Dette er en fremragende artikel som er værd at læse.

turbolader

fra Wikipedia, den gratis encyklopædi
Spring til navigation Spring til søgning
Udstødningsgas turbolader i sektion; til venstre turbinesiden (udstødningsgas), til højre kompressoren (indsugningsluft)
Turbolader på en showroom motorblok af en lastbil

En komponent til komprimering af luft tilført en forbrændingsmotor ( motoroverladning ) betegnes som en turbolader , også kendt som udstødningsgasturbolader ( ATL ) eller i daglig tale turbo . Motorens ydelse eller effektivitet øges i forhold til en motor, der kun trækker luften ind ( naturligt aspireret motor ). Turboladeren er en hjælpeenhed i forbrændingsmotoren. Dens funktionsmåde består i at bruge en del af energien fra motorens udstødningsgas ved hjælp af en turbine til at drive en kompressor , normalt en radial kompressor [1] . Kompressoren øger lufttrykket i indsugningssystemet, hvilket betyder, at motoren modtager mere forbrændingsluft eller mere ilt , hvilket er nødvendigt for forbrænding, end en ikke-overladet naturligt aspireret motor. En naturligt opsuget motor modtager kun forbrændingsluften gennem det undertryk, som stemplerne skaber, når de bevæger sig nedad i cylinderen (indsugning).

En turbolader består af en udstødningsgasturbine, der bruger energien fra udstødningsgasserne og driver en kompressor, der komprimerer den luft, der tilføres motoren. Lufttilførslen øges således, og stemplernes sugearbejde reduceres. Turbolader udstødningsgasserne er normalt designet til fordel for tryk (overbelastningsopladning), nogle kan desuden deres kinetiske energiforbrug (pulsladning). Normalt tilsluttes en ladeluftkøler nedstrøms for kompressoren, hvilket kan opnå bedre påfyldning ved en lavere temperatur i cylinderen .

Opfinderen af ​​turboladeren er schweizeren Alfred Büchi , der i 1905 ansøgte om patent [2]konstant tryk eller akkumulation . I 1930'erne, Adolph Saurer AG fra Arbon produceret diesel lastbiler som de første køretøjer med turboladere. [3]

Arbejdsmåde

En stor del af tabene sker i termodynamiske cyklusprocesser som diesel- eller Otto -cyklussen gennem ubrugt udsugningsvarme og det resterende udstødningstryk (typisk 3-5 bar), fordi gassen ikke længere kan ekspanderes på grund af det begrænsede kompressionsforhold . Med en naturligt opsuget motor tømmes den ubrugt i udstødningen . Det er mere effektivt at genvinde en del af denne resterende energi gennem yderligere ekspansion i en udstødningsgasturbine .

Akseleffekten af ​​denne højhastighedsudstødningsgasturbine kan bruges på forskellige måder:

  • Det kan reduceres til motorens krumtapaksel ( turbo-sammensat motor ).
  • Det kan drive en elektrisk generator, der aflaster eller endda overflødiggør en generator , der ellers ville blive drevet af krumtapakslen.
  • Den effekt, som udstødningsgasturbinen får, kan komprimere ladeluften via en kompressor. Dette har flere effekter:
    • I indsugningsslaget drives stemplet med positivt tryk i stedet for at skulle arbejde mod undertryk som i den naturligt opsugede motor .
    • Leveringshastigheden stiger, mere luft kommer ind i forbrændingskammeret, hvilket også øger motorens ydeevne og effektivitet.

For nylig er kompressorer, der drives af krumtapakslen (i daglig tale også kaldet kompressorer ) såsom rotationslobkompressorer eller rodblæsere sjældent blevet brugt, da den billigt tilgængelige effekt af en udstødningsgasturbine kan bruges.

Opladning i firetaktsmotoren

I den firetakts naturligt aspirerede motor genererer stemplerne et undertryk i indsugningsslaget , hvor luft eller en brændstof-luftblanding strømmer ind under atmosfærisk tryk. Ved lave hastigheder er der nok tid, så forbrændingskammeret næsten fuldstændigt fyldes med frisk ladning . Med stigende hastighed åbner indløbsventilen imidlertid kortere og kortere og med stigende strømningshastighed i indsugningskanalen forhindrer stigende tryktab fyldningen af ​​cylinderen, leveringsgraden falder og mindre og mindre frisk ladning er tilgængelig. Ved at øge det ydre tryk med en turbolader presses der betydeligt mere frisk ladning ind i cylinderen, især ved høj hastighed, hvilket øger drejningsmomentet og følgelig det opnåelige motorydelse .

