Hoe de turbocharger boost werkt

Kort samengevat: De laaddruk van een turbolader (turbo boost) is de extra luchtdruk die de turbo in het inlaatsysteem van de motor opbouwt. De uitlaatgassen drijven een turbinewiel aan, dat op zijn beurt een compressorwiel laat draaien om de aangezogen lucht samen te persen. Hierdoor komt er meer zuurstof in de cilinders, waardoor de motor meer vermogen en koppel kan leveren. De laaddruk wordt geregeld door systemen zoals de wastegate, variabele turbinegeometrie en de motorregeleenheid (ECU). Recirculatiekleppen (bypass) en afblaasventielen (blow-off) helpen daarnaast om de druk te beheersen wanneer de stand van de gasklep snel verandert.

Wat is de laaddruk van een turbo en hoe wordt deze opgebouwd?

De laaddruk is de druk die een turbolader opbouwt boven de omgevingsdruk. Hierdoor kan de motor meer lucht ontvangen dan de cilinders normaal gesproken alleen door de beweging van de zuigers en de atmosferische druk zouden kunnen aanzuigen.

Een conventionele turbolader bestaat uit twee belangrijke wielen die via een gemeenschappelijke as met elkaar verbonden zijn. Het turbinewiel bevindt zich aan de uitlaatzijde, die vaak de warme kant van de turbo wordt genoemd. Het compressorwiel bevindt zich aan de inlaatzijde, ook wel bekend als de koude kant.

Het opbouwen van de laaddruk verloopt in vijf stappen:

1. Energie van de uitlaatgassen: De hete uitlaatgassen verlaten de motor, stromen het turbinehuis binnen en brengen het turbinewiel in beweging.
2. Rotatie van de as: Het draaiende turbinewiel brengt de mechanische rotatie-energie via de gemeenschappelijke as over op het compressorwiel.
3. Compressie van de lucht: Het compressorwiel zuigt verse lucht aan en versnelt de luchtstroom. In het compressorhuis wordt een deel van de bewegingsenergie van de lucht omgezet in druk.
4. Luchttoevoer naar de motor: De samengeperste lucht stroomt via het inlaatsysteem naar de cilinders. Bij veel turbomotoren passeert de lucht eerst een intercooler, ook wel inlaatluchtkoeler of laadluchtkoeler genoemd, die de temperatuur van de gecomprimeerde lucht verlaagt.
5. Hogere motorprestaties: Door de grotere hoeveelheid beschikbare zuurstof kan het motormanagement een passende hoeveelheid brandstof inspuiten. Hierdoor kan de motor meer vermogen en koppel ontwikkelen.

In tegenstelling tot een atmosferische motor, waarbij de cilindervulling voornamelijk afhankelijk is van de atmosferische druk, kan een turbomotor lucht ontvangen met een druk die hoger is dan de omgevingsdruk. Dit wordt positieve laaddruk of overdruk genoemd.

Hoe wordt de laaddruk van een turbo gemeten? De druk wordt meestal uitgedrukt in bar of PSI (pounds per square inch). Wanneer een laaddrukmeter een overdruk van 1 bar aangeeft, betekent dit dat de druk in het inlaatsysteem ongeveer 1 bar hoger ligt dan de atmosferische druk in de omgeving. De absolute druk omvat ook de atmosferische druk. Daarom is het belangrijk om bij het interpreteren van meetwaarden onderscheid te maken tussen overdruk en absolute druk.

De benodigde laaddruk hangt af van het motorontwerp, de bedrijfsomstandigheden, de motorbelasting en de technische specificaties van de fabrikant. Een hogere laaddruk betekent niet automatisch betere prestaties, omdat zowel de motor als de turbolader ontworpen moeten zijn om veilig bij de betreffende druk te functioneren.

Waarom is de laaddruk van een turbolader belangrijk?

Turbolading maakt het mogelijk om de motorprestaties te verbeteren zonder dat de cilinderinhoud noodzakelijkerwijs vergroot hoeft te worden. Door samengeperste lucht naar de cilinders te voeren, kan een turbolader helpen om meer vermogen uit een relatief compacte motor te halen.

De belangrijkste voordelen van turbolading zijn:

• Meer vermogen en koppel: Een grotere hoeveelheid zuurstof in de cilinders maakt het mogelijk om meer brandstof te verbranden en het potentiële motorvermogen te verhogen.
• Mogelijk lager brandstofverbruik: Turbolading maakt het mogelijk om motoren met een kleinere cilinderinhoud te gebruiken die onder geschikte rijomstandigheden de benodigde prestaties leveren met een lager brandstofverbruik.
• Mogelijk lagere CO2-uitstoot: In combinatie met een efficiënt motorontwerp en geschikte bedrijfsomstandigheden kan turbolading bijdragen aan een lager brandstofverbruik en daarmee aan een vermindering van de CO2-uitstoot.

