Soorten turbo’s: Turbo, Twin turbo, Twin-scroll, ken jij ze allemaal?
Turbo, Twinturbo, Bi-turbo, Twin-scroll of elektrische turbo? Welke is de beste en wat zijn de voor- en nadelen ervan?
We zullen in dit artikel alle genoemde typen turbocompressoren bekijken en praten over hun constructie.
Inhoud
Waar is een turbocompressor voor?
Een turbocompressor of, in de volksmond, een turbo is een apparaat dat het vermogen van een verbrandingsmotor vergroot 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 turbomotor accelereert dus gemakkelijker, heeft een hoger 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 uit de motor haalt, in tegenstelling tot de supercharger, die mechanisch wordt aangedreven door het vermogen van de motor.
Waaruit bestaat een turbocompressor?
Het grootste deel van de turbocompressor is de turbine, d.w.z. de propeller. Het 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 stroomt. 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 een turbovertraging veroorzaakt. Kleine turbo's draaien snel, maar hebben bij hoge acceleratie mogelijk niet hetzelfde vermogen.
Turbovertraging: wat is het en hoe kan het worden verminderd?
Verschillende turbocompressorvarianten combineren de voordelen van grote en kleine turbocompressoren effectief.
Enkele turbocompressor - Het eenvoudigste type turbocompressor
Deze eenvoudige turbocompressor werd al gebruikt toen het superchargen nog in de kinderschoenen stond. Een eenvoudige turbocompressor heeft echter bepaalde beperkingen wat betreft motorafstelling.
Zoals reeds vermeld, wordt de turbocompressor aangedreven door uitlaatgassen. Een kleine turbocompressor heeft een lage traagheid, waardoor slechts een kleine hoeveelheid energie uit de uitlaatgassen voldoende is 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, waardoor hij ook bij lagere toerentallen uitblinkt in flexibiliteit. Hij heeft echter geen vermogen bij hoge snelheden, omdat de turbine graag sneller zou willen draaien, maar bereikt de maximale snelheid die door het ontwerp wordt gegeven.
Daarom zal een kleine turbo zijn maximale snelheid bereiken bij een lager motortoerental dan een grotere. Aan de andere kant werkt een grote turbo 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 unit zonder supercharger. 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 turbovertraging
- Een compromis tussen motorprestaties en flexibiliteit
Turbo met variabele geometrie
Turbocompressoren met variabele geometrie (of kortweg VGT's) gebruiken beweegbare bladen om de luchtstroom naar de turbine aan te passen, waardoor een turbocompressor van optimaal formaat over de hele vermogenscurve wordt nagebootst. 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 waardoor je dit type turbolader ook met een benzinemotor kunt tegenkomen.
Voordelen:
- Werkt in een breed scala aan motortoerentallen
- De prijs is vergelijkbaar met de prijs van een eenvoudige turbocompressor
Nadelen:
- Lagere betrouwbaarheid vergeleken met een eenvoudige turbocompressor
- Hoofdzakelijk ontworpen voor dieselmotoren (voor benzinemotoren vereist deze oplossing het gebruik van dure, duurzamere materialen)
Bi-turbo, Twin-turbo
Twin-turbo of Bi-turbo zijn twee turbocompressoren die parallel (gezamenlijk) of sequentieel (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. Een dergelijke oplossing kun je vooral bij meercilindermotoren tegenkomen.
Kleine turbocompressoren hebben een lage traagheid, dus in principe is er slechts een kleine hoeveelheid energie uit het uitlaatgas nodig om de turbine te laten draaien. Daarom worden vaak twee kleine turbocompressoren 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 turbocompressoren voldoen zowel aan de eisen voor hoge prestaties als aan de flexibiliteit van de motor bij lage snelheden. Dit ontwerp vereist echter complexe pijpleidingen om beide turbocompressoren te voeden.
Voordelen:
- Ze voldoen aan de eisen voor hoge prestaties, maar ook aan de eisen voor motorflexibiliteit bij lage snelheden
- Elimineren turbovertraging
Nadelen:
- Hoge prijs
- Complexe constructie
- Hogere servicekosten
Twin-scroll-turbocompressor
Dit type turbocompressor heeft twee kanalen voor de inlaat van uitlaatgassen in het turbinegedeelte. De uitlaatpijpen van de cilinders leiden naar het ene en het andere kanaal van de Twin-scroll turbo waardoor het vacuüm geen energie haalt uit de uitlaatgassen van één cilinder.
De uitlaatklep van de andere cilinder is daarentegen nog niet gesloten, maar de inlaatklep begint al te openen.
Twin-scroll-turbo: wat zijn de voor- en nadelen ervan?
Als de ontsteking in de cilinders in de volgorde 1-3-4-2 is, zullen cilinders 1 en 4, kabels naar het ene kanaal leiden en cilinders 2 en 3 naar het andere. In dit geval zal er geen verlies van uitlaatgasenergie optreden, 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 de 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
- Efficiëntie 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 accumulator. Hierdoor heeft de elektrische turbo verschillende voordelen. Waarschijnlijk de grootste is de volledige eliminatie van turbovertraging.
De elektrische turbocompressor kan de snelheid van zijn turbine regelen door de snelheid van de elektromotor te veranderen. Dit type turbo heeft dus geen extra apparaten nodig zoals een afblaasklep, wastegate of variabele schoepen voor het reguleren van de turbovertraging.
Elektrische turbo: is het een turbocompressor of een supercharger?
Deze turbocompressor wordt niet alleen gebruikt om de motor op te laden. Bij hoge motortoerentallen zou de energie uit de speciale accu niet voldoende zijn om de turbine op 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 snelheden wordt hij uitgeschakeld en wordt de superchargerfunctie overgelaten 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 van stroom voorziet