Hvad er en turbolader og hvordan virker den

Et turbolader er en af de mest effektive enheder til at øge kraft og effektivitet i en intern forbrændingsmotor. Ved at komprimere luften, der kommer ind i forbrændingsrummene, giver turboen motoren mulighed for at forbrænde mere brændstof og dermed producere mere kraft uden at øge motorens størrelse. Mens turboladere tidligere blev betragtet som specialudstyr, inkluderer næsten alle bilproducenter i dag dem i deres motorudbud, både til benzin og diesel.

Hvad er en turbolader

Et turbolader, også kaldet turbo-supercharger eller bare turbo, er en forced induction-enhed drevet af en turbine, som øger kraften i en intern forbrændingsmotor ved at tvinge komprimér luft ind i forbrændingskamrene. I modsætning til en naturligt aspireret motor, der kun er afhængig af atmosfærisk tryk for at få luft i cylindrene, bruger turboladeren energi fra udstødningsgasserne til at komprimere indtaget luft.

Princippet bag ved er simpelt: jo mere luft du indfører i motoren, desto mere brændstof kan du forbrænde, og dermed bliver der mere kraft. Bilens on-board computer beregner konstant og præcist det nødvendige blandingsforhold af luft og brændstof, der skal nå forbrændingskamrene for at opnå den ønskede ydeevne. Men hver motor er begrænset af indsugningssystemet og mængden af luft, der naturligt kan nå cylindrene.

Turboladeren løser denne grundlæggende begrænsning ved at komprimere luften, inden den når motoren. Når luften er komprimeret, binder iltmolekylerne sig tættere, og det samme rum indeholder mange flere iltmolekyler. Det betyder, at du kan få mere luft ind i en given plads, eller mere luft i samme rum – præcis det, som turbinen leverer.

Forskelle mellem turboopladede motorer og naturligt aspirerede motorer

En væsentlig forskel mellem en dieselmotor, der er turboopladet, og en benzinmotor med naturlig aspirering, er tidspunktet og måden, luften komprimeres på. I dieselmotorer komprimeres luften før brændstoffet sprøjtes ind, og kompressionsforholdet er betydeligt højere end ved benzinmotorer. For en diesel bliver turboladeren praktisk talt en nødvendighed for ydeevne og effektivitet, ikke bare et ekstra for kraft.

Ved benzinmotorer giver turboen primært en betydelig kraftforøgelse, hvilket gør en mindre motor i stand til at levere den samme kraft som en større naturligt aspireret motor. For eksempel kan en 1,5-liters turbo motor levere kreft fra en atmosfærisk motor på 2,5 liter, samtidig med at fordelene ved en mindre motor bevares: lavere vægt, lavere forbrug i normal kørsel og lavere udstødningsemissioner.

Denne forbedrede forbrændingseffektivitet giver bilproducenterne mulighed for at praktisere downsizing – at reducere motorstørrelsen, samtidig med at ydeevnen opretholdes eller endda øges. En mindre turboopladet motor vejer mindre, optager mindre plads i motorrummet og kan opnå en generel brændstoføkonomi, særligt i bykørsel, hvor turboen ikke er konstant belastet til fuld kapacitet.

Læs også

Nitrogen og luft i dæk: en komplet guide til det optimale valg

Lånt fra motorsportens verden er nitrogen i dæk blevet et stadig mere populært valg for almindelige biler. Selvom tryklu...

Hvor meget ekstra effekt giver en turbolader

Spørgsmålet om, hvor meget effekt en turbolader faktisk tilføjer, er komplekst og afhænger af mange tekniske faktorer. Generelt kan en standard turbolader give en effektstigning på mellem 20 og 40 procent i forhold til en identisk motor uden turbo.

For kontekst, hvis en atmosfærisk motor producerer 100 hk, kan den turbobladede version af den samme motor nå op på 120-140 hk, eller endnu mere.

Dog varierer den nøjagtige effektforøgelse afhængigt af flere faktorer:

• Størrelsen på turboladeren: Større turbiner kan komprimere mere luft, men kan give turbo lag (forsinkelse i responsen)
• Superbelastningstrykket: Jo mere luft turbinen komprimerer (målt i bar eller PSI), jo større bliver kraften, men også belastningen på motoren
• Kølesystemet til luften: En effektiv intercooler køler komprimeret luft, hvilket øger dens densitet og dermed kraften
• Motorens kalibrering: ECU’en skal omprogrammeres for korrekt at håndtere den ekstra luft og brændstof
• Komponenternes holdbarhed: Stempler, forbindelsesstænger og krumtap skal kunne tåle den ekstra kraft og tryk

Udover den rå kraft målt i hestekræfter (hp) forbedrer turbinen også motorens moment (Nm). Det øgede moment ved mellem- og lave omdrejninger får bilen til at føles stærkere i daglig kørsel og giver bedre acceleration og overhalingskapacitet.

