AUFLADUNG / _

Transkript

1 AUFLADUNG / _

2 INHALTSVERZEICHNIS 1. Dynamische 1.1. Erklärung Resonanzaufladung Schwingsaugrohrsysteme 4 2. Fremdaufladung 2.1. Abgasturbolader Aufbau Funktion Vor- und Nachteile Doppelaufladung (Bi-Turbo) Registeraufladung (Twinturbo) Prüfanleitung Kompressor Aufbau und Funktion Vor- und Nachteile Ladedruckregelung Mechanisch-pneumatische Ladedruckregelung Elektronische Ladedruckregelung Ladedruckregelung mit VTG Umluft- und Bypasssystem 9 2

3 1. Dynamische 1.1. Erklärung Wenn das Einlassventil sich öffnet, wird in den strömenden Frischgasen eine Druckwelle ausgelöst. Die Druckwelle bewegt sich mit Schallgeschwindigkeit in Richtung Ausgang des Saugrohrs, und wird am Ende von der ruhenden Luft reflektiert. Die Druckwelle läuft wieder zurück zum Einlassventil. Wenn man diese Druckwelle so beeinflusst, dass sie gerade dann, wenn das Einlassventil offen ist wieder dort ist, kann man einen Aufladeeffekt erzeugen. Die Frequenz dieser Druckwelle hängt von der Saugrohrlänge, dem Saugrohrquerschnitt und der Motorendrehzahl ab. Bei der Dynamischen nutzt man diesen Effekt, indem man entweder die Saugrohlänge oder die schwingende Masse verändert Resonanzaufladung Die Resonanzaufladung kann die Frequenz der schwingenden Luft beeinflussen, indem man ein Resonanzbehälter zuschalten kann. Bei niedriger Motorendrehzahl hat man eine tiefere Ventilöffungsfrequenz. Deshalb muss auch die Frequenz der schwingenden Luft gesenkt weden. Dazu schaltet man einen Resonanzbehälter zu. Die Masse der schwingenden Luft vergrössert sich und senkt somit die Freqenz. Bei höherer Motorendrehzahl wird der Resonanzbehälter geschlossen und die Frequenz steigt. Verwendet wurde das System vor allem von Audi und Lancia. 3

4 1.3. Schwingsaugrohrsystem Vom Schwingsaugrohrsystem gibt es zwei Varianten. Schaltsaugrohre oder stufenlos regelbare Sauganlagen. Mit der Saugrohrlänge verändern sie die Frequenz der Druckwelle. Die Schaltsaugrohre haben eine oder mehrere Umschaltklappen, womit sie das Saugrohr lang oder kurz machen können. Bei tiefen Drehzahlen strömt die Luft durch das lange Saugrohr und bei hohen Drehzahlen durch das Kurze. Die stufenlose Sauganlage kann die Saugrohrlänge, je nach Drehzahl, beliebig verändern. So kann er zu jeder Drehzahl die Saugrohrlänge optimal anpassen. 2. Fremdaufladung 2.1. Abgasturbolader Aufbau Der Abgasturbolader besteht hauptsächlich aus dem Laufzeug, einem Ladedruckregelventil und dem Gehäuse. Das Laufzeug besteht aus dem Turbinenrad auf der Auslassseite, dem Verdichterrad auf der Einlassseite und der Welle die beide Verbindet. Das Turbinenrad ist in den meisten Fällen aus Gusseisen, bei grösseren Ladern kann es auch aus einer Titanlegierung sein. Das Verdichterrad besteht aus einer Titan-/Alulegierung. Die Welle ist aus einer Nickellegierung. Das Laufzeug kann 4

5 Drehzahlen von /min bis zu /min erreichen. Das Gehäuse auf der Auslassseite ist wegen der höheren Wärmebelastung aus Guss und hat teilweise eine Wasserkühlung. Auf der Einlassseite ist das Gehäuse aus einer Alu-Legierung. Das Ladedruckventil wird im Kapitel 2.3. detaillierter beschrieben Funktion Die heissen Abgase, die aus dem Brennraum ausgestossen werden, treiben das Turbinenrad an. Die Energie wird über die Welle auf das Verdichterrad übertragen. Dieses verdichtet die angesogene Luft, die sich bis zu 180 C erhitzen kann Vor- und Nachteile Benötigt keine Antriebskraft des Motors Eine Drehmoment- und Leistungssteigerung ohne viel Aufwand Deutliche Leistungssteigerung erst im mittleren und hohen Drehzahlbereich Reagiert wegen der Massenträgheit mit leichter Verzögerung Doppelaufladung (Bi-Turbo) Wenn man zwei gleich grosse Turbos parallel arbeiten lässt, spricht man von einer Doppelaufladung. Dadurch hat man ein besseres Ansprechverhalten, da die Massenträgheit eines grossen Laders grösser ist, als die von zwei kleinen. Sie wird meistens bei Motoren mit mehreren Zylinderbänken verwendet, wie beim V10 TFSI von Audi. Beim W16 von Bugatti kommen sogar vier Turbolader zum Einsatz. 5

