Turbocompressoren komen steeds vaker voor op nieuwe auto's in de auto-industrie, deels als gevolg van toenemende overheidseisen voor brandstofefficiëntie. Turbocompressoren zorgen ervoor dat kleinere motoren het vermogen van een grotere motor met natuurlijke aanzuiging kunnen leveren. Het doet dit zonder in te boeten aan brandstofverbruik onder conservatieve rijomstandigheden.
Verwacht echter geen verbeterde brandstofefficiëntie als uw turbomotor pittig wordt aangedreven of zware lasten trekt. Wanneer een turbo een boost creëert (toenemende PSI), heeft de motor aanzienlijk meer brandstof nodig dan bij gedeeltelijk gas en lager toerental (omwentelingen per minuut, een maat voor het motortoerental).
30+ mpg op de snelweg halen terwijl je toch af en toe een beetje plezier hebt, maakt 4-cilindermotoren met turbocompressor populair in specifieke autosegmenten. De grootte van de turbo bepaalt de boostdrempel van de motor, het toerental dat nodig is om de turbo te laten spoelen. Grote turboladers bieden een hogere boostdrempel en kunnen meer vermogen leveren. Daarentegen hebben kleine turbo's een lagere boostdrempel, maar produceren ze niet zoveel pk's en koppel. Het vergroten van de turbo zorgt voor een toename van het vermogen ten koste van meer belasting van de motor en mogelijk een verkorting van de levensduur.
Turbocompressoren werken door uitlaatgas te gebruiken om een turbine te laten draaien die is bevestigd aan een tweede turbine die lucht in de motor zuigt. Zie een turbocompressor als een luchtcompressor die werkt op uitlaatgassen in plaats van op elektriciteit. Bij het maken van een boost kunnen turbo's de PSI in de motor verhogen tot een druk die groter is dan de atmosferische druk. Een turbo heeft voldoende uitlaatgas nodig om zijn boostdrempel te overschrijden, die zowel de gasklepstand als het motortoerental beïnvloeden.
Het hete uitlaatgas verwarmt de turbo waardoor de temperatuur van de inlaatlucht stijgt. Hete lucht heeft een lagere dichtheid en minder zuurstof dan koude lucht, wat leidt tot verminderde motorprestaties. Voordat lucht de motor binnenkomt, gaat deze door een intercooler om de temperatuur van de inlaatlucht te verlagen. Intercoolers maken voornamelijk gebruik van lucht-naar-luchtkoeling, omdat het betrouwbaar en goedkoop is. In sommige krachtige en beperkte ruimtetoepassingen zijn lucht-naar-water-intercoolers superieur vanwege de verhoogde turborespons en compacte voetafdruk.
Er zijn zes hoofdontwerpen van turbocompressoren, en ze hebben allemaal hun voor- en nadelen. Een twin-turbomotor kan een breder vermogensbereik bieden dan een enkele turbomotor, ten koste van extra complexiteit en geld. Turbocompressoren zijn duur en de complexere ontwerpen kunnen resulteren in een reparatierekening van duizenden dollars als ze defect raken.
Enkele turbo - Een enkele turbo-opstelling wordt meestal aangetroffen op inline-motoren omdat alle uitlaatpoorten zich aan één kant van de motor bevinden. Een grote enkele turbo kan net zoveel boost geven, zo niet meer dan een twin-turbo setup. De afweging voor maximaal uitgangsvermogen is een hoge boostdrempel, waardoor een smalle vermogensband ontstaat.
Tweelingturbo - Twin turbo's zijn meestal op V-motoren met twee rijen uitlaatpoorten. Meestal zullen de turbo's aan elke kant van het motorcompartiment leven, behalve motoren die een hete V-lay-out gebruiken en de turbo's in het motordal plaatsen. Dankzij twee turbo's kunnen kleinere turbines worden gebruikt, die het vermogensbereik kunnen verbreden en het koppel bij lage toerentallen kunnen verbeteren dankzij de lagere boostdrempel.
Twin-scroll turbo - Door gebruik te maken van twee afzonderlijke uitlaatpaden naar de turbo, veroorzaakt de impact van onderdruk als gevolg van klepoverlap minder prestatievermindering. Door cilinders te koppelen die niet opeenvolgend ontsteken, wordt interferentie in de uitlaatgassnelheid geëlimineerd. Het leidt tot prestatiewinst in vergelijking met een single-scroll turbo. Motoren die in eerste instantie niet zijn ontworpen met twin-scroll turbo's, hebben ook een nieuw uitlaatspruitstuk nodig om compatibel te zijn.
