Motor Aufladung. Grundlagen. Bildquelle: Bugatti. Aufladung. Grundlagen. AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 1/12

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1 Bildquelle: Bugatti AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 1/12 L:\Kurse\ab 2012\AM 3.1\1 Theorien\ _AM_MO_.doc

2 INHALTSVERZEICHNIS MECHANISCHE LADER (KOMPRESSOR)... 3 TURBOLADER... 4 LADELUFTKÜHLUNG... 5 LADEDRUCKREGELUNG... 6 Bypassventil (Wastegate)...6 Elektronische Ladedruckregelung über Stellmotor...7 Umluftventil (Pop-Off-Ventil)...7 VTG-Lader (Variable Turbinen Geometrie)...8 WERKSTATTARBEITEN... 9 Allgemeine Hinweise...9 Diagnose...9 Einbauhinweise...10 Ladedruck prüfen...10 Prüftabelle...11 Übersichtsplan...11 LINKS NOTIZEN AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 2/12 L:\Kurse\ab 2012\AM 3.1\1 Theorien\ _AM_MO_.doc

3 Mechanische Lader (Kompressor) Mechanische Lader, meist Kompressor genannt, werden direkt vom Motor über Ketten-, Riemenoder Zahnradgetriebe angetrieben. (meist über eine Magnetkupplung). Schraubenkompressor (Rootslader) Kombination Kompressor mit Turbolader, um die Vorteile beider Systeme auszunutzen Bildquelle: VW Ladedruckregelung des Kompressors Der Ladedruck wird über die Stellung der Regelklappe geregelt. Die verdichtete Frischluft wird zum Abgas-Turbolader gepumpt. Ist der Ladedruck zu hoch, wird die Regelklappe etwas geöffnet. Der Ladedruck sinkt. Auf der Saugseite wird die Luft wieder angesaugt und verdichtet. Dadurch wird der Kompressor entlastet und die erforderliche Antriebsleistung des Kompressors sinkt. Gemessen wird der Ladedruck über den Saugrohrdruckgeber AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 3/12 L:\Kurse\ab 2012\AM 3.1\1 Theorien\ _AM_MO_.doc

4 Turbolader Ein Turbo fördert mehr Luft in die Verbrennungsräume, als der Motor es durch Saugarbeit selbst bewerkstelligen kann. Er dreht bereits wenn der Motor im Leerlauf läuft. Der Ladedruck baut sich kontinuierlich und progressiv, mit der Erhöhung der Last und der Drehzahl auf. Kennzahlen Abgastemperaturen C Ladelufttemperatur bis zu 180 C Ladedruck Bar Drehzahlen 50' '000 Bildquelle: Borg Warner Schmierung Kühlung Die Turboladerwelle ist in einem hydrodynamischen Gleitlager gelagert welche über den Schmierölkreislauf des Motors geschmiert und gekühlt wird. Das Schmieröl strömt mit ca. 4 bar in den Turbolader und läuft praktisch drucklos in das Kurbelgehäuse. Für Ottomotoren, bei denen die Abgastemperatur um 200 bis 300 C höher liegt als bei Dieselmotoren, werden meist wassergekühlte Lagergehäuse eingesetzt. Bildquelle: Hella AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 4/12 L:\Kurse\ab 2012\AM 3.1\1 Theorien\ _AM_MO_.doc

5 Ladeluftkühlung Die Verdichtung der Ansaugluft führt zu einer Temperaturerhöhung von bis zu 180 C. Neben der zusätzlichen Temperaturbelastung verringert sich dadurch auch die Leistung, da sich der Füllungsgrad des Motors verschlechtert. Darum wird die Ladeluft bei praktisch allen modernen, aufgeladenen Motoren durch Ladeluftkühler gekühlt. Die Ladeluftkühler verwenden Fahrtwind oder Kühlflüssigkeit zur Kühlung. Vorteile: Leistungssteigerung, abgesenkte NOx-Emissionen infolge niedrigerer Verbrennungstemperaturen. Verbesserung im Klopfverhalten bei Ottomotoren. Luftgekühlter Ladeluftkühler flüssigkeitsgekühlte Ladeluftkühlung Bildquelle: VW AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 5/12 L:\Kurse\ab 2012\AM 3.1\1 Theorien\ _AM_MO_.doc

6 Ladedruckregelung Bypassventil (Wastegate) Beim Bypassventil wird bei Bedarf ein Teil der Motorabgase um die Turbine herumgeführt (Bypass). Als Regelorgan dienen entweder ein Tellerventil oder eine Klappe. Beide werden pneumatisch betätigt. Der nötige Steuerdruck wird auf der Druckseite abgenommen. Erreicht der Ladedruck einen bestimmten Wert, wird die Membrandose das Klappenventil betätigen. 1 = Turbinenrad; 2 = Verdichterrad; 3 = Verbindungswelle; 4 = Klappenventil; 5 = Druckstange; 6 = Membrandose. Abgasturbolader mit Wastegate und elektronischer Ladedruckregelung durch das Motorsteuergerät. A = Leckluft; 1 = Turbinenrad; 2 = Verdichterrad; 3 = Verbindungswelle; 4 = Klappenventil; 5 = Druckstange; 6 = Membrandose; 7 = Motorsteuergerät; 8 = Magnetregelventil. Hinweis: Bei Dieselmotoren kann die Ladedruckreglung auch mit Unterdruck erfolgen. AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 6/12 L:\Kurse\ab 2012\AM 3.1\1 Theorien\ _AM_MO_.doc

7 Elektronische Ladedruckregelung über Stellmotor Die elektronische Ladedruckregelung durch einen elektrischen Stellmotor verfügt über einen deutlich erweiterten Verstellbereich, wodurch der Ladedruck noch genauer über den gesamten Drehzahlbereich auf einen gewünschten, im Kennfeld gespeicherten Wert geregelt wird. Bildquelle: Ford Umluftventil (Pop-Off-Ventil) Bei einer plötzlichen Gaswegnahme würde sich die Drosselklappe schliessen und der Verdichter infolge seiner Massenträgheit Luft gegen ein nahezu geschlossenes Volumen fördern, wodurch ein Staudruck im Verdichtergehäuse entsteht. Die Drehzahl des Turboladers würde sehr schnell abnehmen und würde im Fahrbetrieb ein Turboloch verursachen. Um das zu verhindern, wird z.t. ein Umluftventil geöffnet. Die Verdichtete Luft wird wieder zur Saugseite geleitet. Somit bleibt die Turbine auf Drehzahl und bei einem anschliessenden Beschleunigungsvorgang steht sofort wieder Ladedruck zur Verfügung Direkt am Turbolader angeflanscht ist das Schubumluftventil. Es sorgt dafür, dass der Lader im Schiebebetrieb nicht zu viel Drehzahl verliert. Bildquelle: VW AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 7/12 L:\Kurse\ab 2012\AM 3.1\1 Theorien\ _AM_MO_.doc

8 VTG-Lader (Variable Turbinen Geometrie) VTG- (BorgWarner) oder VNT- (Garrett) Turbolader mit variabler Turbinengeometrie. Die Leitschaufeln werden mit einem Stellring bewegt. (pneumatisch oder elektrisch) Bildquelle: Borg Warner 1 = verstellbare Leitschaufel; 2 = Unterdruckdose; 3 = Verdichterrad; 4 = Turbinenrad. Bildquelle: Peugeot Über die Leitschaufeln lässt sich der Turbinenquerschnitt verändern und somit der Ladedruck bei unterschiedlichen Drehzahlen anpassen. Links: zeigt die Stellung der Leitschaufeln für hohes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen. Rechts: öffnet sich der Einlassquerschnitt vor der Turbine maximal, damit wird bei höheren Drehzahlen der Ladedruck erreicht aber nicht überschritten. Hinweis: Befindet sich das System im Notlauf, werden die Leitschaufeln so gesteuert, dass sie den grössten Einströmungsquerschnitt freigeben, wodurch Ladedruck und Motorleistung sinken. AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 8/12 L:\Kurse\ab 2012\AM 3.1\1 Theorien\ _AM_MO_.doc