Opladning med totakts

I totaktsmotorer presses frisk ladning ind i cylinderen på kort tid, mens den passerer gennem det nederste dødpunkt, og udstødningsgasserne udstødes (dynamisk ladningsudveksling eller " rensning "), hvilket i tilfælde af firetaktsmotoren tager to separate slag. Den hurtige gasudveksling i totaktsmotoren kræver altid mindst en blæser (i det enkleste tilfælde skylning af krumtaphuset ). Med en turbolader kan et effektivt øget boosttryk kun bygges op, hvis udstødningen lukker før indsugningen, hvilket opnås med en kontrolleret udstødningsventil i totaktsdieselmotoren .

Struktur og funktion

En udstødningsgasturbolader består normalt af en udstødningsgasturbine og en turbokompressor på en fælles aksel. De er designet som radiale flowmaskiner, hvilket betyder, at gassen strømmer udefra til indersiden af ​​turbinen og fra indersiden til ydersiden af ​​kompressoren. Udstødningsgasstrømmen sætter turbinehjulet i rotation. Dens drejningsmoment og hastighed overføres via den fælles aksel til kompressorhjulet i indsugningskanalen.

Turbo forsinkelse

Så længe der er tilstrækkelig udstødningsgas, er hastigheden tilstrækkelig til at generere overtryk på indsugningssiden. Denne tilstand nås kun (med konventionelle motorkøretøjsmotorer) ved en højere gasgennemstrømning fra motorhastigheder på omkring 1500 til 2000 min −1 , så turbomotorer kun fungerer som naturligt aspirerede motorer i det lavere hastighedsområde. Selv ved højere motorhastigheder og ved lave belastninger har de en forsinket reaktion på pludselig acceleration, fordi turboladeren først skal nå højere motorhastigheder for at opbygge boosttrykket. Denne effekt kaldes turbo lag .

præstationsforøgelse

Forøgelsen af ​​ydeevnen, der kan måles ved krumtapakslen, er i mindre grad baseret på forbedret effektivitet , men for det meste på, at der kan forbrændes mere brændstof i den større luftmængde i cylinderen. Dette fører til højere motor middeltrykket , højere drejningsmoment og dermed mere magt. Med benzinturbomotorer skal kompressionsforholdet ofte reduceres i forhold til en naturligt opsuget motor, ellers kan brændstof-luftblandingen antændes ukontrollabelt ( banker ) som følge af for højt totaltryk og den resulterende høje temperatur.

Ladeluftkøling

I modsætning til den naturligt aspirerede motor, hvor indblæsningsluften afkøles adiabatisk i indsugningsslaget på grund af det negative tryk, fører komprimeringen til en betydelig opvarmning af luften med op til 180 ° C. [4] Fordi varm luft har en lavere densitet, kan påfyldningen og dermed motorens ydeevne øges yderligere ved at afkøle ladeluften efter komprimering af en ladeluftkøler . Ladeluftkøling bruges i praktisk talt alle moderne superladede motorer. Da ladeluftkøleren har en strømningsmodstand og dermed reducerer trykket, der genereres af kompressoren igen, bør den forårsage en afkøling på mere end 50 K [4] for at opnå den ønskede ydelsesforøgelse sammenlignet med en motor uden ladeluftkøling .

I motorer, hvor den højest mulige effekt har prioritet over levetiden, kan ladeluften også afkøles ved en ekstra vandindsprøjtning eller indsprøjtning af en vand-alkoholblanding direkte i indsugningskanalen, hvilket muliggør en yderligere forøgelse af ydeevnen.

Strømstyring

Enkle, uregulerede turboladere - som alle turbomaskiner - har et snævert driftsområde med den bedst mulige grad af effektivitet, hvilket er svært at tilpasse til motorkortet. En kompressor designet til motorens maksimale ydelse ville opbygge for lidt tryk ved medium effekt, og ved lav gasgennemstrømning ville der endda være et indtagstryktab, fordi den langsomme kompressorhjul står i vejen for indsugningsstrømmen (se også turbo forsinkelse ). Der er forskellige teknikker og designmåder til at afhjælpe dette problem, især almindelig bypassventil / wastegate , justerbare styreskovle (variabel turbinegeometri, VTG) og turboladning . Teknikkerne kan også bruges i kombination.

