Vad är en turboladdare och hur fungerar den – en komplett teknisk guide

Intro:

En turboladdare är en effektiv lösning för att öka effekten och bränsleeffektiviteten i en förbränningsmotor. Genom att komprimera luften som går in i förbränningsrummet kan motorn bränna mer bränsle och därigenom producera mer kraft utan att öka motorns storlek. Idag är turboladdare vanligt förekommande hos nästan alla biltillverkare, både i bensin- och dieselmotorer.

I den här guiden går vi igenom hur turbinen fungerar, vilka komponenter den består av och vilka fördelar den har för prestanda.

Skillnader mellan turbomotorer och motorer med naturlig uppsugning

En viktig skillnad mellan en motor som är turbo-belastad och en konventionell bensinmotor med naturlig uppsugning är när och hur luften komprimeras. För dieselmotorer komprimeras luften innan bränslet injiceras, och kompressionen är betydligt högre än i bensinmotorer. För diesel blir turbinen nästan avgörande för prestanda och effektivitet, inte bara en extra kraftkälla.

På bensinmotorer ger turbinen först och främst en betydande effektökning, så att en mindre motor kan ge samma kraft som en större naturlig uppsugning motor. Till exempel kan en turbo 1,5-liters motor producera kraften av en atmosfärisk 2,5-liters motor, samtidigt som fördelarna med en mindre motor görs uppenbara: lägre vikt, bättre vardagsförbrukning och lägre utsläpp.

Denna förbättrade förbränningseffektivitet gör att biltillverkare kan använda “nedskalning” - minska motorstorleken utan att förlora prestanda. En turboladdad mindre motor väger mindre, tar mindre plats i motorutrymmet och kan uppnå en allmän förbättrad bränsleeffektivitet, särskilt i stadskörning där turbinen inte alltid arbetar på full kapacitet.

Hur mycket extra kraft ger en turboladdare

Frågan om hur mycket kraft en turboladdare faktiskt bidrar med är komplex och beror på många tekniska faktorer. Generellt kan en standard turboladdare ge en ökning i kraft mellan 20 och 40 procent jämfört med en identisk motor utan turbo. För sammanhang: om en atmosfärisk motor producerar 100 hk kan motsvarande turbo-version nå 120–140 hk eller mer.

Dock varierar den exakta effekten beroende av flera faktorer:

• Storleken på turbinen: Större turbiner kan komprimera mer luft men kan drabbas av turbo-lag (fördröjning i responsen).
• Överboosttryck: Ju mer luft turbon komprimerar (mätt i bar eller PSI), desto större blir effekten, men så ökar också stressen på motorn.
• Luftkylningssystemet: En effektiv intercooler kyler den komprimerade luften och ökar tätheten, vilket ökar effekten.
• Motorernas kalibrering: ECU:n måste omprogrammeras för att hantera den ökade mängden luft och bränsle korrekt.
• Komponenternas hållbarhet: Pistoner, vevarmar och vevaxel måste klara av ökad belastning.

Förutom den råa kraften, förbättrar turbinen också motorblockens vridmoment (Nm). Detta ökade momentet vid medel- och låga varvtal gör att bilen känns mycket starkare i vardaglig körning, med bättre acceleration och förbättrad omkörningskapacitet.

Hur turboladdaren fungerar – komponenter och principer

Grundläggande struktur

Turbindel (varmhjul): Denna halva är kopplad till avgasystemet. Avgaserna som annars skulle gå ut i avgasröret driver turbinen via sina blad. Dessa gaser färdas i mycket hög hastighet och temperaturer över 900°C, och får bladen att snurra vid hastigheter mellan cirka 80 000 och 200 000 rpm beroende på storlek och typ.

Kompressorns sida (kallhjul): På andra sidan avaxeln sitter kompressorn som suger in luft från omgivningen och komprimerar den. När turbinen roterar axeln roterar kompressorn med samma hastighet, vilket gör att luften dras in och komprimeras innan den når motorn.

Processen steg för steg

1. Avgaserna från motorn: När motorn går pressas de förbrända avgaserna genom avgasventilerna. Dessa gaser är fortfarande mycket varma och under tryck riktas de mot turbinen istället för att slätt förs ut i avgasröret.

2. Rotationen av turbinen: Den kinetiska energin i avgaserna får turbinen att rotera i mycket hög hastighet. Turbinens bladform är optimerad för att få ut maximal energi ur gasflödet. Efter att ha snurrat turbinen fortsätter gaserna till avgasystemet och katalysatorn.

3. Sugning och kompression av luften: Det roterande kopplings-svingen gör att kompressorns blad drar in luft och komprimerar den innan den går till motorn.

4. Diffusion av luften: Kompressorhuset omvandlar den högvarviga och lågt tryck luftströmmen till en högtrycks och låg- hastighets flytning. Denna process kallas diffusion och är avgörande för turbins effektivitet. Den komprimerade luften blir tätare och varmare.

5. Luftkylning (valfritt men rekommenderat): I de flesta moderna system passerar den komprimerade luften sedan genom en intercooler – en värmeväxlare som kyler luften. Kall luft är tätare än varm luft, vilket ytterligare ökar effektiviteten. En intercooler kan sänka lufttemperaturen med cirka 50–70°C.

6. Inträde i motorn: Slutligen pressas den kylda och komprimerade luften in i cylindrarna via inloppsventiler och insugsgaleri. ECU:n känner av den ökade luftmängden och injekerar proportionellt mer bränsle. Den rika luften-bränslemixen producerar en kraftfullare förbränning och ökad effekt.

Smörj- och kylsystem

Axeln till turbinsidan roterar så snabbt att smörjning är nödvändig för att undvika friktion som kan förstöra lagerna inom några sekunder. Därför är turbokompressorn ansluten till motoroljeförsörjningen via en separat oljeförsörjningsledning. Tryckoljan bildar ett lager runt axeln och tillåter nästan fri rotation.

Dessutom hjälper oljan till att kyla de interna turbindelarna som blir extremt varma. Vissa moderna turbiner har även kylning via motorens kylarvätska, vilket förbättrar livslängden och möjliggör högre överboost.

Fördelar och tekniska överväganden

Fördelar med turboadning

• Ökad kraft utan ökad motorstorlek: Det mest uppenbara fördelen – mer kraft från samma motor.
• Förbättrad effektivitet: Mindre turbomatade motorer kan vara mer effektiva än större atmosfäriska motorer.
• Utsläppsminskning: Mindre motorer ger generellt lägre utsläpp under normala körförhållanden.
• Ökat moment vid låga varvtal: Nyttigt i trafik och för omkörningar.
• Lägre vikt: Mindre motor = lättare bil = bättre dynamik.

Underhållsöverväganden

Turboladdare är i allmänhet tillförlitliga, men kräver följande underhållsprinciper:

• Byt olja vid rekommenderade intervall med högkvalitativ olja.
• Låt motorn gå på tomgång 30–60 sekunder före avstängning efter körning med hög belastning.
• Använd rekommenderat bränsle (rätt oktantal).
• Kontrollera och byt luftfiltret enligt schemat.

Att negligerar dessa aspekter kan leda till för tidig turbin-slitage, och kostnaden för att byta en turboladdare kan ligga mellan 5 000 och 15 000 kronor beroende på modell och märke.

Sammanfattningsvis är turboladdaren ett av de mest effektiva sätten att öka kraften och effektiviteten i en förbränningsmotor, när den används och underhålls korrekt. Med rätt underhåll och användning kan en turboladdare fungera utan problem under hela fordonets livslängd.