Turboladdare: Vilka är dess fördelar och vad är turbofördröjning?

En turboladdare, eller kort och gott "turbo" är en anordning som ökar kraften hos en förbränningsmotor genom att tvinga in luft i förbränningskammaren.

Ökningen i effekt kommer från att motorn tar emot många fler syremolekyler från samma luftvolym. Eftersom luften är trycksatt är blandningen mer explosiv, motorn accelererar därmed lättare, och den behöver inte mer bränsle.

Förutom turboladdaren används även en kompressor eller en kombination av en turboladdare och en kompressor för att överladda motorn.

Vad är skillnaden mellan en turboladdare och en kompressor?

Den viktigaste skillnaden mellan en turboladdare och en kompressor är att en kompressor drivs mekaniskt via en rem fäst vid vevaxeln, medan avgaser från motorn driver en turboladdare.

Eftersom kompressorn använder energi från motorn för sin drivning kommer den att ta en del av motorns energi, men i slutändan kommer den att förse den med mer energi. En annan nackdel med kompressorn är dess lägre adiabatiska verkningsgrad jämfört med turboladdaren.

Adiabatisk effektivitet är kompressorns förmåga att komprimera luft utan att tillföra överskottsvärme till luften. Ju lägre lufttemperatur, desto tätare luft, och den innehåller fler syremolekyler. Så kompressorer tillför mer värme till luften än turboladdare, vilket gör dem mindre effektiva.

Turboladdaren drivs som redan nämnt inte mekaniskt utan av avgaser och tar därför inte energi från motorn, vilket är mer effektivt. Jämfört med kompressorn har den dock en nackdel: turbolag.

Vad är turbolag?

Turbofördröjning är tiden mellan begäran om effektökning, d.v.s. nedtryckning av gaspedalen, och kraftstart (turbo-kick-in). I nyare modeller som använder turboladdare kan det vara cirka 1 sekund, men allt beror på turbotypen.

Med andra ord, turbofördröjning är den tid det tar för avgassystemet och turboladdaren att skapa den boost som krävs för att öka effekten. Kompressorer har inte detta problem eftersom de drivs direkt av motorn, och responsen på gasen är därför omedelbar.

Låga motorvarv är INTE turbofördröjning

Ibland förväxlas låga motorvarvtal för turbofördröjning när det gäller bilar som använder manuell växellåda. Om motorvarvtalet är lågt kan det ta flera sekunder att vänta på acceleration efter att gaspedalen trampats ned. Denna fördröjning är dock inte turbolag utan fel växelval.

Turboladdare är beroende av uppbyggnaden av avgastryck för att driva en turbin (propeller), vilket inte kan uppnås vid tomgång eller låga motorvarvtal. När motorn når tillräckligt med varv börjar turbinen rotera på ett sådant sätt att det skapar ett högre insugstryck än det atmosfäriska.

Turboladdaren syftar till att förbättra motorns volymetriska effektivitet genom att öka insugningsluftens densitet, vilket möjliggör mer kraft per motorcykel.

Kommer en större turbo att ge mer kraft?

Storleken och formen på turbinen (den snurrar upp till 300 000 rpm) påverkar vissa av turboladdarens prestandaegenskaper. Turbinens dimensioner avgör också mängden luft som kommer att strömma genom systemet. I allmänhet gäller att ju större turbinen är, desto större luftflödeskapacitet.

Prestandan hos en turboladdare är nära relaterad till dess storlek. Stora turboladdare behöver mer tryck, vilket orsakar turbofördröjning vid låga hastigheter. Små turbos snurrar snabbt men kanske inte har samma kraft vid hög acceleration.

För att effektivt kombinera fördelarna med stora och små turboladdare används dubbla turboladdare eller turboladdare med variabel bladgeometri.

Bi-turbo, Twin-turbo:

Twin-turbo eller Bi-turbo är två turboladdare som arbetar parallellt (tillsammans) eller sekventiellt (separat). I en parallell konfiguration drivs en turboladdare av den ena hälften och den andra av den andra hälften av avgaserna från motorn, och båda arbetar samtidigt. Mindre turbos har mindre turbolag än större turbos, så två små turbos används ofta.

I en sekventiell konfiguration kör en mindre turboladdare vid lågt varvtal och den andra större slås på vid ett högre förutbestämt motorvarvtal. Sekventiella turbos minskar turbofördröjningen men kräver komplexa rör för att mata båda turbos.

Twin-scroll turboladdare:

Denna typ av turboladdare har två kanaler för intag av avgaser i turbindelen. Avgasrör leder båda Twin-Turbo-portarna från cylindrarna så att vakuumet inte tar energi från avgaserna från en cylinder. Däremot har avgasventilen på den andra cylindern ännu inte stängt, men dess inloppsventil har redan börjat öppna.

Om tändningen i cylindrarna är i ordningen 1-3-4-2 kommer cylindrarna 1 och 4 att leda till en kanal och cylindrar 2 och 3 kommer att leda till den andra kanalen. I detta fall kommer det inte att ske någon förlust av avgasenergi eftersom cylinder 3, som skulle ta energi från avgaserna från cylinder 1, inte är ansluten till samma rör.

Nackdelen med twin-scroll-turboladdaren är dess svårighet, men också det faktum att det är nödvändigt att ha ett jämnt antal cylindrar så att avgaserna från samma antal cylindrar strömmar in i varje kanal.

Turboladdare med variabel geometri:

En turboladdare med variabel geometri använder rörliga blad för att justera luftflödet in i turbinen, vilket efterliknar en turboladdare med optimal storlek genom hela kraftkurvan. Resultatet är en turboladdare utan observerbar turbofördröjning.

Vad är Wastegate till för?

Wastegate leder bort avgaserna från turboladdarens turbin. Turbinens hastighet styrs genom att avleda avgaserna. Bypassventilens huvudfunktion är att reglera påfyllningstrycket för att inte skada motorn eller turboladdaren.

Vad är avblåsningsventilen till för?

En avblåsningsventil är en ventil som släpper ut tryck i turboladdade motorer. Denna ventil hjälper till att tömma utrymmet mellan turbon och gasreglaget genom att släppa ut tryckluft i miljön för att minska slitaget på turbon.

När luften släpps ut kommer ett karakteristiskt väsande eller visslande ljud in.

Så varför turbomotorer?

Turboladdning kan öka motoreffekten och minska bränsleförbrukningen, men vissa tillverkare föredrar fortfarande stora bensinmotorer med naturligt sug. Dieselmotorer utan turboladdning tillverkas inte längre numera eftersom de har bristfälliga prestanda jämfört med bensinmotorer.

Se en kort animation av hur en turboladdad motor fungerar: