Wat is een turbolader?
Als het gaat om het combineren van prestaties met een lager brandstofverbruik, zijn ingenieurs bijna gedwongen om te kiezen voor een turbomotor.
Buiten de ijle lucht van de supercarwereld, waar Lamborghini nog steeds volhoudt dat atmosferische motoren de schoonste en meest Italiaanse manier blijven om vermogen en geluid te produceren, komt er een einde aan de dagen van auto's zonder turbo.
Het is bijvoorbeeld onmogelijk om een atmosferische Volkswagen Golf te krijgen. Na Dieselgate maakt dit natuurlijk niet meer uit, want niemand wil meer golfen.
Het feit blijft echter dat stadsauto's, gezinsauto's, grand tourers en zelfs enkele supercars het schip verlaten ten gunste van een duiktoekomst. Van de Ford Fiesta tot de Ferrari 488, de toekomst is aan geforceerde inductie, deels vanwege emissiewetten, maar ook omdat de technologie met grote sprongen is geëvolueerd.
Het is een kwestie van een laag brandstofverbruik voor soepel rijden en een groot motorvermogen wanneer u dat wilt.
Als het gaat om het combineren van hogere prestaties met een lager brandstofverbruik, zijn ingenieurs bijna gedwongen om hun nieuwste motoren te ontwerpen met turbotechnologie.
Hoe kan een turbo meer doen met minder?
Het komt allemaal neer op hoe de motoren werken, dus laten we het even hebben over de techniek. Voor benzinemotoren zorgt de lucht-brandstofverhouding van 14.7:1 voor een volledige verbranding van alles in de cilinder. Meer sap dan dit is een verspilling van brandstof.
In een motor met natuurlijke aanzuiging trekt het gedeeltelijke vacuüm dat door de neergaande zuiger wordt gecreëerd lucht in de cilinder, waarbij de negatieve druk binnenin wordt gebruikt om lucht via de inlaatkleppen naar binnen te zuigen. Het is een gemakkelijke manier om dingen te doen, maar het is erg beperkt in termen van luchttoevoer, zoals een persoon met slaapapneu.
In de turbomotor is het regelboek herschreven. In plaats van te vertrouwen op het vacuümeffect van een zuiger, gebruikt een turbomotor een luchtpomp om lucht in een cilinder te duwen, net zoals een slaapapneumasker lucht door je neus duwt.
Hoewel turbocompressoren lucht kunnen comprimeren tot 5 bar (72.5 psi) boven de standaard atmosferische druk, werken ze in straatauto's doorgaans met een meer ontspannen druk van 0.5 tot 1 bar (7 tot 14 psi).
Het praktische resultaat is dat de motor bij een vuldruk van 1 bar twee keer zoveel lucht krijgt als bij natuurlijke aanzuiging.
Dit betekent dat de motorregeleenheid twee keer zoveel brandstof kan injecteren met behoud van een ideale lucht-brandstofverhouding, waardoor een veel grotere explosie ontstaat.
Maar dat is slechts de helft van de trucs van de turbocompressor. Laten we een 4.0-liter atmosferische motor en een 2.0-liter turbomotor met een vuldruk van 1 bar vergelijken, ervan uitgaande dat ze verder technisch identiek zijn.
De 4.0-liter motor verbruikt meer brandstof, zelfs bij stationair toerental en bij lichte motorbelasting, terwijl de 2.0-liter motor veel minder verbruikt. Het verschil is dat bij volgas een turbomotor de maximale hoeveelheid lucht en brandstof verbruikt - twee keer zoveel als een atmosferische motor met dezelfde cilinderinhoud, of precies hetzelfde als een atmosferische 4.0-liter.
Dit betekent dat de turbomotor dankzij geforceerde inductie overal kan draaien van een magere 2.0 liter tot een krachtige vier liter.
Het is dus een kwestie van een laag brandstofverbruik voor zacht rijden en een groot motorvermogen wanneer u dat wilt.
Hoe slim is dat?
Zoals het een technisch wondermiddel betaamt, is de turbocompressor zelf ingenieus. Wanneer de motor draait, passeren de uitlaatgassen de turbine, waardoor deze met ongelooflijke snelheden ronddraait - typisch tussen 75,000 en 150,000 keer per minuut.
De turbine is vastgeschroefd aan de luchtcompressor, wat betekent dat hoe sneller de turbine draait, hoe sneller de compressor draait, verse lucht aanzuigt en in de motor dwingt.
