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.
Inhoud
- Wat is het verschil tussen een turbocompressor en een supercharger?
- Wat is turbovertraging?
- Lage motortoerentallen zijn GEEN turbovertraging
- Zal een grotere turbo meer vermogen toevoegen?
- Bi-turbo, Twin-turbo
- Twin-scroll-turbocompressor
- Turbocompressor met variabele geometrie
- Waar is Wastegate voor?
- Waar dient het afblaasventiel voor?
- Dus waarom turbomotoren?
Naast de turbocompressor wordt ook een supercharger of een combinatie van een turbocompressor en een supercharger gebruikt om de motor op te laden.
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 het lagere adiabatische rendement 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 hoe meer zuurstofmoleculen deze bevat. Superchargers voegen dus meer warmte aan de lucht toe dan turbochargers, waardoor ze minder efficiënt zijn.
Zoals reeds vermeld wordt de turbocompressor niet mechanisch aangedreven maar door uitlaatgassen en haalt hij dus geen energie uit de motor, wat efficiënter is. Vergeleken met de supercharger heeft hij echter een nadeel: turbovertraging.
Wat is turbovertraging?
De turbovertraging is de tijd tussen het verzoek om vermogenstoename, d.w.z. het indrukken van het gaspedaal, en het begin van het vermogen (turbo-kick-in). Bij nieuwere modellen met turbocompressoren kan dit ongeveer 1 seconde duren, maar dit hangt allemaal af van het turbotype.
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 onmiddellijk is.
Lage motortoerentallen zijn GEEN turbovertraging
Soms worden lage motortoerentallen aangezien voor turbovertraging bij 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 turbogat maar een verkeerde versnellingskeuze.
Turbocompressoren zijn afhankelijk van de opbouw van uitlaatgasdruk om een turbine (propeller) aan te drijven, wat niet kan worden bereikt bij stationair of laag motortoerental. Wanneer de motor voldoende toerentallen bereikt, begint de turbine zodanig te draaien dat er een hogere inlaatdruk ontstaat dan de atmosferische druk.
De turbocompressor heeft tot doel de volumetrische efficiëntie van de motor te verbeteren door de dichtheid van de inlaatlucht te vergroten, waardoor 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) beïnvloedt enkele prestatiekenmerken van de turbocompressor. De afmetingen van de turbine bepalen mede 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 bij lage snelheden turbovertraging veroorzaakt. 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.
Bi-turbo, Twin-turbo:
Twin-turbo of Bi-turbo zijn twee turbocompressoren die parallel (gezamenlijk) of sequentieel (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 turbogat dan grotere turbo's, daarom worden er vaak twee kleine turbo's gebruikt.
In een sequentiële configuratie draait één kleinere turbocompressor op een laag toerental, en de andere grotere wordt ingeschakeld op een hoger vooraf bepaald motortoerental. Opeenvolgende 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 inlaat van uitlaatgassen in het turbinegedeelte. Uitlaatpijpen leiden beide Twin-Turbo-poorten van de cilinders, zodat het vacuüm geen energie haalt uit het uitlaatgas van één cilinder. De uitlaatklep van de andere cilinder is daarentegen nog niet gesloten, maar de inlaatklep begint al te openen.
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 kanaal. In dit geval zal er geen verlies aan uitlaatgasenergie optreden, omdat cilinder 3, die energie zou onttrekken aan het uitlaatgas uit cilinder 1, niet op dezelfde leiding is aangesloten.
Het nadeel van de twin-scroll-turbocompressor is de moeilijkheid ervan, maar ook het feit dat er een even aantal cilinders nodig is, 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 naar de turbine aan te passen, waardoor over de hele vermogenscurve een turbocompressor van optimaal formaat wordt nagebootst. Het resultaat is een turbocompressor zonder waarneembare turbovertraging.
Waar is Wastegate voor?
De wastegate leidt de uitlaatgassen weg van de turbocompressorturbine. De snelheid van de turbine wordt geregeld door de uitlaatgassen om te leiden. De belangrijkste functie van de bypassklep is het regelen van de vuldruk om de motor of turbocompressor niet te beschadigen.
Waar dient het afblaasventiel voor?
Een afblaasklep is een klep die de druk in turbomotoren laat ontsnappen. Deze klep helpt de ruimte tussen de turbo en het gaspedaal leeg te maken door perslucht in de omgeving vrij te geven om slijtage aan de turbo te verminderen.
Wanneer de lucht vrijkomt, komt er een karakteristiek sissend of fluitend geluid binnen.
Dus waarom turbomotoren?
Turbolading kan het motorvermogen vergroten en het brandstofverbruik verlagen, maar sommige fabrikanten geven nog steeds de voorkeur aan grote benzinemotoren met natuurlijke aanzuiging. Dieselmotoren zonder turbocompressor worden tegenwoordig niet meer geproduceerd omdat ze onvoldoende presteren in vergelijking met benzinemotoren.