Turboladerakslens hastighed og leje

Turbinen og kompressoren arbejder med skovlhjul for at omdanne strømningsenergi til roterende bevægelser og omvendt. Moderne turboladere kan nå hastigheder på op til 400.000 omdrejninger i minuttet (f.eks. Smart trecylindret turbodiesel). Ved sådanne høje hastigheder skal turboladerakslen understøttes i et hydrodynamisk glideleje. Ud over olieforsyningsforbindelserne har nogle turboladere også forbindelser til kølevandskredsløbet.

I nogle tilfælde bruges et eller to keramiske kuglelejer ud over glidelejer. Kuglelejerede turboladere har mindre friktion, hvilket får dem til at reagere hurtigere. Dette fremskynder stigningen i hastigheden på kompressoren og lader boostetrykket starte tidligere.

Jam -opladning og burst -opladning

Under backup-opladning samles udstødningsgasserne, opsamles og først ledes derefter til udstødningsgasturbinen. Møllen er primært designet til at bruge trykforskellen mellem udstødningsmanifolden og udstødningsledningen . Det flyves næsten jævnt. Ved pulsladningen er turbinen primært designet til at evaluere kinetisk energiforbrug af de udstødte gasser til opladning. Til dette formål er det forbundet til cylinderens udløb via smalle linjer, der er så korte som muligt. I flercylindrede maskiner med chokladning føres udstødningsgasserne gennem flere rør og kommer ind i turbinen gennem en gruppe dyser. Udstødningsledningerne skal samles på en sådan måde, at de cylindre, der er forbundet til den respektive ledning, ikke udsender udstødningsgasser på samme tid. Ved chokladning falder trykket ved afgangsventilen under skylningstrykket efter en indledende kraftig stigning på grund af inertien i den udstødte gasmasse, hvilket begunstiger gasudvekslingen. Den accelererede gasmasse rammer møllen og driver den. Udstødningstrykket ved turbinen svinger meget mere end ved backup-opladning.

Udviklingen af ​​turboladeren med impulsopladning kan også spores tilbage til Alfred Büchi.

Fordele og ulemper ved turboladning

fordele

Udstødningsgas -turboladning muliggør det maksimale gennemsnitlige effektive tryk og dermed øges drejningsmomentet og maksimal effekt for en given forskydning. Denne stigning resulterer enten i en mere kraftfuld motor med omtrent de samme dimensioner og vægt som den originale, uopladede motor, eller gør det muligt at opnå den samme ydelse fra en mindre maskine ( nedskæring ). Turboladningens ydelsespotentiale blev klart i Formel 1 -motorer i 1980'erne, da de mest kraftfulde turbomotorer med et slagvolumen på 1,5 l opnåede ydelser på mere end 750 kW under træning.

Overtrykket af den ladede tilluft skubber stemplet nedad og sikrer, at der ikke skal bruges energi til sugning.

En stor fordel ved udstødningsgasturboladeren i forhold til kompressoren er, at udstødningsgasturboladeren i det mindste bruger noget af det ellers ubrugte overtryk (ca. 3 bar ved maksimal ydelse) af udstødningsgasserne, det vil sige, at det kræver lidt ekstra effekt til driften . [5] Med turboladeren strømmer den varme udstødningsgas ud af cylinderen ved høj hastighed og sætter turbinen i rotation (stemplet skubber derefter resten af ​​udstødningsgassen ud, selv om udstødningens modtryk er højere end for en ikke -overladet motor eller en superladet motor - se også under "Ulemper" nedenfor). En kompressor er derimod mekanisk koblet direkte til motoren (tandrem, tandhjul, kæde, kilerem) og trækker dermed direkte nyttig effekt fra motoren. En fordel ved kompressoren er, at den genererer overtryk, selv ved en lavere hastighed end en turbolader. Den samlede effektivitet af "Turbo" -systemet er højere end "Compressor" -systemets.

ulempe

Opladning fører til højere mekaniske og termiske belastninger samt højere middeltryk. Derfor skal nogle komponenter forstærkes, f.eks. Motorblok , cylinder , topstykke , ventiler , topstykkepakning , stempler , stempelringe , muligvis forbindelsesstænger , krumtapaksel og nogle lejer . Dette øger generelt køretøjets vægt.

Hvis turboladeren leveres som en del af en nedskæring, forbliver drejningsmomentet og effekten nogenlunde den samme, og det tidligere drivværk kan stort set bevares.

Nogle komponenter i turboladeren skal muligvis afkøles (f.eks. Med en oliekøler) (især dens lejer).

Da opladeren henter sin energi fra trykgradienten mellem udstødningsgasserne og den omgivende luft, skal udstødningssystemets tværsnit være stort nok, så der ikke er et for stort modtryk i udstødningen. Modtrykket bør ikke overstige ca. 5 kPa [4] (standardatmosfærisk tryk er ca. 100 kPa).

I tilfælde af benzinmotorer med kompressor, hvis udstødningsgasturbiner kan blive rødglødende, anbefaler nogle producenter ikke at slukke motoren umiddelbart efter kørsel under høj belastning, men snarere at lade den køre i et par snesevis i tomgang så opladeren kan fortsætte med at rotere, når den køler ned. Hvis dette ikke sker, kan akselens oliesmurt glideleje blive uopretteligt beskadiget ved overophedning.

En mulighed for at forhindre dette er såkaldte turbotimere . Disse gør det muligt for motoren at fortsætte med at køre i en justerbar tid, efter at tændingen er blevet slukket. Nogle forsikringsselskaber accepterer imidlertid ikke længere køretøjet, fordi motoren fortsat kører, når tændingsnøglen fjernes. Sådanne følgeregulatorer har normalt ikke en generel driftstilladelse inden for den tyske StVZO . En anden mulighed er at bruge en elektrisk pumpe. Dette kan også fungere, når motoren er slukket og køler læsseren.

Især i motorkøretøjer er det nødvendigt med et kontrolsystem i forbindelse med turboladeren, som har til formål at reducere modtageligheden for fejl, men også selv kan lide forstyrrelser. Diagnose af visse typer skader kan være mere kompliceret på turboladede motorer end på lignende motorer uden. Moderne fuldt elektroniske køretøjsdiagnosesystemer (" OBD ") letter diagnosen.

Afsnittet Princip og struktur beskriver, at lejet er inkluderet i motoroliekredsløbet. Turboladernes glidelejer leveres af en motordrevet oliepumpe. Under accelerationsprocessen (forbigående driftsadfærd) genererer turboladeren ikke tilstrækkeligt boostetryk, så der dannes et kort undertryk i indsugningssystemet, som kan suge olie fra turboladerlejet og føre det til forbrændingskamrene. Afhængigt af kørselsintervallet anslås det, at 30 til 40% af motorolieforbruget kommer fra opbevaring af turboladeren. Denne motorolie producerer sodpartikler, hvoraf nogle - hvis de ikke brændes - udledes uden filtrering.

Ved acceleration fra lave motorhastigheder manglede især ældre turbomotorer i første omgang den korrekte mængde udstødningsgas til at generere det ønskede boostetryk. Opladning startede kun, når der var tilstrækkelig stærk udstødningsgasstrøm med stigende motorhastighed. Generelt begynder udgangseffekten med en forsinkelse ved pludselig acceleration, da udstødningsgasstrømmen først skal accelerere turbinen tilstrækkeligt til at boostetrykket kan etableres. Denne forsinkelse i tilfælde af pludselige ændringer i belastningen er kendt som turbo lag. Disse særegenheder kunne i høj grad kompenseres for af kontrolsystemer og brugen af ​​mindre turboladere eller specielt formede kanaler i topstykket. På grund af designet: En lille oplader reagerer hurtigere end en stor på grund af den lavere bevægelige masse; en stor kompressor kan imidlertid opnå en højere maksimal ydelse fra den samme forskydning.

I rallykøretøjer er der anti-lag-systemer, der modvirker faldet i turboladerens hastighed og derved forhindrer eller formindsker en turbo- forsinkelse .

Forøg trykregulering

Akslen på udstødningsgasturboladeren roterer hurtigere og hurtigere, efterhånden som motorens hastighed og effekt stiger på grund af den stigende mængde udstødningsgas, der driver den. Jo hurtigere turbinen roterer, jo mere luft leverer kompressoren, hvilket igen accelererer møllen yderligere på grund af den stigende mængde udstødningsgas. Ved en bestemt hastighed når kompressoren sin leveringsgrænse, og de mekaniske og termiske grænser for turboladeren eller motoren truer med at blive overskredet (f.eks. Friktionen i lejerne). Den ønskede overladning af motoren ved lave hastigheder kan derfor blive problematisk i højere områder. Derfor skal turboladere uden boosttrykskontrol være designet på en sådan måde, at de arbejder ved deres ydelsesgrænse ved fuld belastning, hvilket skaber en meget stor turbo -forsinkelse. For at undgå dette er turboladere i udstødningsgasser i dag forsynet med en boosttrykskontrol, som gør det muligt for opladeren at have en høj ydelse, selv med lave udstødningsgassstrømme og ikke desto mindre ikke overskride belastningsgrænsen ved høje hastigheder; kompressorhastigheden når et hastighedsplateau. Denne regulering kan foregå på forskellige måder. Forordningen er blevet etableret via en wastegate (hovedsagelig til benzinmotorer) eller via justerbare styreskovle (VTG, hovedsagelig til dieselmotorer). I moderne systemer beregner motorens styreenhed et mål boost -tryk. En trykføler, som normalt er placeret foran gashåndtaget, leverer det aktuelle faktiske boostetryk til motorstyringen. Opgaven med boosttrykskontrol er at kompensere for forskellen mellem målet og det faktiske boostetryk så hurtigt som muligt. Til dette formål flytter boosttrykskontrollen den eksisterende aktuator (wastegate eller VTG) som en kontrolværdi.

Begge aktuatorer styres enten pneumatisk-mekanisk eller elektrisk. Med den pneumatiske løsning er der en sender på kompressorsiden: fra et bestemt boostetryk justerer den i stigende grad wastegaten eller styreskovlene, hvilket modvirker en yderligere stigning i boostetrykket. I nyere motorer bruges elektriske aktuatorer i stigende grad, som kan indstille mellempositioner ud over "åbne" eller "lukkede". En fordel ved den elektriske styring er, at ventilen kan indstilles i hele kortområdet uafhængigt af boostetrykket. Dette gør det muligt for aktuatoren at reagere på forskellige krav (f.eks. Overskridelse af brændstofafbrydelse). Derudover kan boostetrykket øges kortvarigt for at muliggøre et "overboost". Derudover har elektriske betjeningsorganer en højere aktiveringshastighed og højere låsekræfter for at reducere lækage i en spildventil.

Wastegate

Wastegate -oplader, på billedet over trykbeholderen med mekanisk forbindelse direkte til wastegate -flappen

En variant af boosttrykskontrollen er bypassventilen (også kaldet wastegate ) i udstødningsgasstrømmen. Denne ventil kan omgå en del af udstødningsgasstrømmen forbi turbinen for at undgå en stigning i boostetrykket. Det betyder, at der kan bruges en lader, der producerer nok boost -tryk, selv ved lave hastigheder, hvilket reducerer turbo -forsinkelsen. Ved højere kompressorhastigheder omgår en del af udstødningsgasmængden turbinen for ikke at overbelaste kompressoren. Det er almindeligt, at bypassventilen integreres direkte i turbinehuset som en flap (se billedet til højre). Denne metode til boosttrykskontrol har imidlertid den ulempe, at når affaldsporten er åben, bruges kun en del af energien ikke længere, men kun en del af udstødningsgassen. På grund af deres placering i den varme udstødningsgasstrøm (ca. 1000 ° C) udsættes bypassventilen og dens aktuatorer for høje termiske belastninger og er derfor tilbøjelige til at svigte. Det var en af ​​grundene til, at de enkelte motorfabrikanter vendte sig væk fra turboladning af benzinmotorer og brugte kompressorsystemer, der fungerer uden komponenter i udstødningsgasstrømmen.

Affaldsporten styres normalt af en vakuumenhed, en overtryksenhed er mindre almindelig. Da de systemrelaterede høje temperaturer på turboladeren fører til en høj termisk belastning på de blødgørerholdige vakuumledninger og i sidste ende til deres materialetræthed (revner), har flere og flere nyere turboladere en elektronisk styret affaldsskinne. Dette reducerer modtageligheden for fejl, og wastegate kan indstilles hurtigere. Desuden kan man undvære komplekse ledningssystemer til generering af undertryk.

