Sådan fungerer en turbolader med variabel geometri: fordele, fejl og vedligeholdelse

Blandt de forskellige overladningssystemer i en motor findes turboladere med fast geometri og turboladere med variabel geometri, kendt som VGT. I begge tilfælde er målet det samme: at udnytte udstødningsgassernes inerti til at indføre mere luft i cylindrene, end motoren selv kan indsuge, og dermed øge ydelsen.

Men en af de største ulemper ved motorer med konventionelle turboer er, at når motoren kører ved lave omdrejninger, har udstødningsgasserne ikke tilstrækkelig kraft til at accelerere turbinen, der komprimerer indsugningsluften. Omvendt, når motoren kører ved høje omdrejninger, er strømmen af udstødningsgasser så stor og driver turbinen med så stor energi, at det bliver nødvendigt at aktivere en udblæsningsventil, hvorved en del af den energi, udstødningsgasserne indeholder, går til spilde.

Det er denne ulempe, turboladere med variabel geometri løser, idet de, som vi skal se, har en større evne til effektivt at komprimere indsugningsluften både ved lave og høje omdrejninger.

De første udviklinger af turboladere med variabel geometri stammer fra midten af 1950’erne, men det første seriefremstillede køretøj, der monterede en sådan, var Fiat Croma turbodiesel i begyndelsen af 1990’erne med sin 1,9-motor, som også var en af de første dieselmotorer med direkte indsprøjtning. I dag er der også udviklet løsninger, der anvender små elektriske motorer til at accelerere turbinen. Andre typer turboladere, der bruges til at forbedre responsen i overladede motorer ved lave omdrejninger, er Twin-Scroll-turboer

Hvordan fungerer en turbo med variabel geometri?

Forskellen mellem en turbolader med fast geometri og en med variabel geometri (VGT) er, at sidstnævnte har en mekanisme, der gør det muligt at variere hastigheden, hvormed udstødningsgasserne rammer turbinen, så den accelererer hurtigere. De ændrer ikke mængden af luft, men indgangsarealet for den.

Til dette formål har de et system af variable skovle eller vinger, der lukkes, når motoren kører ved lave omdrejninger, hvorved udstødningsgasserne accelereres, og deres tryk på turbinen øges. Når motoren kører ved høje omdrejninger, åbnes vingerne, hvilket øger indgangsarealet for udstødningsgasserne, og hastigheden reduceres derfor. Dette gør det muligt at nå det maksimale ladetryk ved højere motoromdrejninger.

Reguleringen af vingerne kan udføres med et mekanisk system ved hjælp af en tryk- eller vakuumaktuator, selvom det normale i nyere motorer er at bruge en lille elektrisk motor, der styres af motorens elektroniske styreenhed (ECU).

Du kan se nærmere, hvordan en turbolader med variabel geometri fungerer, i denne video:

https://www.youtube.com/watch?v=AuQor-YnbZ8

Hvilke fordele tilbyder en turbo med variabel geometri?

Når man kender funktionsprincippet for en turbolader med variabel geometri, er fordelene åbenlyse:

• De reducerer eller fjerner den “turbo-lag” eller responsforsinkelse, der er karakteristisk for turbomotorer, når de accelererer fra lave omdrejninger.
• De optimerer driften af overladningssystemet ved alle motorens omdrejningstal og giver en fladere drejningsmomentkurve.
• Ved at styre ladetrykket via de bevægelige skovle er der ikke behov for en udblæsningsventil eller “waste gate”.
• Det er en enklere løsning end en sekventiel dobbeltturbo. Alligevel findes der højtydende motorer med mere end én turbolader, hvor mindst én af dem er med variabel geometri.
• Ved at optimere momentafgivelsen forbedres ydelsen, og dermed også forbruget og emissionerne

Hvilke ulemper har en variabel turbo?

Da det er en mere kompleks mekanisme med flere bevægelige dele, er turboladere med variabel geometri dyrere end konventionelle. Af samme grund er de også mere udsatte for fejl.

En anden ulempe er kompleksiteten ved at bruge dem i benzinmotorer, hvor de højere temperaturer i udstødningsgasserne kræver mere sofistikerede og dyrere løsninger.

Porsche var et af de første mærker til at bruge en turbolader med variabel geometri i en benzinmotor, selvom de i dag også kan findes i små motorer som en løsning til at forbedre effektiviteten snarere end til at opnå høj ydelse. Et nyligt eksempel er 1,5-hybridmotoren i den nye Alfa Romeo Tonale.

Vedligeholdelse, pleje og fejl på turboer med variabel geometri

Da de har et større antal bevægelige dele, som desuden er udsat for høje temperaturer og passage af udstødningsgasser, har turboladere med variabel geometri flere problemer end turboer med fast geometri.

Den hyppigste fejl er, at systemet med variable skovle sætter sig fast. Problemet i dette tilfælde er, at den variable turbo ikke fungerer som en med fast geometri, fordi blokeringen af vingerne gør, at motoren kun fungerer korrekt inden for et bestemt omdrejningsinterval. Symptomerne er et tydeligt tab af ydelse med deraf følgende højere forbrug. Det er også almindeligt i disse tilfælde at mærke spring i effektafgivelsen eller døde zoner, hvor motoren ikke ser ud til at trække.

Ligesom med luftmængdemålere, EGR og partikelfiltre er en af de største årsager til, at en turbo med variabel geometri sætter sig fast, at man primært kører i by, eller at motoren altid kører ved meget lave omdrejninger, hvor forbrændingen producerer mest sod.

Den bedste måde at undgå fejl på en turbolader med variabel geometri er derfor at undlade at begrænse kørslen til bykørsel ved en gang imellem at køre ud på landevej og lade motoren arbejde også ved mellemhøje eller høje omdrejninger. Det er naturligvis også afgørende at bruge en passende motorolie og overholde serviceintervallerne.