TURBO SPROOKJES ONTRAFELD

Over Volume rendement - Druk - Massa luchtvolume

Keuze van de turbo – Groter is niet altijd beter!

Laat de keuze aan de experts over. Het is als het kopen van schoenen. U gaat toch ook niet een schoenenzaak binnen en koopt schoenen, die een paar maten te groot zijn?

De grootte van de turbo moet afgestemd zijn op uw bepaalde toepassing. Het is een feit, dat een grotere turbo meer luchtvolume zal leveren en dat dit zal leiden tot hoger vermogen. Echter, de grotere turbo heeft ook een aanzienlijk hogere uitlaat energie nodig om druk te maken, wat nog belangrijker is, uw motor moet ook in staat zijn om de turbo draaiend te ‘houden’..

Dus is het verstandig om met de turbo expert om de tafel te gaan zitten om alle parameters van de motor op een rijtje te zetten en door te nemen.

Vragen die minimaal op u af zullen komen zijn cilinderinhoud van uw motor, maximum toerental, alle gegevens van uw totale brandstof injectiesysteem, andere motor aanpassingen zoals werk aan kleppen, nokkenas, cilinderkop, in- en uitlaatspruitstuk, tussenkoeler enzovoort.

Uiteraard is al veel tijd besteed aan ontwikkeling voor diverse toepassingen en is ook veel ervaring opgedaan in de praktijk op de tractorpulling banen, dus er is geen reden, om het wiel opnieuw uit te willen vinden...!

Ook om deze reden hebben wij GEEN intentie u tot vervelens te vermoeien met een grote hoeveelheid formules en calculaties en u door een lading ‘compressor flow’ kaarten te laten heen vechten...! Om over de turbine diagrammen maar niet te spreken…

Een correct geconfigureerde turbo voor een bepaalde toepassing is een kwestie van eerst het juiste model te bepalen, dan maten van compressor- en turbinewiel, plus de juiste turbine doorlaat opening van het turbinehuis.

Ergens ‘een’ turbo van de sloop oppikken of deze vinden op een ‘te koop’ website zal met grote waarschijnlijkheid niet het resultaat geven, wat u voor ogen had.

Alles wat ‘te’ groot (of te klein) is zal u problemen opleveren.. niet het vermogen en de prestatie waar u naar op zoek was...

Afgebeeld is een voorbeeld compressor flow-kaart HX50 67 mm inlaatdiameter.

De linkse verticale lijn geeft de drukverhouding : 1 met de buitenluchtdruk aan.

De onderste horizontale lijn geeft het luchtvolume aan (gedeeld door 167,50 = Kg/sec).

Het witte gebied is het totale rendementsgebied en toont de rendements- eilanden met de percentages rendement (max. 76 %).

Links naast de rendements-eilanden zijn de turbo-rotorsnelheden aangegeven (maximaal 115000 t/min voor HX50).

De diagonaal lopende gekleurde lijn geeft de ‘ideale loop-lijn’ aan door de
rendements-eilanden en het totale rendementsgebied.

INSTABIEL DRUKGOLF-GEBIED

Het instabiele drukgolf-gebied is het totale gele gebied aan de linkerzijde van de flow kaart naast het witte totale rendementsgebied. De linkse diagonale wat golvende lijn links van het witte rendementsgebied is de drukgolf-lijn.

Als de turbo in het instabiele gebied links naast het rendementsgebied draait, zal de turbo geen constante luchtstroom geven, maar luchtstoten/drukgolven produceren, met vaak bijbehorende ‘blaf geluiden’.

Het is een indicatie, dat de compressor te groot is. De grootte van de compressor moet zodanig worden gekozen, dat deze in het witte rendements- gebied opereert.

Indien een turbo langdurig in het instabiele drukgolf-gebied draait, kan dit tot grote lagerschades leiden. Dit is het meest schadelijk onder belasting. Dit fenomeen komt ook regelmatig voor, als het gas plotseling wordt dicht gedaan nadat de turbo op volle druk heeft gedraaid!

