Turbolader

Turbolader
Eingereicht am 24. Juni 2011
von:
Krienbühl Ivo
e-mail:
[email protected]
Fächerbezug: Integrierte Naturlehre (INL) / Technisches Gestalten (TG Metall)
betreut von: Wiget Marco
e-mail:
[email protected]
Individuelle Vertiefungsarbeit (IVA) des Jahrgangs 2008/11
an der Mittelpunktschule Rothenthurm (MPSR) Fr. 24 .06. 2011
Klasse: A 3.1 Klassenlehreperson: Jo. Strebel
Individuelle Vertiefungsarbeit
Turbolader
A3.1
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis ....................................................................................................... 1
1
Vorwort ................................................................................................................. 3
2
Abstract ................................................................................................................ 3
3
Zielformulierung ................................................................................................... 3
3.1
4
Aspekt ........................................................................................................... 3
Prinzip des Turboladers ....................................................................................... 4
4.1
Vorteile der Turboaufladung .......................................................................... 4
4.2
Nachteile der Turboaufladung ....................................................................... 5
5
Variable Turbinengeometrie (VTG) ...................................................................... 5
6
Ladedruckregelung .............................................................................................. 6
6.1
Wastegate/ Bypass........................................................................................ 6
6.2
Pop-Off Ventil ................................................................................................ 7
6.3
Externes Wastegate (Tial-Bov) ...................................................................... 8
6.4
Dampfrad ....................................................................................................... 9
7
Ladeluftkühler ...................................................................................................... 9
7.1
8
Anbauorte ...................................................................................................... 9
Lagerung ............................................................................................................ 10
8.1
Gleitlagerung ............................................................................................... 10
8.2
Öl Ab- und Zulauf ........................................................................................ 11
9
Nachlaufregler (Turbo-Timer) ............................................................................. 11
10
Anti Lag........................................................................................................... 12
11
Weitere Bauarten ............................................................................................ 13
11.1
Biturbo/Twin Turbo ................................................................................... 13
11.2
Sequenzieller Biturbo ............................................................................... 13
11.3
Mehrstufige Aufladung ............................................................................. 13
11.4
Twin-Scroll-Lader ..................................................................................... 14
11.5
Turbo-Compound ..................................................................................... 15
12
Verwandte Aufladungssysteme ...................................................................... 15
12.1
G-Lader .................................................................................................... 15
12.2
Roots-Gebläse ......................................................................................... 15
12.3
Druckwellenlader (Comprex) .................................................................... 16
12.4
Mechanischer Lader (Kompressor) .......................................................... 16
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Individuelle Vertiefungsarbeit
Turbolader
A3.1
13
Praktische Arbeit............................................................................................. 16
14
Schlusswort .................................................................................................... 18
15
Literaturverzeichnis ......................................................................................... 19
15.1
Bilder ........................................................................................................ 19
15.2
Text .......................................................................................................... 20
1 Vorwort
In meiner individuellen Vertiefungsarbeit handelt es sich um aufgeladene Motoren.
Mit meiner Arbeit möchte ich anderen Menschen den Turbolader etwas näher
bringen und euch etwas von meinem Wissen mitteilen.
Ich habe dieses Thema aus grossem Interesse und meinem zukünftigen Beruf
gewählt. Denn dieses Thema wird mich bestimmt in meiner Ausbildung zum
Automobilmechatroniker und in meinem allgemeinen weiteren Erwerbsleben
begleiten.
Mein Ziel ist es, mir genaue Details aufzuzeigen und sie auch zu verstehen.
2 Abstract
Meine Arbeit beinhaltet alles rund um den Turbolader. Mit meiner Arbeit möchte ich
den Turbolader Ihnen etwas näher bringen. Dies mache ich durch eine schriftliche
und eine praktische Arbeit. In der schriftlichen Arbeit zeige ich die genaue
Funktionsweise und die wichtigsten Teile, die dazugehören genau auf. Im
praktischen Teil stelle ich ein Querschnittmodel eins Turboladers her, um Aussagen
aus dem theoretischen Teil besser aufzeigen zu können.
3 Zielformulierung
In meiner praktischen Arbeit werde ich einen Querschnitt eines Turboladers
herstellen. Mit diesem Arbeitsvorgang will ich wichtige Details der Aufladung mit
einem Turbolader aufzeigen.
3.1 Aspekt
1.) Ich zeige den genauen Aufbau und die Funktionsweise auf.
2.) Ich zeige und erkläre wichtige Systeme, die zum Turbolader gehören.
3.) Ich zeige und erkläre andere Aufladungssysteme.
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Turbolader
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4 Prinzip des Turboladers
Mit einem Turbolader werden hohe Drehmomente und somit eine höhere
Motorleistung erzielt. Dies gelingt, indem die angesaugte Luft verdichtet wird. Durch
die erhöhte Dichte kann bei jedem Einlasstakt mehr Sauerstoff in den Brennraum des
Motors gelangen. Mit dem höheren Sauerstoffgehalt ist eine bessere Verbrennung
möglich, die Leistung steigt. Die Verwendung vom Turbolader verringert den CO2
Ausstoss durch eine bessere Füllung der Zylinder mit der komprimierten Luft und des
Kraftstoffes und sorgt somit für eine „sauberere“ Verbrennung.
Ein Turbolader besteht aus einer Turbine und einem Verdichter, die sehr ähnlich
aufgebaut sein können. Die Turbine und der Verdichter sind mit einer Welle
verbunden. Die Turbine wird durch den Abgasstrom in Rotation versetzt und treibt
über die Welle den Verdichter an, der Luft ansaugt und verdichtet. Die verdichtete
Luft wird in den Motor geleitet. Durch den höheren Druck gelangt während des
Ansaugtaktes eine größere Menge Luft in die Zylinder als bei einem Saugmotor.
Damit steht mehr Sauerstoff für die Verbrennung einer entsprechend grösseren
Kraftstoffmenge zur Verfügung. Die führt zu einer Steigerung des Drehmoments, was
die Leistungsabgabe erhöht.
Abgasseite
Turbine
4.1
Lagerung
Frischluft/-Gas Seite
Verdichter
Vorteile der Turboaufladung
Die Abgasturboaufladung ermöglicht die Steigerung von maximalem Drehmoment
und maximaler Leistung. Durch die Mehrleistung der Aufladung mittels Turbo und
oder Kompressor, kann der Hubraum verringert werden, erzielt aber in etwa die
gleiche Leistung wie ein grösserer Motor. Dieses Verfahren wird Downsizing
genannt. Man hört immer mehr von Downsizing, denn dieses Prinzip ist sehr
zukunftsorientiert. Denn der kleinere Motor gibt viel weniger CO2 in die Luft ab, muss
aber nicht auf Leistung und Drehmoment verzichten.
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4.2 Nachteile der Turboaufladung
Durch den Einsatz eines Turboladers erhöht sich der Drehmoment und die
thermische Belastung des Motors, weswegen Motorkomponenten (z. B. Motorblock,
Zylinderkopf, Zylinderkopfdichtung, Lager, Zylinder, Pleuel, Ventile, Kolben,
Kolbenringe) und Antriebsstrang für diese zusätzliche Beanspruchung ausgelegt sein
müssen. Die höhere Leistung erfordert auch ein entsprechend grösser
dimensioniertes Kühlsystem. Da der Lader seine Energie aus dem Druckgefälle
zwischen den Abgasen und der Umgebungsluft bezieht, muss der Querschnitt der
Auspuffanlage ausreichend groß sein, damit kein zu grosser Gegendruck im Auspuff
entsteht.
Beim Beschleunigen aus niedrigen Drehzahlen fehlte vor allem älteren Turbomotoren
zunächst die richtige Abgasmenge, um den gewünschten Ladedruck zu erzeugen.
Erst wenn bei steigender Drehzahl ein ausreichend starker Abgasstrom zur
Verfügung steht, setzt die Aufladung ein. Diesen Leistungsmangel bei niedrigen
Drehzahlen bezeichnet man als Turboloch. Auch generell setzt die Aufladung bei
plötzlichem Gas geben verzögert ein, da sich erst ein hinreichender Abgasstrom
einstellen muss. Ein kleiner Lader hat ein schnelleres Ansprechverhalten (aufgrund
geringerer bewegter Masse) als ein grosser, denn ein grosser Lader kann eine
grössere Leistung aus demselben Hubraum erzielen als ein kleiner.
5 Variable Turbinengeometrie (VTG)
Mit der variablen Turbinengeometrie kann die Leistungsabgabe und das
Ansprechverhalten angepasst werden. Somit verbessert sich ein Lastwechsel oder
das Beschleunigen aus niedrigen Drehzahlen enorm.
Um das zu erreichen, befinden sich nicht rotierende Leitschaufeln im Turbineneintritt
oder im Turbinengehäuse. Die Anstellwinkel der Leitschaufeln werden dabei so
geregelt, dass bei geringem Abgasstrom (niedrige Drehzahl), aber hohem
Leistungsbedarf die Abgase beschleunigt und auf die Turbinenschaufeln geleitet
werden. Dieser Vorgang erhöht die Drehzahl der Turbine und somit die Leistung des
Verdichters.
VTG Offen
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VTG Geschlossen
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6 Ladedruckregelung
Die Welle des Abgasturboladers wird durch die Abgasmengen mit steigender
Motordrehzahl immer schneller gedreht. Je schneller sich die Turbine dreht, desto
mehr Luft fördert der Verdichter, was durch die wachsende Abgasmenge wiederum
die Turbine noch mehr antreibt. Dieser Kreislauf kann den Verdichter an seine
Fördergrenze bringen oder den Motor an seine mechanische und thermische
Belastungsgrenze führen.
Um dies zu verhindern gibt es verschiedene Systeme, den Ladedruck zu regeln.
6.1 Wastegate/ Bypass
Eine Variante, den Ladedruck zu regeln, ist das Wastegate oder auch Bypass
genannt. Dieses System ist intern, also im Turbolader eingebaut.
Der Ladedruck, des Turboladers muss geregelt werden.
Dieser Druck wird vom Verdichter über den schwarzen
Schlauch in das Wastegate gepresst.
Im Wastegate ist eine Feder, welche die
Stangensteuerung bei genügend Ladedruck nach
links drückt.
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Die Stange ist mit der Klappe im Turbinengehäuse
verbunden. Die Klappe öffnet, wenn die Feder durch den
Ladedruck zusammen gepresst wird. Somit fliehen die
Abgase direkt in den Auspuff und treiben die Turbine nicht
mehr an, so dass der Verdichter keine Ladeluft mehr
fördern kann.
Auf diesem Bild ist die Klappe geschlossen. Der Turbolader ist
im „normalen“ Zustand.
6.2 Pop-Off Ventil
Das Pop-Off Ventil ist ein Überdruckventil.
Wie beim Wastegate führt auch hier ein Schlauch die Ladeluft ins Pop-Off
Ventil. Grundsätzlich funktioniert dieses Ventil gleich wie das Wastegate.
Die Feder, die auf einem Plättchen steht, wird in diesem Ventil zusammen
gedrückt und macht so Platz für die Ladeluft. Da die Ladeluft das Plättchen
voran „schiebt“ wird die Luft das Ventil durch die Öffnung verlassen und
flieht so in die Umwelt. Bei diesem Vorgang ist ein deutliches Zischen
hörbar.
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6.3 Externes Wastegate (Tial-Bov)
Das externe Wastegate, auch Tial Bov genannt, ist eine andere Möglichkeit den
Ladedruck zu regeln. Das externe Wastegate wird nicht vom Ladedruck gesteuert,
sondern nur von den Abgasen. Die Abgase werden also nicht nur in die Turbine
geleitet, sie werden auch in das externe Wastegate geleitet. Sie wird aber vor dem
Tial-Bov’s durch ein Ventil gestoppt. Macht ja auch Sinn, denn sonst würden die
Abgase direkt in den Auspuff geleitet und dadurch ungenutzt entlassen. Dieses Ventil
wird mit einer Feder gegen die Abgase gedrückt. Wenn also genügend Abgasdruck
aufgebaut ist, wird die Feder zusammen gedrückt und das Ventil öffnet sich. Wenn
das Ventil offen ist, werden die Abgase direkt in den Auspuff geleitet. Somit wird die
Turbine nicht mehr angetrieben und der Verdichter kann kein Ladedruck mehr
aufbauen.