Justerbare styreskovle (variabel turbinegeometri, VTG)

VTG med knive i position for maksimal ydelse

Møller med justerbare styreskovle fungerer på samme måde som en Francis -turbine . Styreskovlene i udstødningsgassstrømmen foran turbinehjulet er justerbare, hvilket betyder, at gassen kan få et højere vinkelmoment (i form af en højere tangentialhastighed) ved lav gennemstrømning. De er anbragt i turbinehuset direkte foran turbineindløbet. Styreskovlernes indfaldsvinkel reguleres på en sådan måde, at når gasgennemstrømningen er lav, accelereres udstødningsgassen tangentielt gennem reducerede strømningstværsnit og rettes mod turbinebladene, hvilket øger turbinens hastighed og dermed kompressorens ydelse. Omvendt, med en høj gasgennemstrømning, kan strømningshastigheden reduceres ved hjælp af store tværsnit.

I 1989 brugte Honda sin erfaring med turbomotorer fra Formel 1 og lancerede en variant af Honda Legend kaldet Wing turbo med en VTG -turbo. Forordningen blev styret af en digital computer. 2-liters motoren udviklede 142 kW (193 hk) ved 6000 omdr./min. [6]

Turboladere med VTG er også blevet brugt i dieselmotorer til personbiler siden 1996. TDI -dieselmotoren med direkte indsprøjtning fra VW / Audi med en maksimal ydelse på 81 kW (110 hk) var den første bilkørsel, der opnåede en motoreffektivitet på over 40% takket være dens variable turbinegeometri. De justerbare styreskovle er nu blevet standarden for dieselmotorer.

Porsche brugte sin første benzinmotor med VTG i 911 Turbo (997) (salget startede i Tyskland i juni 2006). For at kunne modstå udstødningsgastemperaturerne på op til 1000 ° C i forhold til dieselmotorer, skal der bruges høj temperaturlegeringer (wolframstål). Den moderne VTG -turbolader til benzinmotorer blev udviklet i tæt samarbejde med BorgWarner Turbo Systems . I "1.5 TSI BlueMotion" bruger VW for første gang en VTG-oplader til en storstilet benzinmotor. Da motoren har relativt lave udstødningsgastemperaturer (~ 860 ° C) på grund af, at indsugningsventilerne lukker tidligt, kan den bruges. Opladeren blev udviklet af Honeywell. En anden velkendt betegnelse for turboladere med justerbare styreskovle er også VNT (Variable Nozzle Turbine). Denne betegnelse bruges af Honeywell til deres turbo -systemer med variabel turbinegeometri under mærket Garrett .

Recirkulationsventil

Driftsform uden recirkulationsventil

Når gasventilen er lukket i benzinmotorer, rammer den bevægelige søjle af luft ventilen. Luftsøjlen (tryksøjle) vender, kører foran turboladerens roterende kompressorhjul og bremser den kraftigt, hvilket kan føre til ødelæggelse af turboladeren på lang sigt, hvis boostetrykket er højt (eller hvis luften cirkulationsventil er defekt). Derudover kan der høres stærke flowlyde, fordi strømmen stopper ved kompressoren ("pumpning").

Funktionsmåde med luftcirkulationsventil

For at forhindre denne ineffektive opbremsning slippes luften ud gennem luftcirkulationsventilen. På denne måde kan opladeren fortsætte med at rotere frit, en fornyet trykopbygning forkortes, og en hurtigere acceleration af turboladeren opnås til fordel for en bedre reaktionsadfærd efter omskiftningsprocessen.

Universal (for det meste beregnet som åbne systemer) læssere fra eftermarkedet kan næsten altid indstilles i et defineret område for at reagere på en bestemt tryktærskel. Dette er mindre almindeligt med fabriksinstallerede læssemaskiner for at forhindre forkert ændring af fabriksindstillingerne.

Recirkulationsventiler er i dag indbygget i næsten alle turboladede benzinmotorer og bruges også i amerikanske Indy 500 racerkøretøjer.

