Šiuolaikiniai turbokompresoriniai varikliai užtikrina įspūdingą galios išeigą iš gana nedidelio tūrio, tačiau toks inžinerinis sprendimas turi savitą reiškinį, vadinamą turbolagu (angl. turbo lag). Turbolagas – tai laiko tarpas, per kurį turbinos rotorius iš inertiškos būsenos pasiekia pakankamai aukštas apsukas, kad būtų generuojamas optimalus suslėgto oro slėgis degimo kameroje. Ši trumpa, tačiau dažnai juntama pauzė atsiranda dėl to, kad, nuspaudus akceleratoriaus pedalą, varikliui prireikia akimirkos perteklinėms išmetamosioms dujoms sukurti, o šios savo ruožtu aktyvuoja turbinos sparnuotę.
Norint detaliai paaiškinti turbolago prigimtį, reikia suprasti, kad turbina remiasi kinetinės energijos transformacija. Išmetamosios dujos, išeidamos iš cilindro, suka turbinos ratą. Tuo pat metu kompresoriaus ratas, mechaniniu būdu sujungtas su turbinos velenu, užtikrina oro suslėgimą. Kol išmetamųjų dujų srautas pakankamai stiprus, kompresorius sukuria papildomą oro srautą į degimo kamerą. Tačiau, jeigu variklis ilgai veikė mažose apsukose arba tuščiąja eiga, išmetamųjų dujų srautas yra minimalus. Tad staiga nuspaudus akceleratorių, prireikia šiek tiek laiko kol išmetamosios dujos pasieks reikiamą srauto tėkmę, reikalingą išjudinti sunkų, itin tiksliai subalansuotą turbinos–kompresoriaus agregatą.
Be paties rotoriaus masės, svarbi turbolago priežastis – tai atstumas, kurį privalo įveikti išmetamosios dujos ir oras, kad būtų pasiektas optimalus slėgis. Vamzdynų konfigūracija, oro tarpinis aušintuvas (angl. intercooler) ir kiti komponentai sukuria tam tikrą vidinį tūrio rezervuarą, kurį reikia užpildyti ar išlaikyti esant tinkamam slėgio lygiui. Jei toji sistema dekompresuojasi staigiai atleidus akceleratorių, iš naujo užpildyti visą kontūrą suslėgtu oru reikia laiko. Tuomet iš atsiranda vadinamoji „slėgio duobė“ (angl. boost threshold), kurią įveikti variklis gali tik padidindamas išmetamųjų dujų tėkmę, o tai reikalauja sukti aukštesnes variklio apsukas.
Vienas iš pažangiausių būdų sumažinti turbolagą – įdiegti kintamos geometrijos turbiną, dar žinomą kaip VNT (Variable Nozzle Turbine) arba VTG (Variable Turbine Geometry). Šiame technologiniame sprendime naudojami reguliuojami sparneliai, valdantys išmetamųjų dujų patekimo kampą į turbinos ratą. Elektronikos valdomas aktuatorius keičia sparnelių padėtį pagal variklio apkrovą bei apsukų intervalą. Tai leidžia gerokai padidinti turbinos efektyvumą mažesnėse apsukose ir panaikinti dalį tuščios eigos, kol kompresorius pasiekia reikiamą slėgį. VNT technologija ypač plačiai taikoma dyzeliniams varikliams, nes jie generuoja didesnę išmetamųjų dujų energiją žemesniame sūkių diapazone.
Neretai gamintojai stengiasi sumažinti turbolagą pasiūlydami dvigubos pakopos twin-scroll turbinas, turinčias atskirus išmetamųjų dujų kanalus skirtingiems cilindrams. Toks sprendimas padeda efektyviau išnaudoti išmetamąjį srautą, kadangi kiekvienas kanalas pritaikomas konkrečiam cilindrų poros išmetimo takto laikui. Tai optimizuoja turbinos sparnuotės apkrovą ir padeda sukurti tolygesnį oro slėgio kilimą. Rezultatas – aiškiai juntamas greitesnis reaktyvumas akceleravimo metu, net esant sumažintoms apsukoms. Kombinuojant twin-scroll technologiją su gera vamzdynų sandara bei moderniomis elektroninėmis valdymo sistemomis, turbolagas gerokai susilpninamas, todėl vairuotojas jaučia vientisą galios tiekimą.
Dar vienas naujoviškas sprendimas, padedantis sumažinti turbolagą, yra elektrinis kompresorius (angl. e-booster). Tai elektros varikliu varoma oro pompa, įsijungianti vos akceleratoriaus pedalas nuspaudžiamas iki tam tikro lygio. Ji akimirksniu pakelia oro slėgį prieš turbokompresoriaus sukimąsi. Kai išmetamosios dujos tampa pakankamai stiprios, kad palaikytų turbinos darbą, elektrinis kompresorius atsijungia. Tokios hybrid-turbo arba „elektrifikuotos“ sistemos ypač naudingos mažo tūrio benzininiams varikliams, kuriems trūksta išmetamųjų dujų energijos mažose apsukose. Be to, tokie sprendimai tiesiogiai dera su „mild hybrid“ koncepcija, išplečiant variklio galios ir ekonomijos ribas.