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6.4 Dampfrad
Das Dampfrad dient nicht direkt zur Ladedruck Regelung. Es ist dafür bestimmt, den
Ladedruck zu steuern. Das Dampfrad ist also ein manueller Boost-Controler, mit dem
man den Ladedruck manuell steuern kann. Das Dampfrad wird auf den Schlauch
zwischen dem Verdichter und das Wastegate gesteckt. Je nachdem, wo das
Dampfrad platziert wird, kann man es auch bedienen. Also kann die Steuereinheit
auch im Innenraum, in der Mittelkonsole oder am Armaturenbrett platziert werden. Es
gibt aber auch elekronische Boost-Contoler,
welche teurer sind, aber den Ladedruck
automatisch nach Gang und Drehzahl einstellen.
7 Ladeluftkühler
Der Ladeluftkühler ist zwischen dem Turbolader (Verdichter) und der Ansaugbrücke
montiert. Dadurch, dass der Turbolader die Luft verdichtet, erhöht sich die
Temperatur der Ladeluft enorm. Der Ladeluftkühler kühlt dann also die verdichtete
Luft von zirka 120°C auf zirka 50°C. Der Ladeluftkü hler sollte die Luft um mindesten
50°C abkühlen, dass eine deutliche Leistungssteiger ung erzielt werden kann. Denn
je kühler die Ladeluft ( je kühler die Ladeluft desto mehr Dichte) ist, desto besser wird
sie mit dem Kraftstoff verbrannt. Durch die bessere Verbrennung wird die Leistung
gesteigert und vor allem wird der Wirkungsgrad nochmals erhöht (verbessert).
7.1 Anbauorte
•
•
•
FMIC (FrontMountedInterCooler), meist mittig in der Front.
SMIC (SideMountedInterCooler), seitlich, teilweise auch zwei Stück, links und
rechts.
TMIC (TopMountedInterCooler), oberhalb des Motors montiert (die
Luftanströmung erfolgt dann meist über eine Lufthutze)
Durch die optimale Platzierung des LLKs, wird er auch optimal vom Fahrtwind
angeströmt. Dadurch ist eine hohe Leistung des LLK’s sichergestellt.
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8 Lagerung
Die Welle eines Turboladers dreht mit bis zu 300‘000 Umdrehungen pro Minute. Die
Lebensdauer des Laders soll dabei der Laufleistung des Motors entsprechen, welche
für ein Nutzfahrzeug mit bis zu einer Million Kilometer angesetzt wird. Nur speziell für
Turbolader entwickelte Gleitlagerungen sind heute in der Lage, diese hohen
Anforderungen kostengünstig zu erfüllen.
8.1 Gleitlagerung
Bei einer Gleitlagerung dreht sich die Welle verschleissfrei auf einem Ölfilm innerhalb
der Gleitlagerbuchse. Im Fall des Turboladers erfolgt die Ölversorgung aus dem
Motorölkreislauf. Die Lagerung ist so aufgebaut, dass sich zwischen dem stehenden
Lagergehäuse und der drehenden Welle eine mit etwa halber Wellendrehzahl
mitrotierende Schwimmbuchse aus Messing befindet. Dadurch ist es möglich, die
Lagerung dieser schnell drehenden Wellen so abzustimmen, dass es in keinem
Betriebspunkt zu einer Festkörperberührung zwischen Welle und Lagerung kommt.
Der Ölfilm in den Lagerspalten hat neben der Schmierfunktion auch eine
Dämpfungsfunktion, die zu einer stabilen Wellenbahn des Läufers beiträgt. Die
Schmierfilmdicke in den Innenspalten wird dazu unter dem Gesichtspunkt der
Tragfunktion ausgelegt, während die Aussenspalte im Hinblick auf die Dämpfung der
Lagerung ausgelegt wird. Das Lagerspiel (Lagerspalte) beträgt nur wenige
Hundertstelmillimeter.
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8.2 Öl Ab- und Zulauf
Das Schmieröl strömt mit zirka 4 bar in den Turbolader. Der Öl Ablauf erfolgt nahezu
drucklos. Die Leitung muss daher wesentlich grösser im Durchmesser sein als der Öl
Zulauf. Das Lager soll möglichst senkrecht von oben nach unten durchströmt und der
Öl Ablauf oberhalb des Motorölspiegels in das Kurbelgehäuse zurückgeführt werden.
Wird der Öl Ablauf behindert, kommt es zu einem Ölrückstau in der Lagerung. Das Öl
strömt dann durch die Dichtringe in den Verdichter und in die Turbine.
Öl Ablauf
Öl Zulauf
9 Nachlaufregler (Turbo-Timer)
Da im Extremfall die Welle des Turboladers mit bis zu 300‘000 Umdrehungen pro
Minute rotiert, macht es Sinn, den Motor nicht gleich auszuschalten. Denn die Welle
bremst durch das Ausschalten des Motors nicht ab, sondern kann noch einige
Sekunden nachdrehen. Bei diesem Ausdrehen wird die Lagerung nicht mehr
geschmiert, denn wenn der Motor nicht läuft, läuft auch die Ölpumpe nicht mehr und
somit ist auch kein Öldruck mehr vorhanden.
Dass man nicht jedes Mal im Fahrzeug sitzen bleiben muss um zu warten, bis die
Welle ausgedreht hat, kann ein Nachlaufregler (meistens Turbo-Timer genannt)
eingebaut werden. So kann die Nachlaufzeit manuell eingestellt werden und kann
somit das Fahrzeug verlassen, der Turbo-Timer schaltet dann den Motor selber aus.
Es sind auch Turbo-Timer erhältlich, die die optimale Nachlaufzeit berechnen.
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10 Anti Lag
Anti Lag ist ein System welches man ausschliesslich im Motorsport verwendet. Durch
dieses System verschwindet das Turboloch komplett und es steht bei jeder Drehzahl
voller Ladedruck an. Dies erreicht man mit vielen verschiedenen Arten von Anti Lag.
• Die einfachste Methode ist, einfach mehr Kraftstoff einspritzen. Somit
verbrennt nicht der ganze Kraftstoff, der überschüssige Kraftstoff wird dann
mit den Abgasen durch das Auslassventil in den Krümmer gelassen. Der
heisse Krümmer lässt dann den Kraftstoff explodieren, dadurch werden
wiederum Abgase produziert welche die Turbine antreiben. Somit wird die
Turbine immer angetrieben, das Turboloch verschwindet.
• Eine verwandte Möglichkeit der oben genannten Methode funktioniert ganz
ähnlich. Dabei wird nicht einfach mehr Kraftstoff eingespritzt, sondern wird
zusätzlich Kraftstoff über eine Düse direkt in den Krümmer eingespritzt. Der
Kraftstoff explodiert und treibt somit die Turbine immer an, das Turboloch
verschwindet.
• Eine andere Möglichkeit funktioniert auch ganz ähnlich. Statt Kraftstoff wird
der überschüssige Ladedruck durch eine Düse in den Abgaskrümmer geführt.
Somit braucht die Luft gar nicht zu explodieren, weil der Ladedruck die
Turbine auch antreiben kann. Diese Möglichkeit findet öfters im Mitsubishi
Lancer Verwendung.
Weil dadurch die Turbine immer angetrieben wird, ist dies auch eine extreme
Belastung für den Turbolader und die Auspuffanlage. Denn durch die Explosionen
wird der Turbolader bis zu 800°C und die Auspuffanl age bis zu 1‘200°C. Diese Teile
sieht man bei hoher Beanspruchung glühen. Denn die Explosionen lassen beim
Gangwechsel Stichflammen aus der Auspuffanlage schiessen, dies ist auch hörbar
durch laute Knallgeräusche (deshalb wird Anti Lag auch Bang-Bang System
genannt).
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11 Weitere Bauarten
Da es weitere Bauarten des Turboladers gibt, zeige ich fünf hier etwas detaillierter
auf.
11.1 Biturbo/Twin Turbo
Als Biturbo und „Twin Turbo“ bezeichnet man die parallele Verwendung von zwei
Ladern. Bi ist die lateinische Vorsilbe für zwei, Twin bedeutet „Zwilling“ (englisch). Bei
dieser Konstruktionsform werden anstelle eines einzelnen grossen, zwei kleinere
Lader verwendet. So würde bei einem Vierzylinder-Biturbo-Motor jeder Turbolader
von zwei Zylindern mit Abgas versorgt. Durch die Verwendung von zwei kleineren
Ladern mit entsprechend geringeren Trägheitsmomenten kann das
Ansprechverhalten beim Gasgeben verbessert werden. In geringem Umfang wurden
auch Motoren mit mehr als zwei Turboladern entwickelt, um eine weitere
Verbesserung des Ansprechverhaltens zu erreichen. So kam beim Bugatti EB110,
wie auch beim Bugatti Veyron 16.4, ein Vierfachturbo zum Einsatz.
11.2 Sequenzieller Biturbo
Bei einem sequenziellen Biturbo werden nicht beide Turbinen ständig durch das
Abgas angetrieben, sondern die zweite Turbine wird erst bei entsprechendem
Leistungsbedarf zugeschaltet und treibt dann den zweiten Verdichter an. Ist das
geschehen, arbeiten die Lader nach dem Prinzip des Biturbo parallel. Ziel dieser
Technik ist eine bessere Nutzbarkeit des Drehzahlbandes. Im oberen
Drehzahlbereich hat man den Vorteil der grösseren Fördermenge zweier Turbolader,
während in den niedrigen Drehzahlbereichen die geringe Masseträgheit nur einer
Turbine ein schnelles und frühes Aufbauen des Ladedrucks und damit ein gutes
Ansprechverhalten bewirkt. Beispiel Benzinmotor: Der 3,0-l-ReihensechszylinderBiturbo, der ab 1993 im Toyota Supra (JZA80) verbaut wurde (die Supra wird als
Twin Turbo bezeichnet, nicht als Biturbo).
11.3 Mehrstufige Aufladung
Als Registeraufladung bezeichnet man die parallele, abwechselnde Verwendung von
Turboladern. Dabei wird ein kleinerer Lader, der aufgrund der geringen Abgasmenge
schnell hochdreht, für niedrige Drehzahlen verwendet. Ab einer bestimmten Drehzahl
wird auf einen grossen Turbolader umgeschaltet, der dann genügend Luftmasse und
Druck für das hohe Luftvolumen höherer Drehzahlen bereitstellt. Die verschiedenen
Turbolader können optimal auf ihren Wirkungsbereich abgestimmt werden, und der
kleine Lader minimiert das so genannte Turboloch. Bei niedrigen Drehzahlen war der
zumeist grosse Lader nicht in der Lage, eine gewisse Drehzahl zu erreichen, um
damit einen Überdruck im Ansaugbereich aufzubauen. Unterhalb dieser kritischen
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Marke arbeitet ein normaler Turbomotor wie ein Saugmotor. Die Registeraufladung
ist im Automobilbau allerdings bis heute nur selten anzutreffen. Erstes
Serienfahrzeug mit Registerturbo war der Porsche 959.
Es kommen auch Aufladekonzepte zum Einsatz, bei denen es sich technisch
gesehen um Kombinationen aus Registeraufladung und mehrstufiger Aufladung
handelt, so bei den Motoren in den BMW-Modellen 535d (Baureihe E60/61), 335d,
123d und bei den 129-PS- und 150-PS-Dieselmotoren des neuen Mercedes-Benz
Sprinters. Hierbei arbeiten die Verdichter des kleineren und des grösseren Laders in
Reihe auf der Ansaugseite. Wird wenig Leistung benötigt, wird die Luft nur durch den
Verdichter des kleineren Laders komprimiert. Bei höherer Last wird dann durch
Steuerung des Abgasstroms und geregelte Überbrückung des ersten Verdichters der
grössere Lader wirksam. Durch eine Kennfeldregelung der Gassteuerung auf der
Abgas- wie auf der Frischgasseite im Zusammenspiel mit der Kraftstoffeinspritzung
können Drehmomentschwankungen im Übergangsbereich weitgehend unterdrückt
werden.
11.4 Twin-Scroll-Lader
Twin-Scroll-Lader unterscheiden sich von anderen Ladern nur durch die
abweichende Gestaltung des Auspuffkrümmers und der zweigeteilten
Abgaseinströmöffnung des Turbinengehäuses. Nach dem Krümmer oder spätestens
vor dem Einlass in das Turbinengehäuse werden die Abgaskanäle von jeweils zwei
Zylindern (bei Vierzylinder-Motoren) bzw. drei Zylindern (bei Sechszylinder-Motoren)
zusammengefasst. Dabei erfolgt die Auswahl der Zylinder so, dass sich die
Druckschwankungen der Abgasströme gegenseitig positiv beeinflussen, dadurch
wird der Abgasgegendruck reduziert und der Gaswechsel des Motors verbessert,
wodurch sich wiederum Verbrauch, Leistung und Ansprechverhalten verbessern.