Een van de belangrijkste voordelen van deze technologie is dat een turbomotor met een kleinere cilinderinhoud vermogen en koppel kan leveren die vergelijkbaar zijn met die van een grotere atmosferische motor. Moderne turbosystemen kunnen bovendien al bij relatief lage toerentallen een hoog koppel leveren, wat zorgt voor betere acceleratie, meer trekkracht en een prettigere rijervaring.

Een turbolader garandeert echter niet automatisch een lager brandstofverbruik of minder uitstoot. Krachtig accelereren, langdurig rijden met een hoge laaddruk en een zware motorbelasting kunnen het brandstofverbruik aanzienlijk verhogen. De werkelijke efficiëntie hangt af van het motorontwerp, de eigenschappen van de turbo, het voertuiggewicht en de rijomstandigheden.

Hoe wordt de laaddruk van een turbolader geregeld?

De laaddruk moet worden geregeld om een te hoge druk te voorkomen en een efficiënte werking van de motor te garanderen. Zonder een geschikt regelsysteem zou de turbolader een druk kunnen opbouwen die hoger is dan de toegestane waarden voor de motor of de onderdelen van het turbosysteem.

Moderne turbomotoren gebruiken verschillende regelmechanismen. Hun functies verschillen afhankelijk van de vraag of ze de energie van de uitlaatgassen, de druk van de inlaatlucht of de algemene bedrijfsparameters van de motor regelen.

Wastegate: laaddrukregeling via de uitlaatgassen

Een wastegate is een bypassklep voor uitlaatgassen die de laaddruk regelt door een deel van de uitlaatgassen langs het turbinewiel te leiden. Hierdoor wordt de energie die aan de turbine wordt overgedragen verminderd, zodat de draaisnelheid van de turbolader en de opgebouwde laaddruk kunnen worden geregeld.

Wanneer de wastegate opent, wordt een deel van de uitlaatgassen om het turbinewiel heen geleid in plaats van erdoorheen. Bij normale personenauto's worden deze uitlaatgassen doorgaans weer in het uitlaatsysteem achter de turbine geleid, in plaats van rechtstreeks naar de atmosfeer afgevoerd.

Er bestaan twee belangrijke soorten wastegates:

• Interne wastegate (internal wastegate): Een bypassklep die rechtstreeks in het turbinehuis van de turbolader is geïntegreerd. Deze constructie wordt veel toegepast in seriegeproduceerde auto's.
• Externe wastegate (external wastegate): Een afzonderlijke klep die in het uitlaatsysteem wordt gemonteerd. Deze wordt vaak gebruikt bij sportieve toepassingen en systemen waarvoor specifieke eigenschappen van de uitlaatgasregeling vereist zijn.

Afhankelijk van het ontwerp van de turbolader kan de wastegate worden bediend door een pneumatische of elektronische actuator, ook wel wastegate-actuator genoemd. De actuator regelt de stand van de klep en bepaalt welk deel van de uitlaatgassen langs het turbinewiel wordt geleid.

Belangrijk: De wastegate regelt de laaddruk indirect door de energie te beïnvloeden die de turbine aandrijft. De wastegate is normaal gesproken niet bedoeld om samengeperste lucht uit het inlaatsysteem af te voeren.

Bypass en blow-off: drukregeling in het inlaatsysteem

Bypasskleppen en blow-off-ventielen helpen om overtollige samengeperste lucht af te voeren wanneer de gasklep sluit of de luchtbehoefte van de motor snel afneemt. Deze onderdelen zijn vooral belangrijk bij turbobenzinemotoren die zijn uitgerust met een gasklep.

Wanneer de bestuurder het gaspedaal loslaat, kan de gasklep zeer snel sluiten. Het compressorwiel van de turbolader blijft echter door zijn traagheid nog enige tijd doordraaien.

Als de samengeperste lucht niet langer vrij naar de motor kan stromen, kan de druk tussen de compressoruitgang en de gesloten gasklep oplopen. Onder bepaalde omstandigheden kan dit leiden tot compressorpompen (compressor surge), een verschijnsel waarbij de luchtstroom door de compressor instabiel wordt en extra belasting op de turbolader kan veroorzaken.

Drukontlastings- en recirculatiekleppen helpen dit risico te verminderen door de samengeperste lucht een alternatieve stromingsroute te bieden.

