergroten. Superchargers hebben dit probleem niet, omdat ze rechtstreeks door de motor worden aangedreven en de reactie op het gaspedaal dus direct is.

Lage motortoerentallen zijn GEEN turbovertraging

Soms worden lage motortoerentallen aangezien voor turbovertraging in het geval van auto's met handgeschakelde versnellingsbak. Als het motortoerental laag is, kan het wachten op acceleratie enkele seconden duren nadat het gaspedaal is ingetrapt. Deze vertraging is echter geen turbovertraging maar een verkeerde versnellingskeuze.

Turbochargers vertrouwen op de opbouw van uitlaatgasdruk om een ​​turbine (propeller) aan te drijven, wat niet kan worden bereikt bij stationair draaien of lage motortoerentallen. Wanneer de motor voldoende omwentelingen bereikt, begint de turbine zodanig te draaien dat er een hogere inlaatdruk ontstaat dan de atmosferische.

De turbocompressor heeft tot doel de volumetrische efficiëntie van de motor te verbeteren door de dichtheid van de inlaatlucht te vergroten, waardoor er meer vermogen per motorcyclus mogelijk is.

Zal een grotere turbo meer vermogen toevoegen?

De grootte en vorm van de turbine (hij draait tot 300.000 tpm) zijn van invloed op enkele prestatiekenmerken van de turbocompressor. De afmetingen van de turbine bepalen ook de hoeveelheid lucht die door het systeem 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 druk nodig, wat turbovertraging veroorzaakt bij lage snelheden. Kleine turbo's draaien snel, maar hebben mogelijk niet hetzelfde vermogen bij hoge acceleratie.

Om de voordelen van grote en kleine turbo's effectief te combineren, worden dubbele turbo's of turbo's met variabele bladgeometrie gebruikt.

Biturbo, Twinturbo:

Twin-turbo of Bi-turbo zijn twee turbochargers die parallel (gezamenlijk) of opeenvolgend (afzonderlijk) werken. In een parallelle configuratie wordt de ene turbocompressor aangedreven door de ene helft en de andere door de andere helft van de uitlaatgassen van de motor, en beide werken tegelijkertijd. Kleinere turbo's hebben minder turbovertraging dan grotere turbo's, daarom worden vaak twee kleine turbo's gebruikt.

In een sequentiële configuratie draait een kleinere turbocompressor met een laag toerental en de andere grotere wordt ingeschakeld met een hoger vooraf bepaald motortoerental. Sequentiële turbo's verminderen de turbovertraging, maar vereisen complexe leidingen om beide turbo's te voeden.

Twin-scroll turbocompressor:

Dit type turbocompressor heeft twee kanalen voor de aanzuiging van uitlaatgassen in het turbinegedeelte. Uitlaatpijpen leiden beide Twin-Turbo-poorten van de cilinders zodat het vacuüm geen energie onttrekt aan het uitlaatgas van één cilinder. Daarentegen is de uitlaatklep van de andere cilinder nog niet gesloten, maar de inlaatklep is al begonnen te openen.

Als de ontsteking in de cilinders in de volgorde 1-3-4-2 staat, zullen cilinder 1 en 4 naar het ene kanaal leiden en cilinder 2 en 3 naar het andere kanaal. 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 moeilijkheid ervan, maar ook het feit dat het noodzakelijk is om een ​​even aantal cilinders te hebben zodat de uitlaatgassen van hetzelfde aantal cilinders in elk kanaal stromen.

Turbocompressor met variabele geometrie:

Een turbocompressor met variabele geometrie maakt gebruik van beweegbare schoepen om de luchtstroom in de turbine aan te passen, waardoor een turbocompressor met optimale afmetingen wordt nagebootst gedurende de vermogenscurve. Het resultaat is een turbocompressor zonder waarneembare turbovertraging.

Waar is Wastegate voor?

De wastegate leidt de uitlaatgassen weg van de turboturbine. De snelheid van de turbine wordt geregeld door de uitlaatgassen om te leiden. De belangrijkste functie van de omloopklep is het regelen van de vuldruk om de motor of turbocompressor niet te beschadigen.

Waar is de afblaasklep voor?

Een blowoff valve is een klep die druk aflaat in turbomotoren. Deze klep helpt de ruimte tussen de turbo en de throttle leeg te maken door perslucht in de omgeving vrij te geven om slijtage aan de turbo te verminderen.

Wanneer de lucht wordt vrijgelaten, komt er een karakteristiek sissend of fluitend geluid binnen.

Dus waarom turbomotoren?

Turbolading kan het motorvermogen verhogen en het brandstofverbruik verminderen, maar sommige fabrikanten geven nog steeds de voorkeur aan grote benzinemotoren met natuurlijke aanzuiging. Dieselmotoren zonder turbocompressor worden tegenwoordig niet meer geproduceerd omdat ze in vergelijking met benzinemotoren minder presteren.

Bekijk een korte animatie van hoe een turbomotor werkt: