turbo

En turbolader består av tre hovedkomponenter, en turbin på avgassiden er montert på den samme akselen som en kompressor på luftsiden. I prinsippet kan det beskrives som en gassturbin som driver en luftkompressor. Avgass fra motoren strømmer gjennom turbindelen, hvor dens trykk og temperatur blir redusert og overført til akselen som rotasjonsenergi. Kompressoren sitter på den samme akselen og suger inn luft med atmosfærisk trykk via luftfilteret. Strømning gjennom kompressoren øker luftens hastighet, som i diffusoren blir konvertert til trykkenergi. På grunn av kompresjonen øker ikke bare luftens trykk, men også dens temperatur. Derfor installeres det en varmeveksler, oftest også kalt for ladeluftkjøler, slik at luftens tetthet og dermed den tilførte massen økes igjen før den føres til motorens sylindrer.

Dersom en motor er utstyrt med en turbolader så kan man si at rundt 75 prosent av effekten kan føres tilbake til turboladning, mens systemet bare utgjør rundt 10 prosent av den totale kostnaden. Begge andelene varierer med motorens type, størrelse og bruksområde. Det samme gjelder for hastigheten på turbinakselen, som varierer fra noen titusen til opptil over 300.000 omdreininger per minutt. Men det er alltid flere ganger større enn motorens turtall. Temperatur før turbin kan variere fra 500°C til 600°C til inntil 1000°C, idet dieselmotorer ligger ved det lavere nivået. Temperatur etter turbin er alltid over 100°C for å unngå kondensering av vanndamp, men ligger vanligvis rundt 300°C på grunn av avgassrensesystemer som katalysatorer. Spesielle bruksområder kan ha konfigurasjoner med en turbolader per sylinderenhet for en motor eller at man ha en såkalt to-trinns turboladning, som består av to turboladere i serie (oftest med mellomkjøling).

Systemet kan brukes både på bensin- og dieselmotorer til alle bruksformål, for eksempel i biler eller fly. Nesten alle skipsmotorer, uavhengig av om det er diesel eller gassmotorer, er utstyrt med turboladere. Generelt sett kan det også sies at de fleste dieselmotorer er turboladet, mens bare en liten andel av bensinmotorer er turboladet. Otto- og Dieselmotorer reagerer noe forskjellig på overladning. For eksempel tåler Ottomotorer mindre overladning på grunn av en økt fare for motorbanking. Normalt sett senkes det kompresjonsforholdet av en Ottomotor når innføres turboladning. Dieselmotor derimot egner seg i prinsippet meget godt for overladning, da denne prosessen ikke er begrenset av motorbanking.

Gottlieb Daimler (1834–1900) og Rudolf Diesel (1858–1913) så på økning av motoreffekten ved hjelp av luft som ble komprimert før den tilføres motoren. Rudolf Diesel nevnte overladning samt mellomkjøling av den komprimerte luften ble allerede i sitt patent i 1896. Diesel gjorde noen forsøk med overladning allerede i slutten av 1896 som resulterte i en ytelsesøkning på 30 prosent mens forbruket ble dårligere. Noe som førte til at han avsluttet eksperimentene der og da, siden hans mål var å forbedre virkningsgraden av sin prosess. Turboladning ble patentert av den sveitsiske ingeniøren Alfred Büchi i 1905 i Sveits og Tyskland (1906 i USA). Men det var ikke før i 1925 at han lyktes med å bruke den med suksess og den kom i produksjon.

I begynnelsen var det imidlertid bare veldig store motorer, som skipsmotorer, som fikk turboladere. For kjøretøy begynte utvikling og bruk av turboladning med motorer i nyttekjøretøy, og i 1938 lanserte den sveitsiske maskinfabrikken Saurer det første turboladede nyttekjøretøyet på markedet. Stor utbredt kommersielt bruk ble imidlertid forhindret på grunn av høye investeringskostnader og lave besparelser av drivstoffkostnadene. Det var først under oljekrisen i 1973 at turboladeteknologien fikk sitt gjennombrudd. Innstrammingen av lover mot luftforurensing på slutten av 1980-tallet førte også til nesten alle motorer i nyttekjøretøy fikk turboladning. Gjennombruddet innen dieselmotorer for personbiler kom med introduksjonen av Mercedes-Benz 300 SD i 1978 og Volkswagen Golf Turbodiesel i 1981. Men allerede i 1976 presenterte Saab sitt turbokonsept for bensinmotorer. I dag blir overladning / turboladning av forbrenningsmotorer ikke lenger først og fremst sett på som et tiltak for å øke effekt. Muligheten for å redusere drivstofforbruket med samme ytelse har stadig blitt viktigere.

Patentkrav (oversatt fra tysk) lyder som følgende:

Forbrenningsmotorsystem, bestående av en kompressor (turbinkompressor), en stempelmotor og en turbin koblet nedstrøms, karakterisert ved at drivmidlet i kompressoren er forhåndskomprimert så isotermt som mulig, deretter avkjølt og tilført til en firetakts forbrenningsmotor (eksplosjon) og til slutt med en for disse maskinene vanlig eksostemperatur, men med et høyere trykknivå som tilsvarer forkompresjonen og dermed det økte innløpstrykket i sylinderen

• forbrenningsmotor
• bilens motor
• flymotor
• kompressor
• gassturbin