Nors intercooleris dažnai siejamas su galios didinimu, jis atlieka ir kitą svarbią funkciją – padeda sumažinti turbolagą. Aušindamas suslėgtą orą, intercooleris palaiko mažesnę temperatūrą, todėl didėja oro tankis, o tai padeda išvengti detonacijos bei pagerina degimo proceso efektyvumą. Karštas oras yra retesnis, todėl jam reikia daugiau laiko kompensuoti degimo kameros poreikius. Dėl šios priežasties tikslingai suprojektuotas intercooleris gali sumažinti delsą (lagą) tarp akceleratoriaus paspaudimo ir realios variklio reakcijos. Vis dėlto, tam būtina tinkama radiatoriaus konstrukcija, siekiant išlaikyti optimalų oro srauto kiekį bei temperatūros gradientus.
Modernios variklio valdymo sistemos (ECU – Engine Control Unit) atlieka itin svarbų vaidmenį siekiant sumažinti turbolagą. Sudėtingi algoritmai analizuoja akceleratoriaus pedalo padėtį, variklio sūkius, oro slėgį ir temperatūrą, išmetamųjų dujų tėkmę. Remdamiesi realaus laiko informacija, jie gali pasirūpinti, kad degalų įpurškimo ir uždegimo kampas būtų suderinti taip, jog turbina kuo sparčiau pasiektų optimalų apsukų diapazoną. Kai kurios sportinėms reikmėms pritaikytos automobilių programinės įrangos netgi siūlo funkcijas, vadinamas pre-spooling arba antilag, kurios laikinai keičia degalų įpurškimo strategiją bei uždegimo laiką, kad išmetamosios dujos toliau sukeltų turbinos inerciją net tuomet, kai akceleratorius atleistas.
Norint išvengti pernelyg didelio turbolago, svarbu tinkamai prižiūrėti variklį ir atkreipti dėmesį į vairavimo stilių. Pavyzdžiui, pernelyg retas alyvos keitimas arba nekokybiškos alyvos naudojimas gali apsunkinti turbinos guolių veikimą ir pailginti reakcinį laiką. Be to, vairuotojo įprotis važiuoti itin žemais sūkiais ilgą laiką gali sukurti nepakankamą išmetamųjų dujų srautą. Optimalu pasirūpinti, kad variklis dirbtų vidutinių sūkių diapazone, kur turbina gali greičiau reaguoti į staigiai padidėjusią apkrovą.
Tarp automobilių entuziastų populiaru modifikuoti turbokompresorių, kad būtų geriau valdomas turbolagas. Tai gali apimti wastegate vožtuvo reguliavimą, didesnio diametro išmetimo sistemos montavimą ar net turbinos sparnuotės keitimą lengvesnėmis, tvirtesnėmis medžiagomis, pavyzdžiui, Inconel lydiniu. Vis dėlto, šių veiksmų metu būtina užtikrinti, kad bendras variklio veikimas išliktų subalansuotas, kitaip galima susidurti su didesniu taršos lygiu arba patiriamo streso variklio komponentams augimu. Pastaruoju metu dėmesys krypsta ir į naujas elektrifikacijos kryptis, kai kurių formulių varžybų bolidai jau naudoja MGU-H sistemas (Motor Generator Unit – Heat), kurios regeneruoja energiją iš turbinos ir mažina turbolagą. Tai rodo, kad ateityje technologinė sinergija tarp degimo variklių ir elektros pavarų gali visiškai perkurti mūsų požiūrį į turbolago problematiką.
Turbolagas yra kompleksinis reiškinys, susijęs su degimo proceso fiziologija, išmetamųjų dujų energija ir turbokompresoriaus inercija. Visgi, šiuolaikinė inžinerija siūlo daugybę sprendimų, galinčių šią pauzę sutrumpinti – nuo kintamos geometrijos turbinų ar dvigubų twin-scroll sistemų iki elektrinių kompresorių ir pažangios valdymo elektronikos. Svarbiausia, kad tinkamai suprojektuota ir prižiūrima sistema suteiktų maksimalų galios pliūpsnį beveik be jokių trukdžių. Taip vairuotojas gali mėgautis ne tik ryžtinga akceleracija, bet ir efektyvia, sklandžia eksploatacija, kuri nebūtinai reiškia didesnes degalų sąnaudas ar padidėjusią taršą. Galiausiai, mažindami turbolagą, inžinieriai padeda atskleisti visą modernių turbokompresorinių variklių potencialą, kas itin reikšminga tiek dinamikos, tiek komforto, tiek aplinkosaugos atžvilgiu.