Bisherige Turbinengehäuse waren bei PKW-Turboladern überwiegend mit einer
einzigen Einströmöffnung ausgeführt, der Eintrittsquerschnitt in die Turbine hatte
keine Trennwand für die Abgasströme. Über diese gemeinsame Einströmöffnung in
die Turbine konnte daher ebenfalls eine Störung der Abgasströmung in den
Abgaskanälen stattfinden und der Antrieb der Turbinenschaufel reduziert werden.
Durch die Verringerung der Oberflächenrauhigkeit der Abgas- und Turbinenkanäle ist
der Strömungsverlust aufgrund der zusätzlich notwendigen Trennwand allerdings
kompensiert worden. Besonders im unteren Drehzahlbereich sinkt auf diese Weise
der Abgasgegendruck, was zu einem verbesserten Ansprechverhalten des Motors
führt.
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11.5 Turbo-Compound
Die Turbo-Compound-Technologie kombiniert einen herkömmlich arbeitenden
Turbolader mit einer zweiten, nachgeschalteten Abgasturbine, die ihrerseits
mechanisch mit der Kurbelwelle verbunden ist.
Diese zweite Turbine nutzt die Energie des nach dem Austritt aus dem ersten Lader
immer noch heissen Abgases. Somit wird das Drehmoment noch zusätzlich erhöht.
Bei insgesamt nochmals gesteigerter Energieausnutzung, wird eine weitere
Verbesserung des Wirkungsgrads erzielt.
Anstelle einer mechanischen Ankopplung an die Kurbelwelle kann aber auch ein
zusätzlicher Generator angetrieben werden, um das elektrische Bordnetz zu
unterstützen. Dies ist sowohl in Verbindung mit der Turbine des Abgasturboladers
möglich, als auch mit einer separaten, nachgeschalteten Turbine.
12 Verwandte Aufladungssysteme
In diesem Kapitel zeige ich die meist verwendeten und bekanntesten
Aufladungstypen auf, die mit dem Turbolader verwandt sind.
12.1 G-Lader
Der G-lader ist ein Spirallader. Der Verdränger rotiert
nicht, sondern kreist. Die Vorteile seines Arbeitsprinzips
sind ein schneller Aufbau des Ladedrucks, sein hoher
Wirkungsgrad (65-70%), die niedrige Reibleistung,
geringer Geräuschpegel und die gute Abdichtung.
Dadurch hat man einen relativ hohen Ladedruck bei
niedrigen Drehzahlen.
12.2 Roots-Gebläse
Das Roots-Gebläse wird mechanisch von der Kurbelwelle
angetrieben. Durch die zwei Drehkolben wird Luft verdichtet
und eingeblasen.
Das Roots-Gebläse ist heute am Aussterben.
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Turbolader
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12.3 Druckwellenlader (Comprex)
Der Druckwellenlader wird durch die Kurbelwelle angetrieben. Es gibt
eine Abgasseite und eine Frischgasseite. Wenn nun Abgase
eintreten, wird das Frischgas ohne Vermischung mit der Abgase
verdichtet. Nach einer Viertelumdrehung kann es dann unter Druck
austreten. Die durch die Abgase gebildete Druckwelle schlägt zurück
und tritt eine weitere Viertelumdrehung später aus. Der dadurch
entstehende Unterdruck zieht wiederum 90° später ne ues Frischgas
an, das dann wieder verdichtet wird.
12.4 Mechanischer Lader (Kompressor)
Mechanische Lader, meist Kompressor genannt,
werden direkt vom Motor über Ketten-, Riemen- oder
Zahnradgetriebe angetrieben. In manchen Fällen wird
eine Kupplung dazwischen geschaltet. Durch diese
Kupplung kann man den Kompressor per Knopfdruck
im Innenraum des Fahrzeuges zu oder wegschalten.
13 Praktische Arbeit
In meiner praktischen Arbeit, stellte ich ein Querschnittmodell des Turboladers her.
Dieser Vorgang war für mich und auch meinen Experten Marco Wiget sehr
interessant und lehrreich. In diesem Abschnitt zeige ich das Vorgehen und die
Schritte genauer auf.
So sah der Turbolader am Anfang aus.