Variabele twin-scroll turbo - Een variabele twin-scroll turbo bouwt voort op de prestatieverbeteringen van de twin-scroll turbo door een tweede turbine toe te voegen. Turbines kunnen onafhankelijk werken om de uitlaatsnelheid te maximaliseren of tegelijkertijd maximaal vermogen te genereren. Beide turbines werken met een hoger motortoerental wanneer de gasklepstand een bepaald punt bereikt. Variabele twin-scroll turbocompressoren combineren de voordelen van kleine en grote turbo's en elimineren hun nadelen.
Variabele geometrie turbo - Door de toevoeging van verstelbare schoepen rond de turbine kunnen turbo's met variabele geometrie een brede vermogensband bieden. De schoepen zijn meestal gesloten bij lage motortoerentallen, waardoor de turbo snel kan spoelen. De schoepen gaan open bij een hoog motortoerental om beperkingen te verminderen die anders zouden leiden tot een afname van de prestaties bij de rode lijn van de motor. Turbo's met variabele geometrie leveren uitstekende prestaties ten koste van extra complexiteit, waardoor er meer storingspunten ontstaan.
Elektrische turbo – Wil je een grote turboboost zonder de hoge boostdrempel? Elektrisch ondersteunde turbo's kunnen helpen om de turbine te laten draaien. Het doet dit wanneer de motor met een laag toerental draait en niet genoeg uitlaatgas produceert om de turbo effectief te laten draaien. E-turbo's voegen complexiteit en gewicht toe, aangezien een elektromotor met een extra batterij nodig is.
Sommige turbo's zullen uitsluitend op elektriciteit werken, maar ze bevinden zich nog in de vroege ontwikkelingsfasen en kunnen het vermogen van turbo's met uitlaatgas niet evenaren. De batterij die nodig is om een elektrische turbo aan te drijven, is aanzienlijk, wat een auto zwaarder en complexer maakt. Fabrikanten gebruiken kleine elektrische turbo's om de boostdrempel van de grotere uitlaatturbo te verlagen.
Met goed onderhoud en goede rijgewoonten zou een turbomotor geen significante betrouwbaarheidsproblemen moeten hebben in vergelijking met een motor met natuurlijke aanzuiging. Frequente olieverversingen worden exponentieel belangrijker voor een turbomotor vanwege de extra warmte die een turbo toevoegt aan de motorruimte. Als de olie voorbij het aanbevolen verversingsinterval is, kan dit slibophoping veroorzaken die de oliedoorgangen die de turbo voeden, kan blokkeren.
Stel dat de turbo niet goed wordt gesmeerd en gekoeld door de motorolie. In dat geval kan het schade veroorzaken en leiden tot een catastrofale storing die de hele motor kan vernietigen. Als gevolg hiervan kan het de auto effectief total loss laten. Om ervoor te zorgen dat een turbomotor gelukkig en gezond blijft, zijn er enkele vereisten.
Gebruik geen gas met een laag octaangetal – Premium gas met 91 of 93 octaan biedt meer weerstand tegen het kloppen van de motor dan gewoon gas met 87 octaan. Motoren met turbocompressor genereren meer warmte en druk dan motoren met natuurlijke aanzuiging en zijn vatbaarder voor ontploffing. Voortijdige ontbranding van het gas, of ontploffing, kan enorme problemen veroorzaken. Het kan een motor in ernstige en langdurige gevallen effectief vernietigen. Sommige turbomotoren kunnen echter op brandstof met een lager octaangetal draaien. Zorg er altijd voor dat u de aanbevelingen van de fabrikant in acht neemt als het gaat om het tanken van uw auto.
Detonatie vindt plaats terwijl de cilinder zich in de compressieslag van de verbrandingscyclus bevindt en het bovenste dode punt nog niet heeft bereikt. Het probleem met detonatie is dat de verbranding van brandstof de compressieslag bestrijdt en tegengestelde krachten op de roterende assemblage van de motor plaatst in plaats van deze door de verbrandingsslag te stuwen.
Geef geen boost met koude olie – Koude olie is dikker dan hete olie en zorgt voor extra belasting van de motor. Vertrouw niet op de motortemperatuurmeter, deze meet de koelvloeistoftemperatuur in plaats van de olie. Als de auto geen olietemperatuurmeter gebruikt, is het beter om op veilig te spelen en een bepaalde tijd te wachten nadat de motorkoelvloeistof de bedrijfstemperatuur heeft bereikt.
Laat het gaspedaal niet intrappen bij lage toeren – Dit geldt voornamelijk alleen voor handgeschakelde transmissies. Dat komt omdat de meeste automatische voertuigen ervoor zorgen dat de transmissie terugschakelt naar een lagere versnelling. Bij het accelereren van een auto in de hoogste versnelling moet de turbo langer op de spoel blijven onder wijd open gas in vergelijking met terugschakelen naar een kortere versnelling lager in het bereik. Hoe langer een turbo op maximale boost blijft spoelen, hoe meer warmte hij zal genereren. Wanneer dit gebeurt, kan dit de levensduur van motoronderdelen verkorten, van de kabelboom tot de olie.
Spoel de turbo niet voordat u de motor uitzet - Hard rijden met een motor of toeren maken voordat u hem uitschakelt, is geen goed idee. Dit is waar, ongeacht of de motor een turbocompressor heeft of niet. Een hete turbo is bijzonder effectief bij het vercooksen van olie en moet worden afgekoeld voordat de motor stopt met draaien. Sommige auto's maken gebruik van turbotimers, waardoor de motor een paar minuten kan blijven draaien nadat de sleutel uit het contact is gehaald. Een andere methode om de turbo te koelen is een elektrische pomp die olie of koelvloeistof blijft circuleren zonder dat de motor hoeft te draaien.
Turbocompressoren zijn effectief in het toevoegen van vermogen en efficiëntie aan motoren, maar ze voegen ook complexiteit toe. Het is essentieel om de voor- en nadelen af te wegen bij de beslissing of een turbomotor de juiste keuze is. Turbo's zijn een uitstekende keuze voor bestuurders die waarde hechten aan prestaties. Ze zijn ook geweldig voor chauffeurs die niet bereid zijn een groot offer te brengen in brandstofefficiëntie onder dagelijkse rijomstandigheden.
Verbeterd vermogen – Turboladers voegen extra vermogen toe aan een motor en zorgen ervoor dat een kleinere motor overeenkomt met het vermogen van een motor met een grotere cilinderinhoud. Het vergroten van de turbo kan meer vermogen toevoegen en de boostdrempel verhogen, waardoor de vermogensband effectief wordt verkleind.
Beter brandstofverbruik – Turbocompressoren kunnen het brandstofverbruik verbeteren doordat een motor met een kleinere cilinderinhoud voldoende vermogen kan produceren. Verwacht niet veel extra kilometers per gallon te zien bij het toevoegen van een turbo aan een motor met natuurlijke aanzuiging. Een 2,0-liter 4-cilindermotor met natuurlijke aanzuiging zou waarschijnlijk een lager brandstofverbruik hebben dan een 2,0-liter 4-cilindermotor met turbocompressor. Maar dat vergelijkt in wezen appels met peren.
Verlaagde gasrespons - Turboladers hebben last van een verminderde gasrespons, bekend als boostdrempel en turbovertraging. De boostdrempel is het minimale toerental dat een motor nodig heeft om de turbocompressor te laten spoelen. Turbolag is de tijd die nodig is om de luchtkanalen die naar het gasklephuis leiden onder druk te zetten wanneer het motortoerental boven de boostdrempel ligt.
Verhoogde complexiteit van de engine – Een turbomotor gebruikt extra onderdelen in vergelijking met een atmosferische motor. De turbo, intercooler, afblaasklep en boostslangen zijn slechts enkele van de onderdelen die nodig zijn om een motor turbo op te laden. Deze extra onderdelen kunnen een krappe motorruimte een beetje claustrofobisch maken en de complexiteit van sommige reparaties verhogen.
Hogere reparatiekosten - Turbochargers zijn niet goedkoop, en het is niet ongebruikelijk dat ze meer dan $ 1.000 kosten. If a turbo fails, it can send pieces of metal into the engine and require a complete rebuild or replacement. A destroyed engine will cost thousands of dollars to repair and might sometimes exceed the car’s value.
Modified exhaust note – Turbochargers disrupt the exhaust gasses flow and change the exhaust sound. Comparing the exhaust note of a Porsche 911 GT3 and a Porsche 911 Turbo is one of the most notable exhaust comparisons. Yes, the induction noises bring a nice tradeoff for the muted exhaust note. But, it’s hard to beat the screaming sound of a naturally aspirated engine high in the rpm range.
