Dieselmotoren hadden ooit de reputatie efficiënt maar traag te zijn. Zeker, ze dronken van brandstof, maar het ontbrak aan urgentie. Deze perceptie is dramatisch veranderd. Wat is de belangrijkste reden? De populariteit van turbocompressoren.
Moderne dieselmotoren worden gekenmerkt door een explosief koppel en een snelle respons. Dit gaat niet slechts over één onderdeel. Directe injectie onder hoge druk speelt een belangrijke rol. De turbocompressor is echter de motor die de motor aandrijft. Interessant genoeg is turbocompressie niet uniek voor dieselmotoren. F1-teams hebben deze jaren gebruikt om meer pk’s uit hun eenheden te persen. De technologie is universeel. De toepassing ervan heeft zich echter sterk ontwikkeld in de auto-industrie.
Mechanisme van gedwongen inductie
Om het belang van een turbocompressor te begrijpen, moet je begrijpen hoe een motor kracht produceert. Het komt door verbranding. Om precies te zijn, wordt een mengsel van brandstof en lucht verbrand. Meer mengsel betekent meer kracht.
Historisch gezien hebben ingenieurs dit op twee manieren bereikt. Ze hebben de cilinder groter gemaakt. Ze hebben cilinders toegevoegd. Hij is voorzien van een V8-motor in plaats van een 4-cilinder lijnmotor. Motor met grote cilinderinhoud. Deze methoden werken. Maar ze voegen gewicht en complexiteit toe.
Er is een derde manier. U kunt meer lucht in de bestaande cilinders persen. Dat is de taak van de turbocompressor.
Motoren met natuurlijke aanzuiging zijn afhankelijk van atmosferische druk om lucht naar binnen te zuigen, terwijl turbomotoren uitlaatgassen gebruiken om lucht aan te zuigen. Dit is een gesloten efficiëntielus. De uitlaatenergie die anders in de atmosfeer zou verdwijnen, wordt opgevangen. Het draait de turbine. De turbine drijft de compressor aan. De compressor perst dichte lucht de verbrandingskamer in.
Een stapsgewijs proces
Wanneer u het proces visualiseert, kunt u gemakkelijk zien hoe het werkt. Dit gebeurt niet bij toverslag. Het gebeurt door een bepaalde reeks fysieke gebeurtenissen.
- Uitlaatgasstroom: Hete uitlaatgassen verlaten de motor en raken de turbinebladen. De druk zorgt ervoor dat de turbine met ongelooflijk hoge snelheden draait.
- Compressie: De turbine is via een as verbonden met het compressorwiel. Terwijl de turbine draait, zuigt de compressor de omringende lucht aan en comprimeert deze.
- Koelen: Het comprimeren van lucht verwarmt het. Hete lucht heeft een lagere dichtheid. Los dit probleem op door de lucht door de intercooler (of intercooler) te leiden. Hierdoor wordt de temperatuur verlaagd. Koelere lucht is dichter. Een hogere luchtdichtheid betekent dat er meer zuurstofmoleculen per kubieke centimeter zijn.
- Vuur: Dichte koude lucht komt de cilinder binnen. Een brandstofinjector injecteert dieselbrandstof in deze onder druk staande omgeving. Het resultaat is een krachtigere explosie.
“Het belangrijkste voordeel is de dichtheid. Door de perslucht te koelen, wordt de beschikbare zuurstof voor verbranding gemaximaliseerd, zonder dat de motor groter wordt.”
Hysteresis overwinnen met variabele geometrie
Vroege turbocompressoren hadden gebreken. Vertraging. Dit is geen softwarefout. Dit is natuurkunde. Bij lage motortoerentallen is de uitlaatgasstroom zwak. Het is niet genoeg om de turbine snel te laten draaien. De bestuurder drukt het gaspedaal in. De motor aarzelt. Dan, plotseling, spoelt de turbo op. De stroom komt laat aan.
Ingenieurs hebben dit probleem opgelost door turbines met variabele geometrie (VGT) te gebruiken. De bladen in het turbinehuis kunnen van hoek veranderen. Bij lage snelheden vernauwen de bladen de uitlaatpijp. Dit verhoogt de snelheid van het gas. Ondanks het lage volume draait de turbine sneller. Bij hoge snelheid gaan de messen open. Dit voorkomt dat de motor verstopt raakt door tegendruk.
Deze technologie elimineert de “dode zone” tussen stationair vermogen en piekvermogen. Het zorgde ervoor dat dieselmotoren sneller reageerden dan ooit tevoren.
BMW’s tweestapsaanpak
Sommige fabrikanten willen verder gaan. BMW introduceerde een variabele dubbele turbocompressor in de 535d. Dit is een tweetrapsopstelling. Het maakt gebruik van twee turbocompressoren van verschillende grootte.
De kleinere turbo spoelt onmiddellijk op bij lage snelheden. Het biedt onmiddellijk koppel en snelle acceleratie voor stadsritten. Het werkt efficiënt in een lager snelheidsbereik, wat moeilijk is bij grotere turbines.
Naarmate het motortoerental en de cilinderinhoud toenemen, wordt een grotere turbocompressor efficiënter. Het voldoet aan de hoge eisen van het rijden op hoge snelheid. Het systeem schakelt naadloos tussen de twee units. Het resultaat zijn sterke prestaties over het hele toerentalbereik. Er is geen vertraging aan de onderkant.