De turbo werkt op een glijdende schaal, afhankelijk van hoe hard je het gaspedaal indrukt. Bij stationair toerental is er niet genoeg uitlaatgas om de turbine op een zinvolle snelheid te krijgen, maar naarmate u accelereert, draait de turbine omhoog en zorgt voor een boost.
Als je met je rechtervoet duwt, komen er meer uitlaatgassen vrij, die de maximale hoeveelheid verse lucht in de cilinders comprimeren.
Dus wat is de vangst?
Er zijn natuurlijk verschillende redenen waarom we niet allemaal jarenlang met turbocompressor auto's rijden, te beginnen met complexiteit.
Zoals je je kunt voorstellen, is het niet eenvoudig om iets te bouwen dat jarenlang dag in, dag uit met 150,000 tpm kan draaien zonder te exploderen, en er zijn dure onderdelen voor nodig.
Turbines hebben ook een speciale olie- en watervoorziening nodig, waardoor de smeer- en koelsystemen van de motor zwaarder worden belast.
Naarmate de lucht in de turbo opwarmt, moesten fabrikanten ook intercoolers installeren om de temperatuur van de lucht die de cilinder binnenkomt te verlagen. Warme lucht heeft een lagere dichtheid dan koude lucht, waardoor de voordelen van een turbocompressor teniet worden gedaan en kan ook schade en voortijdige ontploffing van het brandstof-luchtmengsel worden veroorzaakt.
De meest beruchte tekortkoming van turbocompressor is natuurlijk bekend als lag. Zoals gezegd, moet je accelereren en een uitlaat maken om de turbo een zinvolle boostdruk te laten produceren, wat betekende dat vroege turbo-auto's als een vertraagde schakelaar waren - niets, niets, niets, ALLES.
Verschillende ontwikkelingen in de turbotechnologie hebben de traagste eigenschappen van de vroege Saabs en Porsches met turbocompressor getemd, waaronder verstelbare schoepen in de turbine die bewegen op basis van de uitlaatdruk, en lichtgewicht componenten met lage wrijving om de traagheid te verminderen.
De meest opwindende stap voorwaarts op het gebied van turbocompressie is - althans voorlopig - alleen te vinden in F1-racers, waar een kleine elektromotor de turbo aan het draaien houdt, waardoor de tijd die nodig is om hem op gang te brengen, wordt verkort.
Evenzo dumpt in het World Rally Championship een systeem dat bekend staat als anti-lag het lucht/brandstofmengsel direct in de uitlaat vóór de turbocompressor. Door de hitte van het uitlaatspruitstuk explodeert het, zelfs zonder bougie, waardoor uitlaatgassen ontstaan en de turbocompressor blijft koken.
Maar hoe zit het met turbodiesels?
Als het gaat om turboladers, zijn diesels een speciaal ras. Dit is echt een hand in hand geval, want zonder geforceerde inductie zouden dieselmotoren nooit zo gewoon zijn als ze zijn.
Diesels met natuurlijke aanzuiging kunnen een behoorlijk koppel bij lage toerentallen leveren, maar daar houden hun talenten op. Met geforceerde inductie kunnen diesels echter profiteren van hun koppel en dezelfde voordelen genieten als hun benzine-tegenhangers.
De dieselmotoren zijn door Tonka Tough gebouwd om de enorme belastingen en temperaturen die erin zitten aan te kunnen, wat betekent dat ze gemakkelijk de extra druk van een turbo aankunnen.
Alle dieselmotoren - met natuurlijke aanzuiging en met drukvulling - werken door brandstof in overtollige lucht te verbranden in een zogenaamd arm verbrandingssysteem.
De enige keer dat dieselmotoren met natuurlijke aanzuiging in de buurt komen van het "ideale" lucht/brandstofmengsel, is bij volgas wanneer de brandstofinjectoren wijd open staan.
Omdat dieselbrandstof minder vluchtig is dan benzine, ontstaat er bij verbranding zonder veel lucht een enorme hoeveelheid roet, ook wel dieseldeeltjes genoemd. Door de cilinder met lucht te vullen, kunnen turbodiesels dit probleem vermijden.
Dus hoewel turbocompressor een verbazingwekkende verbetering is voor benzinemotoren, zorgt de echte klap ervoor dat de dieselmotor geen rokerige relikwie wordt. Hoewel "Dieselgate" dit in ieder geval kan veroorzaken.
Wat vindt u van het feit dat turbocompressoren hun weg vinden naar bijna alle vierwielige voertuigen? Vertel het ons in de reacties hieronder.