De reden hiervan is, dat de massa luchtvolume-stroom drastisch reduceert bij het plots dichtzetten van het gas, maar de turbo nog volop in toeren draait en dus druk genereert.

Hierdoor klapt de ‘ideale loop lijn’ onmiddellijk om naar het meest linkse punt op de flow-kaart en dus ook het punt waar de turbo dan opereert, met soms nare gevolgen.

Dit gebeurt dus soms bij het plots en onvoorzichtig dichtgooien van het gas op of na de finishlijn.

VERSTIKKINGSGEBIED

Het gele gebied rechts van de flow kaart naast het witte rendementsgebied is het verstikkingsgebied. De rond lopende lijn welke aan de rechtse zijde van het witte rendementsgebied loopt is de verstikkingslijn, waar de maximaal mogelijke luchtopbrengst qua volume van de gebruikte compressor is bereikt. De compressor is te klein en kan niet meer lucht produceren.

Als een turbo te diep in het verstikkingsgebied gaat draaien, zal de rotorsnelheid dramatisch omhoog gaan, terwijl het rendement keldert en dus zal de compressor zeer hoge inlaatlucht temperaturen produceren, met als gevolg een zeer lage luchtdichtheid.

Tevens zal de een zeer nadelige invloed hebben op de levensduur van de turbo, door de zeer hoge, met name axiale belastingen van het axiaallager gedeelte.

TURBODRUK

Om veel vermogen te produceren, heeft u meer nodig dan turbodruk!

Turbodruk is slechts een meetwaarde van de inlaatdruk. Als alle andere factoren gelijk zijn en binnen redelijke grenzen voor de toepassing, zal meer turbodruk uitsluitend meer vermogen opleveren, indien de turbo in een correct rendement gebied van de compressor opereert. Als de turbodruk opgejaagd wordt naar het punt, waar de turbo probeert overmatig veel lucht te produceren, zal dit juist het vermogen verminderen.

Dit komt omdat voorbij een punt, waar terugkeer moeilijk is, een turbo in wezen alleen hete lucht produceert. Deze hete lucht produceert inlaatdruk en dus een hogere turbodruk op de meter.

Om een optimale balans te bereiken tussen turbodruk en geproduceerde massa luchtvolume dient de compressor dus in een correct volumetrisch rendement gebied te draaien. Wat we nodig hebben is de maximale massa aan luchtvolume voor de motor.

We zijn uit op de maximale concentratie van zuurstof in een bepaalde massa luchtvolume. Hogere temperaturen betekenen een lagere luchtdichtheid, dus minder zuurstof om de maximaal ingespoten brandstof te verbranden. Zelfs als de lucht door de tussenkoeler voldoende wordt terug gekoeld, zal de luchtdichtheid minder zijn dan wanneer deze bij een lagere turbodruk met een hogere massa luchtvolume werd geproduceerd.

Het is een veel gemaakte fout om turbodruk, of inlaatdruk, rechtstreeks te relateren aan verdichte lucht. Veel mensen raken in de ban van het sprookje, om met meer turbodruk gemakkelijk meer vermogen te realiseren, maar vergeten daarbij, dat het ultieme doel van turbo oplading is, om de luchtdichtheid in een geproduceerde massa luchtvolume te maximaliseren, niet om druk te genereren.

Het is de maximale hoeveelheid zuurstof in dezelfde massa aan luchtvolume wat telt!

Wat doe je dan, als men je op een wedstrijd vol trots vertelt, dat men een turbodruk van 5-6 bar had, met een luchttemperatuur bij de compressor van 300 graden Celsius… en nog wat… met de toevoegingen ‘en hij is nog heel ook, dus het kan wel’…!

Hmmm... wat kan je anders doen… dan je hoofd schudden… een stevige hap uit de hamburger nemen… en een flesje bier weg slobberen... inderdaad… geeft wat minder druk.. meer volume en dichtheid….