Er worden doorgaans twee oplossingen gebruikt:

• Blow-off-ventiel (BOV), ook wel afblaasventiel genoemd: Laat bij het openen de overtollige samengeperste lucht uit het inlaatsysteem rechtstreeks ontsnappen naar de atmosfeer. Deze ventielen worden vaak gebruikt bij sportauto's en aangepaste turbosystemen.
• Bypassklep of recirculatieklep (recirculation valve): Leidt de overtollige samengeperste lucht terug naar de inlaat van de compressor in plaats van deze naar de atmosfeer af te voeren. Deze oplossing wordt veel toegepast in seriegeproduceerde auto's.

Beide systemen vervullen een vergelijkbare functie bij het regelen van de druk, maar verschillen in de bestemming van de afgevoerde lucht.

Wat is het verschil tussen een wastegate en een blow-off-ventiel? De wastegate werkt aan de uitlaatzijde van de turbolader en regelt de energie die de turbine aandrijft. Het blow-off-ventiel of de bypassklep werkt aan de inlaatzijde en helpt overtollige samengeperste lucht af te voeren wanneer de luchtbehoefte van de motor snel verandert.

Niet iedere turbomotor gebruikt een conventioneel blow-off-ventiel of een bypassklep. Welke oplossing nodig is, hangt af van het motorontwerp, de werking van de gasklep en de opbouw van het turbosysteem.

ECU: elektronische regeling van de laaddruk

De motorregeleenheid (ECU) regelt de laaddruk op basis van het motortoerental, de belasting, de temperatuur en andere bedrijfsparameters. De ECU gebruikt informatie van verschillende sensoren om de benodigde laaddruk te bepalen en de regelmechanismen van de turbolader aan te sturen.

Afhankelijk van de configuratie kan de ECU de volgende onderdelen en functies aansturen:

• Wastegate-actuator: Regelt hoeveel uitlaatgassen langs het turbinewiel worden geleid.
• Variabele turbinegeometrie (VGT/VNT): Verandert de stand van de verstelbare leischoepen om de uitlaatgasstroom en de reactie van de turbine te regelen.
• Laaddrukregeling: Vergelijkt de daadwerkelijk gemeten laaddruk met de gewenste druk die door het motormanagement is vastgesteld.
• Motorbeveiligingsfuncties: Kunnen de laaddruk of het motorvermogen beperken wanneer afwijkende bedrijfsomstandigheden of gerelateerde storingen worden gedetecteerd.

Bij een turbolader met variabele turbinegeometrie veranderen de verstelbare leischoepen de effectieve doorstroomopening voor de uitlaatgassen in de turbine. Hierdoor kan de turbolader sneller reageren bij lage motortoerentallen en kan de werking van de turbine beter worden geregeld wanneer de motorbelasting toeneemt.

Elektronische laaddrukregeling stelt moderne motoren in staat om onder verschillende rijomstandigheden een geschikte druk aan te houden. Tegelijkertijd helpt deze regeling de motor en turbolader te beschermen tegen overmatige belasting.

Wat gebeurt er als de laaddruk van de turbo niet correct is?

Een onjuiste laaddruk kan invloed hebben op het motorvermogen, het brandstofverbruik en de betrouwbaarheid. De symptomen verschillen afhankelijk van de vraag of de turbolader onvoldoende druk opbouwt (underboost) of een hogere druk produceert dan door de fabrikant is voorgeschreven (overboost).

De meest voorkomende symptomen van problemen met de laaddruk zijn:

• Vermogensverlies: Een te lage laaddruk kan de hoeveelheid lucht die de cilinders bereikt verminderen, waardoor de acceleratie en motorprestaties achteruitgaan.
• Onregelmatige acceleratie: Problemen met de laaddrukregeling kunnen leiden tot haperingen tijdens het accelereren, schokken of een onregelmatige vermogensafgifte.
• Hoger brandstofverbruik: Bepaalde storingen in het laaddrukregelsysteem kunnen het motorrendement verminderen en het brandstofverbruik verhogen.
• Brandend motorstoringslampje: Moderne motormanagementsystemen kunnen afwijkingen tussen de gevraagde en werkelijke laaddruk detecteren en bijbehorende foutcodes opslaan.
• Noodloopmodus: Sommige voertuigen activeren een beveiligingsmodus met beperkt motorvermogen wanneer een afwijkende laaddruk of een gerelateerde storing wordt vastgesteld.