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Turbolader
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Wie man auf den Bildern erkennen kann, ist das Turbinengehäuse erodiert und innen
stark „verkohlt“. Aus diesem Grund habe ich es mit dem Sandstrahler bearbeitet.
Bevor der Turbolader geschnitten werden konnte, musste er zuerst zerlegt und
gereinigt werden.
Da sich der Turbolader unter voll Last extrem erhitzt, gab es Probleme mit einigen
Schrauben. Doch durch das Erhitzen konnten auch diese Schrauben gelöst werden.
Der Verdichter konnte gut mit dem Kleinteilereiniger gereinigt
werden.
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Individuelle Vertiefungsarbeit
Turbolader
A3.1
Auf dem Bild rechts, ist der komplette
Turbolader zerlegt. Wenn man den Lader im
aufgebauten Zustand anschaut, kann man es
kaum glauben, wie viele Teile wirklich im
Turbolader stecken.
Anschliessend bereiten wir den Lader zum
Schneiden vor. Für diesen Vorgang bauten wir
nur die Teile zusammen, die geschnitten
werden sollen. Somit können die
Funktionen und andere Details besser
aufgezeigt werden.
Am Schluss stellten wir noch einen
Ständer her, um das Querschnittmodell
am besten präsentieren zu können.
14 Schlusswort
Mit meiner IVA konnte ich mir das ganz genaue Prinzip des Turboladers und wichtige
Details daraus aufzeigen. Auch von meiner praktischen Arbeit konnte ich profitieren.
Es war eine sehr spannende Arbeit woraus ich viel lernen konnte. Ich denke ich kann
mit meiner Arbeit anderen Personen den Turbolader näher bringen und somit auch
Interesse wecken.
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Individuelle Vertiefungsarbeit
Turbolader
A3.1
15 Literaturverzeichnis
15.1 Bilder
Titelblatt:
Dieses Bild habe ich selber abgelichtet.
Seite 4:
Dieses Bild habe ich selber abgelichtet.
Seite 5:
http://www.t4wiki.de/wiki/index.php?title=Datei:Motor_Turbolader_VTG_Leitschaufeln.jpg&filetimefilet=2007030212
3218
Seite 6:
Diese Bilder habe ich selber abgelichtet.
Seite 7:
Diese Bilder habe ich selber abgelichtet.
Pop-Off Ventil:
http://gt-power.net/index.php?page=product&info=1008345
Seite 8:
http://leafracing.com/product.php?productid=16311&cat=259&page=8
http://www.hgmotorsport.de/shop/popup_image.php/pID/22666/imgID/1/XTCsid/pk22stq90r5mi4hfhccm9j81r5
Seite 9:
http://shop.wiltec.info/product_info.php/info/p2615_Dampfrad-fuer-alle-Turbo-Motoren---Benzin--Diesel.html
http://www.avb-sports.be/universal/turbo-nitrous-high-performance/boost-controller/12205
Seite 10:
Dieses Bild habe ich selber abgelichtet.
Seite 11:
Diese Bilder habe ich selber abgelichtet.
Turbo-Timer:
http://www.alamomotorsports.com/HKS/hks_timerv.html
Seite 12:
http://www.betuned.de/turbolader-aufbau-und-funktion/
Seite 19
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Individuelle Vertiefungsarbeit
Turbolader
A3.1
Seite 15:
G-Lader:
http://www.g-laderseite.de/g-lader_arbeitsweise.php
Roots-Gebläse:
http://www.finktech.de/motortechnik.php
Seite 16:
Diese Bilder habe ich selber abgelichtet.
Druckwellenlader:
http://www.finktech.de/motortechnik.php
Mechanischer Lader:
http://www.auto.de/magazin/showArticle/article/24711/Neue-Motoren-Rezepte-Sparen-mitKompressor
Seite 17:
Diese Bilder habe ich selber abgelichtet.
Seite 18:
Diese Bilder habe ich selber abgelichtet.
15.2 Text
Einige Ideen aus http://de.wikipedia.org/wiki/Turbolader in den Punkten 5; 6; 7.2; 7.3; 7.4; 8;
8.1.
Einige Ideen aus http://www.turbos.bwauto.com/products/turbochargerBearingSystem.de.aspx in
den Punkten 9.1; 9.2.
Seite 20
Ivo Krienbühl