6 Registeraufladung (Twin-Turbo) Die Registeraufladung hat auch zwei Turbos, aber einen Kleinen und einen Grossen. Sie werden hintereinander platziert. Bei niedrigen Drehzahlen wird der kleine Turbo eingesetzt. Im mittleren und hohen Drehzahlbereich wird dann der Luftstrom des kleinen Turbos umgeleitet, dass nur noch der grosse Lader die Frischluft verdichtet. Diese Variante ergibt auch ein besseres ansprechverhalten, da der kleine Turbo schneller reagiert als der Grosse. Dieses System kommt beim neuen Skyactive-D von Mazda zum Einsatz Prüfanleitung Einen Turbolader kann man am einfachsten mit einem Markentestgerät prüfen. Dort kann man in den Parametern nachsehen, ob er Auffälligkeiten hat. Danach muss man je nach Problem die Fehler suchen. Das macht man am besten mit einer Anleitung vom Hersteller, wie ich sie im Anhang beigelegt habe. 6

7 2.2. Kompressor Aufbau und Funktion Der Kompressor arbeitet nach dem Prinzip der Gebrüder Roots. Er hat zwei gegenläufige Rotoren die zwei bis drei ineinandergreifende Flügel besitzen. Angetrieben wird der Kompressor von der Kurbelwelle über einen Zahnriemen oder eine Kette. Die Frischluft wird angesogen und in Richtung der Drosselklappe gedrückt. Der Kompressor verdichtet die Luft nicht selber. Sie wird vor der Drosselklappe verdichtet, da der Kompressor immer mehr Luft fördert. Sie haben die 5- fache Motorendrehzahl und erreichen so Drehzahlen bis /min. Die Ladedruckregelung erfolgt über eine Hauptdrosselklappe und eine Bypassklappe. Die Lastzustände werden im Zusammenspiel von Drossel- und Bypassklappe gesteuert. Im Teillastbetrieb ist die Bypass-klappe geöffnet. Die komprimierte Luft vermischt sich nun wieder mit der Luft vor dem Kompressor, und wird wieder von ihm angesaugt. Wenn dann der Ladedruck benötig wird, wird die Bypassklappe geschlossen und Kompressor arbeitet normal Vor- und Nachteile Reagiert spontan Kein Turboloch Schon Ladedruck bei niedrigen Drehzahlen Es wird Motorenenergie genommen um dem Kompressor anzutreiben z.t. hohe Geräuschentwicklung 7

8 2.3. Ladedruckregelung Mechanisch-Pneumatische Ladedruckregelung Bei der Mechanisch-Pneumatischen Ladedruckregelung ist alleine der erzeugte Ladedruck zuständig für die Ladedruckregelung. Der erzeugte Druck drückt gegen die Feder im Ladedruckregelventil. Wenn der maximale Ladedruck erreicht ist, ist die Kraft des Ladedrucks die gegen die Feder drückt grösser, als die von der Feder und das Bypass- oder Umluftventil geht auf. So wird die Luft um das Turbinenrad gelenkt. Somit wird das Laufzeug abgebremst und der Ladedruck sinkt. Um ein bisschen mehr Ladedruck zu erreichen muss man nur eine härtere Feder einsetzen Elektronische Ladedruckregelung Die Elektronische Ladedruckregelung funktioniert ähnlich wie das Mechanisch-Pneumatische System. Der Unterschied ist, dass man nicht nur eine Leitung mit dem Ladedruck hat, sondern auch eine mit Luft die Atmosphärendruck hat. Diese werden zu einem elektrischen Magnetventil geführt. Dort regelt ein Steuergerät anhand von verschiedenen Kennlinien den Ladedruck. Wenn er zu gross ist, lässt das Taktventil den Ladedruck zum Regelventil, das dann die Bypassleitung öffnet. Wenn der Ladedruck zu gering ist, lässt das Magnetventil den Atmosphärendruck auf das Regelventil wirken und es schliesst die Bypassleitung. Zu tiefer Ladedruck Zu hoher Ladedruck 8

9 Ladedruckregelung mit Variabler Turbo Geometrie (VTG) Bei diesem speziellen Turbolader wird der Ladedruck über verstellbare Leitschaufeln verändert. Er braucht also kein Ladedruckregelventil. Die Regelung hängt von der Motorendrehzahl ab und wird vom Motorsteuergerät übernommen. Dieses wird bei Citroën mit Unterdruck gesteuert. Ein Magnetventil steuert den Druck in der Unterdruckdose. Je nach Druck werden dann die Leitschaufeln über das Gestänge verstellt. Bei niedriger Motordrehzahl werden die Leitschaufeln flach angestellt. Damit erhöht man die Geschwindigkeit des Abgasstroms. Zudem wirken die Abgase ganz aussen auf die Turbinenschaufeln. So kann man einen grossen Ladedruck erzeugen. Wenn die Motordrehzahl hoch ist, werden die Leitschaufeln steil angestellt, damit die Abgase auf den mittleren Bereich der Turbinenschaufeln wirken. Der geringere Hebelarm erzeugt weniger Kraft auf das Turbinenrad. Mit der VTG kann auch einen Overboost ermöglicht werden. Für kurze Zeit können die Leitschaufeln verstellt werden und es entsteht ein sehr grosser Ladedruck Umluft- und Bypasssystem Der Unterschied zwischen den beiden Systemen ist, dass das Umluftventil den zu hohen Ladedruck in das Saugrohr strömen lässt und so den Ladedruck verringert. Das Bypasssystem lässt die Abgase am Turbinenrad vorbeigehen. Der Vorteil des Umluftsystems ist, dass das Laufzeug im Turbolader nicht abgebremst wird. Dadurch reagiert der Turbo etwas schneller bei einem plötzlichen Lastwechsel. 9