Turbo handboek - Turbo's Hoet

2. gescHiedenis van de TUrbO
De turbo bestaat ongeveer net zo lang als de
verbrandingsmotor. Al in 1885 en 1896 deden
Gottlieb Daimler en Rudolf Diesel onderzoek
naar nieuwe mogelijkheden om het vermogen te
vergroten en het brandstofverbruik te verminderen
door het inbrengen van gecomprimeerde
lucht.
Het was de Zwitser Alfred J. Büchli die in 1905 het principe van de
uitlaatgascompressor of turbo ontwikkelde en vastlegde. Hij bereikte
een vermogenswinst van 40 procent en daarmee werd de turbo
officieel geïntroduceerd in de auto-industrie.
In 1938 produceerde fabrikant Swiss Machine Works Saurer de eerste
turbomotor voor een truck. In 1961 introduceerde de Zweedse truckfabrikant
Scania de eerste standaard ingebouwde turbomotor. In die tijd
was dit een behoorlijk revolutionaire stap, omdat bij andere merken de
turbo’s nog niet echt betrouwbaar waren gebleken. Een jaar later
volgde de turbo voor personenauto’s. Vanwege hun onbetrouwbaarheid
werden ze echter al weer snel van de markt gehaald.
In de jaren zeventig deed de turbo zijn intrede in de autosport.
Met name in de Formule 1 werd de turbomotor erg gewild en mede
daardoor raakte de term ‘turbo’ ingeburgerd bij het grote publiek.
Autofabrikanten speelden hierop in door hun topmodellen met turbo
aan te bieden. Toch was er iets te vroeg gejuichd, want de eerste
commerciële turbo’s waren nog niet erg zuinig in het gebruik.
Bovendien vonden veel rijders het ‘turbogat’ – de korte vertraging
bij het gas geven – te groot.
Het grote moment voor de turbomotor voor trucks brak aan in 1973,
net na de eerste oliecrisis. Vanaf dat moment begon de turbo aan een
opmars die voortduurt tot op de dag van vandaag. Eind jaren tachtig
zorgde het toenemende milieubewustzijn voor strenger wordende
emissie-eisen. Dat had weer tot resultaat dat er veel vrachtwagens met
turbomotoren werden uitgevoerd. Momenteel is het zelfs zo dat
praktisch alle truckmotoren met een turbo zijn uitgevoerd.
De echte doorbraak voor turbomotoren in personenauto’s was in 1978,
het jaar van de introductie van de Mercedes Benz 300 TD (foto 2.1). In
1981 volgde de VW Golf turbo diesel. Dit was een belangrijke mijlpaal,
want voor het eerst leverde een dieselmotor (met turbo) bijna net zo
veel vermogen als een benzinemotor zonder turbo, waarbij ook nog
eens de uitstoot van schadelijke stoffen sterkwas verminderd.
2.1 Mercedes 3.0 liter Turbo Diesel
3. TecHniek
Elke motor levert een bepaald vermogen. In een
verbrandingsmotor wordt dat vermogen geleverd
door een combinatie van brandstof, zuurstof en de
ontbrandingstemperatuur. Door elk van deze drie
factoren te veranderen, verandert het vermogen
van de motor.
Willen we, bij een gelijkblijvende temperatuur, meer vermogen, dan
zal er meer brandstof en zuurstof moeten worden aangevoerd.
Dat vraagt om meer cilinderinhoud en dat maakt een motor groter,
zwaarder en duurder. Natuurlijk kan ook de snelheid van de aanvoer
van brandstof en zuurstof worden verhoogd, waardoor het toerental
toeneemt. Dat heeft echter weer als nadeel dat de motoronderdelen
sneller slijten.
Drukvulling
Het motorvermogen kan worden vergroot door de lucht, benodigd
voor de verbranding in de motor, samen te persen voor intrede in
de motor. Deze samengeperste lucht kan op meerdere manieren
worden aangeleverd: door pulsdrukvulling, door uitlaatgasdrukvulling
(turbocharging), mechanische drukvulling (supercharging) of door
registerdrukvulling (turbocharging).
Pulsdrukvulling
Pulsdrukvulling krijgt het benodigde drukvermogen uit de uitlaatgassen,
maar er is tevens een mechanische aandrijving tussen de
motor en de drukvulling. Deze vorm van drukvulling wordt vandaag
de dag weinig meer toegepast.
Mechanische drukvulling
Bij supercharging of mechanische drukvulling komt het benodigde
drukvermogen van de krukas, de mechanische verbinding tussen de
motor en de drukvulling. Er bestaan types mechanische drukvulling
zonder en met inwendige compressie. Eén van de meest gebruikte
types compressoren zonder inwendige compressie is de Roots-
compressor, die zijn naam dankt aan de gebroeders Roots. Dit type
compressor – dat door Mercedes verder is ontwikkeld – fungeert als
een pomp: als de compressor meer lucht levert dan de motor zelf kan
aanzuigen, ontstaat een overdruk in de inlaat. De spiraalcompressor
– ook wel ‘G-Lader’ genoemd – is een voorbeeld van een compressor
die wel gebruik maakt van inwendige compressie. Volkswagen heeft
hier in het verleden gebruik van gemaakt. Vanwege de hoge kosten is
de productie van dit type inmiddels stilgelegd.
Uitlaatgasdrukvulling
Turbo’s met uitlaatgasdrukvulling werken volgens het principe
van constante druk. De turbocharger is eigenlijk niets anders dan
een door de uitlaatgassen aangedreven compressor. De turbine
wordt in gang gebracht door de energie die aanwezig is in de
uitlaatgas sen. Hoe meer energie in de uitlaatgassen, hoe meer toeren
de turbine maakt.
Registerdrukvulling
Eén van de nieuwste ontwikkelingen op turbogebied is het registerdrukvullingsysteem.
Hierbij start het turboproces met een kleine
turbo, waarna een grote turbo de luchttoevoer naar de motor
overneemt. Het resultaat is een dieselmotor met 20 procent meer
vermogen, meer koppelvermogen bij lage toerentallen en een breder
toerengebied.
6 7