De directeur
In wezen werken zowel turbochargers als superchargers door meer lucht naar de motor te leveren. Zuurstof is één tak van de verbrandingspiramide, samen met brandstof en een ontstekingsbron – ook wel ‘vonk’ genoemd. Voor Om de verbranding zo efficiënt mogelijk te laten verlopen, moet er een zorgvuldig evenwicht zijn tussen zuurstof, brandstof en brandstof vonk.
Onder hun vreemd aquatisch uitziende omhulsels zijn turbocompressoren in wezen een paar ventilatoren die met elkaar verbonden zijn door een as.
Het vinden van dit evenwicht is lange tijd een probleem geweest voor motorontwerpers. Gedurende het grootste deel van de geschiedenis van de interne verbranding lag het probleem in het leveren van voldoende brandstof. Dankzij de recente ontwikkeling van directe brandstofinjectie onder superhoge druk is dit grotendeels opgelost. Nu is het een kwestie van voldoende lucht aanvoeren zodat de motor kan ademen.
Een echt krachtige motor zal elke minuut ongeveer de hoeveelheid lucht van een kinderkamer moeten opzuigen – denk maar aan Ontwijk Hellcat. De wetten van de natuurkunde staan dit normaal gesproken niet toe, omdat de enige kracht die lucht in een motor trekt de lage kracht is druk die ontstaat wanneer de cilinders van de motor zich terugtrekken – net zoals wat er gebeurt wanneer de plunjer naar achteren wordt getrokken spuit.
Deze kracht is gewoon niet krachtig genoeg om de hoeveelheid brandstof bij te houden die moderne motoren in hun cilinders kunnen injecteren. Turbochargers en superchargers proberen dit beide aan te pakken door een proces dat geforceerde inductie wordt genoemd, wat neerkomt op een mooie term voor het dwingen van meer lucht in de motor. Ze doen dit echter allemaal op verschillende manieren, met afzonderlijke voor- en nadelen.
Turbocompressoren
De meest voorkomende vorm van geforceerde inductie zijn turbocompressoren. Autofabrikanten zijn er dol op omdat ze, althans in theorie, kunnen worden gebruikt om zowel het vermogen als de economie te verbeteren.
Het lijkt erop dat alles wat daartoe in staat is ongelooflijk complex moet zijn, maar turbo's zijn eigenlijk bedrieglijk eenvoudig. Onder hun vreemd aquatisch uitziende omhulsels zijn turbocompressoren in wezen een paar ventilatoren die met elkaar verbonden zijn door een as.
- 1. Dodge SRT 6,2-liter Hellcat V8 met supercharger
- 2. Dodge SRT 6,2-liter Hellcat V8 met supercharger
Hete uitlaatgassen van de motor laten de eerste ventilator draaien, die op zijn beurt de tweede aandrijft, die wordt gebruikt om lucht te comprimeren. Deze samengeperste lucht wordt vervolgens terug in de motor geperst. Zoals hierboven besproken betekent deze toegevoegde lucht dat er meer brandstof kan worden geïnjecteerd en dat de brandstof die er is vollediger kan worden verbrand.
Vanuit prestatieoogpunt zijn de voordelen duidelijk. Turbocompressoren vergrootten het luchtvolume, waardoor er in elke verbrandingscyclus meer brandstof kon worden gebruikt, wat tot meer vermogen leidde. In wezen zorgt dit ervoor dat een kleine motor kan doen alsof hij veel groter is.
Als het om efficiëntie gaat, zijn de voordelen van turbocompressie iets moeilijker te begrijpen. Om te beginnen kunnen turbocompressoren een aantal inherente voordelen bieden. Turbocompressoren kunnen de efficiëntie helpen verbeteren door ervoor te zorgen dat er voldoende lucht is om elke verbranding te voltooien. Ze kunnen ook helpen de thermodynamische efficiëntie van een motor te verbeteren door de bedrijfstemperatuur te verhogen. Het beste van alles is dat, omdat turbo’s worden aangedreven door in wezen ‘vrije’ energie (motoruitlaatgassen), hun aanwezigheid de efficiëntie helemaal niet schaadt.
De echte reden waarom autofabrikanten van turbocompressoren houden, heeft minder te maken met techniek en meer met menselijk gedrag. De gemiddelde bestuurder gebruikt minder dan één procent van de tijd volgas. Bij een grote motor met natuurlijke aanzuiging betekent dit dat er veel vermogen verloren gaat, terwijl de enorme omvang van de motor nog steeds de efficiëntie negatief beïnvloedt.
Turbochargers worden daarentegen aangedreven door motoruitlaatgassen, die alleen in voldoende hoeveelheden worden geproduceerd als de motor hard werkt. Dit betekent dat wanneer de bestuurder niet hard gas geeft, de turbocompressor niet meer lucht toevoegt en de motor niet meer brandstof toevoegt. Eén manier om over een turbocompressor na te denken is dus het creëren van een motor die zo groot of zo klein kan zijn als de situatie daarom vraagt.
In theorie is dit geweldig, omdat een auto het potentieel heeft om tegelijkertijd efficiënt en krachtig te zijn. De werkelijkheid is, zoals vaak het geval is, niet zo rooskleurig. Van turbomotoren kan worden verwacht dat ze ofwel hun vermogenscijfers ofwel hun zuinigheidscijfers leveren, maar niet beide tegelijk. Rijd vol gas op een auto met turbocompressor en het brandstofverbruik zal niet beter zijn dan dat van een auto met een grotere motor. Rijd langzaam en de turbo wordt gewoon niet gebruikt.
