Individuelle Vertiefungsarbeit Turbolader A3.1

Turbolader Eingereicht am 24. Juni 2011 von: Krienbühl Ivo e-mail: mr.wastegate@hotmail.com Fächerbezug: Integrierte Naturlehre (INL) / Technisches Gestalten (TG Metall) betreut von: Wiget Marco e-mail: holland-marco@hotmail.com Individuelle Vertiefungsarbeit (IVA) des Jahrgangs 2008/11 an der Mittelpunktschule Rothenthurm (MPSR) Fr. 24.06. 2011 Klasse: A 3.1 Klassenlehreperson: Jo. Strebel

Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis... 1 1 Vorwort... 3 2 Abstract... 3 3 Zielformulierung... 3 3.1 Aspekt... 3 4 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 Anbauorte... 9 8 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 Seite 2

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. Seite 3

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 CO 2 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. 4.1 Vorteile der Turboaufladung Abgasseite Frischluft/-Gas Seite Turbine Lagerung Verdichter 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 CO 2 in die Luft ab, muss aber nicht auf Leistung und Drehmoment verzichten. Seite 4

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 Seite 5 VTG Geschlossen

Individuelle Vertiefungsarbeit Turbolader A3.1 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. Seite 6

Individuelle Vertiefungsarbeit Turbolader A3.1 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. Seite 7

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. Seite 8

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. Seite 9

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. Seite 10

Individuelle Vertiefungsarbeit Turbolader A3.1 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. Seite 11

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). Seite 12

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-Reihensechszylinder- Biturbo, 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 Seite 13

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. Seite 14

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. Seite 15

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. Seite 16

Individuelle Vertiefungsarbeit Turbolader A3.1 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. Seite 17

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. Seite 18

15 Literaturverzeichnis 15.1 Bilder Titelblatt: Dieses Bild habe ich selber abgelichtet. Seite 4: Dieses Bild habe ich selber abgelichtet. Seite 5: http://www.t4- wiki.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

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-mit- Kompressor 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