TURBOCHARGER BASICS
Een Turbo(charger) kan ruwweg onderverdeeld worden in de volgende drie hoofdgroepen:
- COMPRESSOR
- TURBINE
- LAGERS
COMPRESSOR
De werking van de compressor is te vergelijken met de werking van elke willekeurige centrifugale compressor met het enige verschil dat de Turbine hem aandrijft. Een ander verschil is dat een Turbo over het algemeen veel kleiner is dan een supercharger. Dit heeft alles te maken met de efficiency en het gekozen aandrijf mechanisme van de compressor. Omdat de Turbo veel kleiner is, is er dus ook een hoger toerental nodig om dezelfde opbrangst te genereren.
TURBINE
Het turbinegedeelte van de Turbo werkt op precies dezelfde wijze als het compressor gedeelte maar dan precies contra. De twee belangrijkste onderdelen zijnhet Turbinehuis en het Turbinewiel. Indien de turbo is uitgerust met een intern wastegate dan bevindt zicht dat hier.
Na het openen van de uitlaatklep worden de uitlaatgassen via het uitlaatspruitstuk naar het turbinewiel geleid waar een gedeelte van de kinetische energie wordt omgezet in de roterende beweging van de turbine. Uiteraard is het toerental van de turbine volkomen afhankelijk van de luchtsnelheid van de uitlaatgassen (en dus het toerental van de motor).
LAGERS
Het lagergedeelte van de turbo is verreweg het eest complexe deel. De lagers verbinden de Compressor met de Turbine. Tevens worden hier alle draaiende delen van de turbo gesmeerd en van (koelere)olie voorzien. De thermische- en mechanische belasting van de hoofdwas is bijzonder hoog. Juist om die reden zijn de onderdelen gemaakt van hoogwaardige kwaliteits materialen.
De hoofdas is gemonteerd in druklagers die continu worden gevoed met olie die zowel een smerend als koelend doel heeft. Twee belangrijke innovaties zijn steeds vaker terug te vinden in moderne turbo's:
1- water-, en oliegekoelde kogellagers
2- oliesmering en oliekoeling voor de hele unit
Een kogellager is over het algemeen duurzamer, en efficienter in het overbrengen van kinetische energie op het compressorwiel. Dit draagt zowel bij aan de levernsduur als de performance. Water voert warmte veel beter af dan olie en zorgt dus voor een efficientere stabilisering van de temperatuur in het turbo-huis.
DE BASIS
Hoewel we hier spreken van "basis" is een turbo dat zeer zeker niet. Een turbo is een hoogwaardig en ingewikkeld systeem waarvan elk component van cruciaal belang is voor de werking van het gehele systeem.
Een Turbo bestaat in principe uit de volgende onderdelen:
- Turbo
- Uitlaatsysteem
- Wastegate
- Blow-Off (of Bypass) klep
- Olie aan- en afvoer leidingen
- Intercooler (optioneel)
TURBOCHARGER
De namen zijn exotisch en later veel aan der verbeelding over. U heeft vast wel eens de namen T25, T3/T4 horen vallen. Deze benamingen refereren naar de maat en de potentiele flow van de Turbo. Fabrikanten zoals Garrett brengen hun tubo's onder in families waarbij allen een bepaalde mechansche eigenschap hebben. Over het algemeen kan aangenomen worden dat een hogere typering ook een hogere flow aangeeft. Er zijn ook hybride versies waarbij bijvoorbeeld een Turbine uit een lagere series is geplaatst in een Turbo van een hogere serie met het doel om een hogere flow te genereren bij lagere toeren. Hierdoor wordt dus een combinatie gemaakt die de voordelen van beide systemen in een systeem onderbrengt.
UITLAATSYSTEEM
Om een Turbo te kunnen monteren is een aangepast uitlaatsysteem van essentieel belang. Gewoonlijk wordt gebruik gemaakt van gietijzeren uitlaatspruitstukken en niet zonder reden. Gietijzer kan de de hoge druk en temperatuur van de uitlaatgassen veel beter aan dan de dunwandige (custom-made) uitlaatsystemen. Bovendien is het bijna onmogelijk om een turbo, vanwege het formaat en de hitte, netjes weg te werken. Om kort te gaan is het gebruik van een standaar gietijzeren uitlaatspruitstuk ruim voldoende voor auto's van 400-500hp.
