Wat is de “turbo lag” of vertraagde respons van de turbo?

Behalve in enkele uitzonderingen (kleine motoren met lage cilinderinhoud en vermogen) is de turbocompressor tegenwoordig vrijwel een standaard om het rendement van verbrandingsmotoren te verhogen, zowel bij benzine– als bij dieselmotoren.

En als je ooit hebt gereden met een motor met turbo, dan heb je in bepaalde situaties vast een lichte vertraging gemerkt tussen het moment dat je het gaspedaal intrapt om meer vermogen te vragen en het moment dat dit vermogen daadwerkelijk beschikbaar is. Dit verschijnsel staat bekend als “turbo lag” of vertraagde respons van de turbo.

Om beter te begrijpen wat de “turbo lag” inhoudt, is het nuttig om op zijn minst de basisprincipes te kennen van het systeem waarmee een motor met een turbocompressor wordt voorzien van extra lucht.

Zo werkt een turbocompressor

De turbocompressor is een van de mechanismen die bestaan om een motor te supercharged, oftewel om de luchttoevoer naar de verbrandingskamer onder druk te zetten. Hij bestaat uit een compressor en een turbine (de naam komt van de twee onderdelen samen), die via een as met elkaar verbonden zijn en binnen een behuizing draaien.

De uitlaatgassen die de motor zelf tijdens het rijden produceert, zorgen ervoor dat de turbine draait, en die draait op zijn beurt de compressor. Deze laatste zorgt ervoor dat de inlaatlucht wordt samengeperst tot een maximale druk die wordt begrensd door een overdrukventiel. De samengeperste lucht wordt in de verbrandingskamer gebracht, waardoor het rendement toeneemt.

Waarom ontstaat de turbo lag?

De vertraagde respons die kenmerkend is voor sommige motoren met turbocompressor ontstaat wanneer de uitlaatgassen de traagheid van de turbine moeten overwinnen, die stilstaat of met lage toerentallen draait. Om de compressor zo snel te laten draaien dat hij de inlaatlucht kan samenpersen, moet de turbine namelijk voldoende snel draaien.

Als de stroom uitlaatgassen klein is, bijvoorbeeld bij het optrekken vanuit lage toerentallen, kost het moeite om die traagheid van de turbine te overwinnen en hem in beweging te krijgen. Evenzo geldt dat een zeer grote turbocompressor, die een hogere oplaaddruk moet leveren, een grotere turbine heeft, en die is moeilijker in beweging te krijgen.

Vroeger, toen motoren nog niet de elektronische verfijning van vandaag hadden, gebruikten sportwagens vaak grote turbocompressors om het vermogen aanzienlijk te verhogen. Deze turbo’s leverden veel compressie op – en dus veel meer vermogen – maar pas bij hoge toerentallen.

Bij lage toerentallen, wanneer de stroom uitlaatgassen klein is, kwamen ze echter traag op gang, waardoor de bestuurder moest anticiperen bij het gas geven en al het vermogen vrijwel in één keer verscheen.

Zo bestrijdt men de turbo lag

Het ligt dan ook voor de hand dat men om de turbo-lag te bestrijden kleine turbocompressors gebruikt, waarbij het zo weinig mogelijk kost om de turbine te laten draaien, of lichte materialen voor de constructie ervan.

Het probleem is dat een kleine turbocompressor het vermogen van het oplaadsysteem beperkt. Bovendien vereisen de hoge temperaturen en toerentallen die de turbocompressor bereikt (tot 300.000 rpm) speciale materialen, zoals titanium of keramiek.

Toch bestaan er verschillende technologieën die de vertraagde respons van turbogeladen motoren hebben verminderd. De meest voorkomende zijn:

• Turbocompressor met variabele geometrie. De schoepen van de turbine zijn niet vast, maar kunnen worden verstelt om de hoek te wijzigen waaronder de uitlaatgassen binnenkomen, zodat de turbine sneller versnelt.
• Turbocompressor met twee inlaten (Twin-Scroll). Twin-Scroll-technologie, of turbo’s met twee inlaten, mag niet worden verward met dubbele oplading. Bij een Twin-Scroll-turbo worden de uitlaatgassen via twee afzonderlijke inlaten naar de turbine geleid, waardoor cilinders die druk leveren worden gescheiden van cilinders die de druk zouden kunnen verlagen door uitlaatgassen terug te zuigen.
• Dubbele oplading. Met deze technologie kan een kleinere turbocompressor worden gebruikt voor een directe respons bij lage toerentallen, en een grotere voor meer druk en vermogen bij hoge toerentallen. Deze systemen kunnen twee (of meer) turbocompressors van verschillende grootte gebruiken. Ook worden de voordelen van andere vormen van oplading benut, zoals volumetrische compressors of elektrische compressors, die bij lage toerentallen een snelle respons geven en gecombineerd worden met een conventionele turbocompressor.

“Bang-bang”: de “anti-lag” van de oude racewagens

Voor al deze systemen moesten piloten van de oude racewagens, die enorme turbocompressors gebruikten om grote vermogens te bereiken, het hoofd bieden aan grote vertragingen in de respons op het gaspedaal. Daarom ontwikkelden ingenieurs een anti-lagsysteem dat snel bekend werd als “Bang-bang”, vanwege het kenmerkende geluid.

Het hield in dat het ontstekingstijdstip werd vertraagd, zodat de vonk van de bougie iets later oversloeg. Hierdoor vertraagde de verbranding enigszins, zodat er meer druk ontstond in de uitlaatgassen door de inlaatlucht die de cilinders binnenkwam. Een ingenieuze oplossing die technisch eenvoudig te implementeren was, maar die in een gewone personenauto niet mogelijk is vanwege het hoge brandstofverbruik en de betrouwbaarheidsproblemen die het de motor zou bezorgen.

Dit kan je interesseren

• Hoe zorg je goed voor de turbo van een auto
• De gevaarlijkste storingen door onvoldoende aandacht voor de motorolie
• Turbo of compressor: oplaadsystemen en hun werking