Læs også

Luft i bremsesystemet: årsager, symptomer og løsninger

Det moderne bremsesystem er hydraulisk og bygger på Pascals princip: tryk på en lukket væske bliver forbundet ens i alle...

Hvordan fungerer en turbolader – komponenter og principper

Grundlæggende struktur

Et turbolader består af to hoveddele forbundet med en aksel af højstyrke vældig støbt stål:

Turbinedel (varm hjul): Dette halvdel er forbundet med udstødningssystemet. Varme og højtryk udstødningsgasser drejer turbinehjul og får det til at rotere ekstremt hurtigt. Rotationshastighederne ligger typisk mellem 80.000 og 200.000 rpm, afhængigt af størrelse og type.

Kompressordel (koldt hjul): På den anden side af akslen findes kompressorhjulet, som suger luft fra omgivelsesluften og komprimerer den. Når turbinen drejer akslen, roterer kompressorhjulet med samme hastighed og kræver luft og komprimerer den, før den sendes til motoren.

Drift i trin-for-trin

1. Udstødningsgasserne: Når motoren kører, skubber stemplerne forbrændte udstødningsgasser gennem udstødningsventilerne. Disse gasser, stadig meget varme og under tryk, dirigeres mod turbinen i stedet for direkte ud gennem udstødningsrøret.

2. Turbinehjulets rotation: Den kinetiske energi i udstødningsgasserne rammer turbineblades og får den til at dreje sig med meget høje hastigheder. Bladene er designet til at udvinde maks energi fra gasstrømmen. Når gasserne får turbinen til at dreje, fortsætter de videre til udstødningssystemet og katalysatoren.

3. Luftindtag og kompression: Turbinen er forbundet solidt med kompressoren via en aksel, og de roterer ved samme hastighed. Denne højhastighedsskrotning skaber vacuums, som trækker luft ind gennem luftfilteret og komprimerer den til høje hastigheder.

4. Luftens diffusion: Kompressorhuset er specielt udformet til at omdanne strømmen af højhastighed og lavtryks luft til en højtryks og lavhastigheds strøm. Dette kaldes diffusion og er afgørende for turbinens effektivitet. Den komprimerede luft bliver mere tæt og varm.

5. Luftkøling (valgfri, anbefalet): I de fleste moderne systemer passerer den komprimerede luft gennem en intercooler – et varmeveksler, der køler luften. Den kolde luft er mere tæt end varm luft, hvilket yderligere forbedrer effektiviteten. En intercooler kan sænke lufttemperaturen med 50-70°C.

6. Indtag til motoren: Slutligt bliver den komprimerede og afkølede luft skudt ind i motorens cylindre gennem indsugningsmanchetten og indsugningskanalerne. ECU’en registrerer den øgede luftmængde og injector mere brændstof i forhold til det normale. Den rige luft-brændstof-blanding giver en stærkere forbrænding og dermed mere kraft.

Smøring og køling

Turbineakslen roterer så hurtigt, at friktion ville ødelægge lejerne inden for få sekunder uden ordentlig smøring. Derfor er turboladeren forbundet til motorens smøresystem via en dedikeret olierinfravægsledning. Trykolie danner en film omkring akslen og gør, at den drejer næsten uden metal-til-metal friktion.

Desuden hjælper olien med at køle de indre komponenter af turbinen, som når ekstreme temperaturer. Nogle moderne turbiner har også vandkøling fra motoren, hvilket forbedrer levetiden og muliggør højere suprarelsesniveauer.

Fordele ved turboladning og vedligeholdelsesmæssige overvejelser

Fordelene ved turboladning

• Kraftforøgelse uden større motorstørrelse: Den mest åbenlyse fordel – mere kraft fra den samme motor
• Forbedret effektivitet: Mindre turbo-opladede motorer kan være mere effektive end store atmosfæriske motorer
• Nedsatte emissioner: Mindre motorer betyder lavere emissioner under normale kørselsforhold
• Øget drejningsmoment ved lave omdrejninger: Mere trækkraft i bykørsel og ved overhalinger
• Nedsat vægt: Mindre motor = lettere bil = bedre dynamik

Vedligeholdelsesovervejelser

Turboopladede motorer er ret pålidelige, men kræver overholdelse af visse vedligeholdelsesregler:

• Skift olie til de anbefalede intervaller med høj kvalitet olie
• Lad motoren køre i tomgang i 30-60 sekunder efter længere kørsler, inden du slukker
• Brug det anbefalede brændstof (korrekt oktantal)
• Tjek og udskift luftfilter efter programmet

Oversete af disse forhold kan føre til for tidlig slid på turbinen, og udskiftning af en turbolader kan koste mellem 5.000 og 15.000 lei, afhængigt af model og bilmærke.

I konklusion er turboladeren en af de mest effektive måder at øge kraft og effektivitet i en forbrændingsmotor ved at omdanne residual energi fra udstødningsgasserne til nyttig kraft. Med ordentlig vedligeholdelse og korrekt anvendelse kan en turbolader fungere fejlfrit gennem hele køretøjets levetid.

Konklusion