9 Werkstattarbeiten Allgemeine Hinweise Motor starten ohne das Fahrpedal zu betätigen. (bis die Ölversorgung sichergestellt ist) Motor nie sofort ausschalten. (vor allem wenn er mit hoher Leistung betrieben wurde) Die Ladedrücke eines aufgeladenen Motors dürfen die vom Hersteller festgelegten Ladedrücke nicht überschreiten, da es sonst zur Zerstörung des Motors kommen kann. Wartung und Reparatur Motoröl und Ölfilter sollten vorschriftsmässig nach Herstellerangaben gewechselt werden. Bei Wartungsarbeiten ist darauf zu achten, dass keine Fremdkörper in den Turbolader gelangen. Turboladerschäden entstehen meist durch folgende Ursachen: verschmutztes Öl oder zu geringer Öldruck (meist durch Verstopfung der Ölzulaufleitung) Eindringen von Fremdkörpern in die Turbine oder den Verdichter Überhöhte Abgastemperaturen (Zündanlagen/Einspritzanlagen) Diagnose Bei der Fehlersuche sollte nicht unbedingt beim Turbolader begonnen werden. Oft werden funktionstüchtige Turbos ausgetauscht, obwohl der Fehler an einer anderen Stelle liegt. Sichtkontrolle: Unterdruckschläuche und Ladeluftleitungen prüfen. Eine Ansteuerung (Stellglieddiagnose) von Steuerelementen ist meist möglich. Verstellmechanismus von Hand oder mit Vakuumpumpe prüfen. (auch Dichtheit prüfen) Bei ungewöhnlichen Geräuschen sollte man schnellstens die Ursache suchen. Kann ein fühlbares Spiel an der Welle festgestellt werden, empfiehlt es sich den Turbolader zu tauschen. AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 9/12 L:\Kurse\ab 2012\AM 3.1\1 Theorien\ _AM_MO_.doc

10 Einbauhinweise Vor dem Einbau eines neuen Turbos muss unbedingt die Ausfallursache des alten Laders festgestellt und beseitigt werden. Überprüfen Sie vor der Montage die Luft- & Ölfilteranlage des Motors, nehmen Sie einen Luftfilterwechsel und Ölwechsel mit Filter vor. Prüfen bzw. reinigen Sie die Ansaugleitung und das Abgassammelrohr des Motors. Fremdkörper in den Leitungen verursachen mit Sicherheit Schäden bei der Inbetriebnahme. Ölzulaufleitung zum Turbo erneuern, Ölrücklaufleitung prüfen, reinigen, im Zweifelsfall erneuern Entfernen Sie alle Schutzkappen des neuen Laders. Füllen Sie die Öleinlassbohrung des Laders mit Motoröl, damit eine einwandfreie Schmierung bei der Inbetriebnahme gesichert ist. Abb. 1 Bei allen Anschlüssen am Turbolader nie flüssiges Dichtmittel verwenden. Abb. 2 Von einem Schaden des Turboladers kann auch der Ladeluftkühler betroffen sein, da sich in diesem z. B. Späne aus dem Turbolader festsetzen können. Gelangen Späne vom Ladeluftkühler in den Motor, kann dies einen kapitalen Motorschaden nach sich ziehen. Starten Sie den Motor und lassen Sie diesen 2-3 min im Leerlauf laufen, bevor Sie ihn belasten. Alle Dichtungen und Verbindungen auf Dichtheit prüfen. Abb. 3 Bildquelle: Motul Ladedruck prüfen Ladedruckregelsysteme sind in der Regel eigendiagnosefähig, viele Tests können mit dem Diagnosegerät geprüft werden: Der Ladedruck lässt sich über Istwert- oder Parameter darstellen. Fehlercodes wie Ladedruck zu hoch oder Ladedruck zu gering sind wichtig, denn die Ursachen dafür können vielfältig sein. Eine weitere wichtige Prüfung ist die Ansteuerung der elektrischen Schaltventile. Das so genannte Tastverhältnis lässt sich über Istwert- oder Parameter ermitteln oder das PWM-Signal als Signalkurve mit dem Oszilloskop grafisch darstellen. Im Beispiel baut der Lader keinen Druck auf (Ladedruck-Istwert = Umgebungsluftdruck) die angesaugte Luftmasse ist viel zu gering. AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 10/12 L:\Kurse\ab 2012\AM 3.1\1 Theorien\ _AM_MO_.doc

11 Prüftabelle Übersichtsplan 1. Aktivkohlebehälter 2. Rückschlagventil 3. Abgasturbolader 4. Druckdose für Ladedruckregelung 5. Mechanisches Umluftventil 6. Bremskraftverstärker 7. Rückschlagventil 8. Magnetventil für Ladedruckbegrenzung 9. Luftmassenmesser 10. Luftfilter 11. Druckregelventil für Kurbelgehäuseentlüftung 12. Unterdruck-Vorratsbehälter 13. Kraftstoff-Druckregler 14. Saugrohr 15. Kurbelgehäuseentlüftung 16. Rückschlagventil 17. Umluftventil für Turbolader 18. Drosselklappensteuereinheit 19. Rückschlagventil 20. Ladeluftkühler AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 11/12 L:\Kurse\ab 2012\AM 3.1\1 Theorien\ _AM_MO_.doc

12 Links Notizen AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 12/12 L:\Kurse\ab 2012\AM 3.1\1 Theorien\ _AM_MO_.doc