Mogelijke oorzaken zijn defecten aan de wastegate of de actuator, vastzittende leischoepen van de variabele turbinegeometrie, lekkages in het laadluchtsysteem, beschadigde turboslangen, defecte druksensoren of andere problemen met de elektronische motorregeling.

Belangrijk: Een te lage laaddruk betekent niet noodzakelijk dat de turbolader zelf defect is. Voordat onderdelen worden vervangen, is het belangrijk om een goede diagnose uit te voeren en de werkelijke oorzaak van het probleem vast te stellen.

Als uw auto problemen heeft met de laaddruk en de turbolader vervangen moet worden, kan BR Turbo u helpen een geschikte vervangende turbo te vinden. De juiste turbolader moet worden geselecteerd op basis van de technische motorgegevens en het originele onderdeelnummer van de turbo.

Veelgestelde vragen over de laaddruk van een turbo

Wat is de laaddruk van een turbolader?

De laaddruk, ook wel turbodruk of turbo boost genoemd, is de extra druk die de turbolader in het inlaatsysteem van de motor produceert ten opzichte van de atmosferische druk. Door de lucht samen te persen, vergroot de turbolader de hoeveelheid zuurstof die de cilinders bereikt. Hierdoor kunnen het motorvermogen en het koppel toenemen wanneer de brandstoftoevoer daarop wordt afgestemd.

Hoe bouwt een turbolader laaddruk op?

De uitlaatgassen drijven het turbinewiel van de turbolader aan, dat via een gemeenschappelijke as het compressorwiel laat draaien. De compressor zuigt verse lucht aan, verhoogt de druk en voert de lucht naar het inlaatsysteem van de motor. Op deze manier wordt de laaddruk opgebouwd.

Wat regelt de laaddruk van een turbo?

De laaddruk wordt geregeld door verschillende mechanismen, waaronder de wastegate, variabele turbinegeometrie en elektronische actuatoren. De motorregeleenheid (ECU) coördineert hun werking met behulp van sensorgegevens om onder verschillende bedrijfsomstandigheden de benodigde laaddruk te handhaven.

Wat is het verschil tussen een wastegate en een blow-off-ventiel?

De wastegate regelt de draaisnelheid van de turbolader en de laaddruk door een deel van de uitlaatgassen langs het turbinewiel te leiden. Een blow-off-ventiel voert overtollige samengeperste lucht uit het inlaatsysteem af, meestal wanneer de gasklep snel sluit. Deze onderdelen werken aan verschillende zijden van de turbolader en hebben verschillende functies.

Wat is een normale laaddruk voor een turbo?

Er bestaat geen universele normale laaddruk die voor alle turbomotoren geldt. De juiste druk hangt af van het motorontwerp, de turbolader, de bedrijfsomstandigheden en de specificaties van de fabrikant. De laaddruk wordt meestal uitgedrukt in bar of PSI. Bij het beoordelen van meetwaarden is het belangrijk om te weten of het om overdruk of absolute druk gaat.

Wat zijn de symptomen van een te lage laaddruk?

Veelvoorkomende symptomen van onvoldoende laaddruk zijn vermogensverlies, slechte acceleratie, een trage reactie op het gaspedaal en bij sommige voertuigen een brandend motorstoringslampje of een geactiveerde noodloopmodus. Mogelijke oorzaken zijn lekkages in het laadluchtsysteem, defecten aan de wastegate of actuator, kapotte sensoren en schade aan de turbolader.

Kan turbolading het brandstofverbruik verminderen?

Turbolading kan bijdragen aan een lager brandstofverbruik wanneer deze wordt gecombineerd met een geschikt motorontwerp en een kleinere cilinderinhoud. Een hoge laaddruk en krachtig accelereren kunnen het brandstofverbruik echter verhogen. De daadwerkelijke efficiëntie hangt af van het motorontwerp en de bedrijfsomstandigheden.

Kan een te hoge laaddruk de motor beschadigen?

Ja. Een laaddruk boven de door de fabrikant vastgestelde grenzen kan de mechanische en thermische belasting verhogen en schade veroorzaken aan onderdelen van de motor of turbolader. Moderne systemen voor laaddrukregeling en motorbeveiliging helpen dit risico te beperken, maar storingen of verkeerd uitgevoerde aanpassingen kunnen nog steeds een te hoge druk veroorzaken.

Bij BR Turbo vindt u een uitgebreid assortiment nieuwe en gereviseerde turboladers voor verschillende automerken en modellen. Of u nu een defecte turbo wilt vervangen of een geschikte turbolader voor uw motor zoekt, onze productcatalogus helpt u bij het vinden van de juiste oplossing.