Dus misschien is de beste manier om aan turbocompressoren te denken, dat ze bestuurders flexibiliteit bieden. Ze kunnen kiezen hoe efficiënt ze willen zijn en hoeveel plezier ze willen hebben. Helaas zijn turbo's geen magie, dus ze kunnen niet altijd beide tegelijk leveren.
Superchargers
Superchargers werken misschien volgens hetzelfde principe als turbochargers, maar ze zijn iets ingewikkelder.
In plaats van te worden aangedreven door uitlaatgassen, worden superchargers mechanisch aangedreven. Meestal zijn superchargers via een ketting of riem met de krukas van de motor verbonden. Het motorvermogen wordt vervolgens gebruikt om een van de twee typen compressoren aan te drijven.
- 1. Cadillac 6,2-liter V8 met supercharger
- 2. Audi 3,0-liter TFSI V6 met supercharger
De meeste superchargers gebruiken een variant van de "Roots" -type blower. Deze superchargers gebruiken dubbele, overlappende rotoren om lucht te comprimeren. Het Roots-ontwerp is relatief eenvoudig en kan volgens een grote verscheidenheid aan specificaties worden gemaakt. Geavanceerde, door Eton gebouwde superchargers zijn te vinden op een grote verscheidenheid aan voertuigen, zoals de uitgaande Cadillac CTS-V en de Audi S4.
Turbocompressoren zijn misschien geen wondermiddel, maar ze kunnen wel een uitstekend compromis zijn.
Het minder gebruikelijke ontwerp is de “Lysholm” -waaier. Dit ontwerp perst lucht tussen twee overlappende Archimedes-schroeven en comprimeert deze tot enorm hoge druk. Impeller-superchargers zijn efficiënt en leveren vermogen over een breed scala aan motortoerentallen, maar ze zijn duur om te bouwen. De dubbele schroeven moeten perfect in elkaar passen, en dit vereist ongelooflijk fijne productietoleranties. Om deze reden worden Lysholm-superchargers vaak aangetroffen in toepassingen met zeer hoge prestaties, zoals Mercedes AMG-auto's of de Dodge Hellcats.
In beide gevallen bieden superchargers verschillende belangrijke voordelen in vergelijking met door uitlaatgassen aangedreven turbo's. Superchargers hebben geen vertraging, omdat ze rechtstreeks door de aandrijfas worden aangedreven. Dit is vooral belangrijk bij laagtoerige motoren met een grote cilinderinhoud. Daarom zijn krachtige Amerikaanse V8-motoren vaak voorzien van een supercharger in plaats van een turbo.
Superchargers leveren ook koppel over een groter motortoerentalbereik, waardoor ze vanuit prestatieoogpunt aantrekkelijk zijn.
Helaas zijn er ook nadelen. Superchargers zijn mechanisch complexer dan turbochargers, vanwege hun directe verbinding met de motor. Simpel gezegd: superchargers gebruiken stroom om stroom te creëren. Ze zijn ook groot en zwaar en moeten over het algemeen direct bovenop de motor worden gemonteerd, wat een serieus probleem is voor moderne autofabrikanten, voor wie ruimte schaars is.
In tegenstelling tot turbochargers verminderen superchargers de motorefficiëntie, omdat een supercharger voortdurend een deel van het motorvermogen gebruikt om te draaien. Wanneer er niet veel stroom nodig is, wordt deze energie feitelijk verspild. Dit is de reden waarom superchargers zelden of nooit worden aangetroffen buiten prestatietoepassingen.
Conclusie
Iedereen die de komende jaren een auto koopt, zal waarschijnlijk voor de keuze komen te staan of hij al dan niet een model met turbocompressor wil aanschaffen. Er is geen eenvoudig antwoord. Het is echter vermeldenswaard dat ze weliswaar een groot aantal voordelen bieden, vooral op het gebied van prestaties, maar dat ze hun belofte van efficiëntie niet altijd zullen waarmaken.
Turbocompressoren zijn misschien geen wondermiddel, maar ze kunnen wel een uitstekend compromis zijn. Ze bieden extra vermogen wanneer dat nodig is – of gewoon gewenst – terwijl ze tijdens normaal rijden het mpg-niveau kunnen behouden. Bij superchargers draait het daarentegen allemaal om 24/7 prestaties.
Voor kopers die het V8-vermogen met een grote cilinderinhoud willen ervaren, is een supercharger een uitstekende optie. Bedenk even dat enkele van de meest opwindende auto's van dit jaar allemaal worden geleverd met grote ventilatoren: de nieuwe Cadillac CTS-V, de Corvette Z06, en de machtigen Ontwijk Hellcats.
Uiteindelijk zal de beslissing om een turbocompressor, een supercharger of geen van beide te kopen, afhangen van de auto en de rijstijl van de koper. Hoe dan ook, gedwongen inductie heeft veel te bieden voor vrijwel elk type bestuurder.
Aanbevelingen van de redactie
- Tesla-bestemmingsladers vs. Superchargers: wat is het verschil?