WASTEGATE
In principe is een Turb "zelfvoedend". Dat wil zeggen dat als er meer uitlaatgassen zijn (meer RPM), er automatisch ook meer turbodruk (boost) gegenereerd wordt. het is niet moelijk voor te stellen dat een Turbo zichzelf steeds verder opdraait. Juist om deze reden is de montage van een Wategate essentieel. De Wastegate wordt bediend door een vacuum-signaal vanuit het inlaatspruitstuk. Meer precies de absolute druk in het inlaatspruitstuk. In gelsoten toestand voert de wastegate de uitlaatgassen naar de turbo toe, en in geopende toestand leidt het de overtollige druk af naar buiten. Dit beinvloed direct de toevoer naar de Turbine en de opgewekte boost van de turbine.
Er zijn twee soorten Wastegates: Intern en Extern. Beiden hebben hetzelfde doel maar bereiken dat doel op een verschillende manier. Interne wastegates zijn gemonteerd in de Turbine, en voeren de uitlaatgassen langs het turbinewiel. Een nadeel is dat dit systeem extra turbulentie veroorzaakt waardoor de druk in het uitlaatsysteem onnodig oploopt (vermogensverlies).
het Externe wastegate wordt normaliter gemonteerd voor de Turbo in het uitlaatspruitstuk. Bij het afvoeren van uitlaatgassen wordt een secundaire route gecreeerd die er voor zorgt dat de uitlaatgassen niet door de Turbo gaan en dus de vorming van negatieve turbulentie tegengaat. Ook zijn externe wastegates veel accurater in het controleren van de turbodruk.
BLOW-OFF VALVE:
Een blow-off valve heeft twee grote voordelen. Ten eerste controleert het de maximum druk in de Tubo en ten tweede reguleert het de druk veranderingen in het inlaatspruitstuk. Hoewel de Wastegate de maximumdruk al reguleert is het de Blow-off valve die bijspringt als er grote drukveranderingen (pieken) zijn. In basis is een Blow-off valve een klep met een veer die bij een te grote druk in het inlaatsysteem de druk al voortijdig terugbrengt tot normale niveaus. Dit kan voorkomen bij het schakelen op hoge toeren of rijden met "vol-gas". Dit heeft meerdere voordelen. Door de druk te reguleren in het inlaatspruitstuk zorgt de Vlow-off valve er ook voor dat een te hoge druk de turbo (vanaf de Turbine kant) afremt. Een turbo op hoge toeren zal willen blijven pompen terwijl de druk in het inlaatspruitstuk al te hoog is. Dit kan het inlaatspruitstuk ernstig beschadigen.
INTERCOOLER
Een Intercooler is het meest belangrijke gedeelte van een geblazen systeem en is zijn geld dubbel en dwars waard bij systemen met meer dan 8psi boost. Compressie betekent immers warmte en warme lucht in een motor is niet efficient en zeker niet verstandig. Een geblazen systeem van 8psi kan de inlaattemperatuur wel doen stijgen tot meer dan 200F (94C) met een groot risico op detonatie. Een hogere inlaattemperatuur betekent immers ook een lagere luchtdichtheid.
Juist daarom is het gebruik van een Intercooler raadzaam omdat het de luchttemperatuur terugbrengt tot een aanvaardbaar niveau. Er zijn twee soorten intercoolers, lucht-op-lucht en water-op-lucht.
Lucht-op-Lucht Intercoolers zijn relatief goedkoop en eenvoudig te monteren maar zijn vaak erg groot en moeten op de juiste plaats gemonteerd worden om effectief te zijn. De maximale efficiency die een lucht-op-lucht intercooler haalt is bijna nooit meer dan 80% van de omgevingstemperatuur. Lucht-op-water systemen zijn daarentegen veel compacter maar ook complexer. Het grootste voordeel is efficiency (meer dan 100%). Ook de plaastsing van de intercooler is minder belangrijk dan die van een lucht-op-lucht intercooler al moet er wel een goede aanvoer van gekoelde vloeistof (water) zijn.