Åbne / lukkede systemer

Med det åbne system returneres den overskydende luft ikke til indsugningskanalen (lukket recirkulationsventil / system), men omdirigeres til ydersiden. Systemer med ventil er almindelige. I nogle tilfælde bruges der også systemer med to integrerede ventiler, som muliggør en mere følsom overtryksudløsning. Tilslutning til en motor med en luftmassemåler kan være problematisk, fordi luften, der kommer ud i det fri i stedet for ind i indsugningskanalen, allerede er registreret af motorens styreenhed, og mængden af ​​brændstof justeres i overensstemmelse hermed for at danne den korrekte blanding . Som følge af mangel på luft bliver blandingen overrig, motorens ydelse falder, motoren kan stamme, lambdasonden og katalysatoren kan ødelægges ved at benzin kommer ind i udstødningsrøret og antænder. Vi fraråder derfor kraftigt at konvertere til et åbent system (uden omprogrammering af motorstyringen). Derudover overholder køretøjet ikke længere den generelle driftstilladelse (ABE), da ufiltrerede olierede udstødningsgasser (gennem oliesmøring af turboladeren og krumtaphusventilationen, der fører ind i indsugningssystemet) frigives til miljøet.

Ventiltyper

To typer ventiler er almindelige for recirkulationsventilen, membran eller stempel. Stemplet reagerer mere følsomt og lukker hurtigere, men der er risiko for at stemplet går i klemme og dermed en funktionsfejl (forbliver åben eller åbner ikke).

Da en elektrisk aktuator er betydeligt hurtigere end en konventionel pneumatisk aktuator, bruges en elektrisk styret ventil i nogle motorer. Den elektriske ventil åbnes eller lukkes via en styreenhed eller et enkelt elektrisk kredsløb og kan dermed styres efter behov uanset trykket. Det kan også bruges i en dieselmotor, men der er ingen teknisk sans der, da der ikke er en gasspjældsventil, og kun fungerer som en show-effekt gennem den høje afblæsningsstøj i et åbent system, afhængigt af boostetrykket.

Den karakteristiske støj fra membranventiler er et lyst fløjtende sus, hvorimod stempelventiler kun hvisler højt ved højt boostetryk og har en tendens til at "flagre" ved lavt boostetryk. Udladningsstøjene varierer imidlertid også meget afhængigt af design og producent af disse ventiler.

Det er teknisk set ikke helt korrekt, at de elektronisk styrede ventiler (teknisk overflødige ventiler i dieselmotorer) også omtales som afblæsnings- eller afblæsningsventiler, da afblæsningsventilerne altid er trykstyrede i egentlig forstand.

Almindelige navne

Englischsprachige Bezeichnungen für Abblasventil, Ablassventil oder (Schub-)Umluftventil, die auch häufig verwendet werden, sind unter anderem: Blow-Off-Valve (BOV), Pop-Off-Valve (POV) (eingedeutscht: „Pop-Off-Ventil“)

Weitere Bauarten

Biturbo/Twin Turbo

Schematische Darstellung des Biturbo-Prinzips

Als Biturbo oder „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 wird beispielsweise bei einem Vierzylinder-Biturbo-Motor jeder Turbolader von den Abgasen zweier Zylinder angetrieben. Durch die Verwendung von zwei kleineren Ladern mit entsprechend geringeren Trägheitsmomenten kann das Ansprechverhalten beim Gasgeben sowie der Wirkungsgrad des gesamten Systems verbessert werden. In geringem Umfang wurden auch Motoren mit mehr als zwei Turboladern entwickelt, um eine weitere Verbesserung zu erreichen. Die Bugatti -Modelle EB110 , Veyron und Chiron haben vier Turbolader.

Sequenzieller Biturbo

Bei einem sequenziellen Biturbo werden nicht beide Turbinen ständig durch die Abgase 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 Biturbos parallel. Im Allgemeinen stehen beiden Turboladern die Abgase aller Zylinder zur Verfügung, sie sind nicht jeweils einer Zylinderbank zugeordnet, wodurch bei niedrigen Drehzahlen der erste Turbolader durch die Abgase aller Zylinder betrieben werden kann. 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. Beispiele:

  • Ottomotor: Der 3,0-l-Reihensechszylinder-Twinturbo, der ab 1993 im Toyota Supra (JZA80) verwendet wurde (der Supra wird als Twin Turbo bezeichnet, nicht als Biturbo).
  • Dieselmotor: Der 2,2-l-Vierzylinder-Biturbo-Dieselmotor von Ford/PSA (DW12BTED4); der 2.0 CDTI BiTurbo (143 kW/195 PS, 400 Nm Drehmoment) von Opel (seit Januar 2012 im Opel Insignia erhältlich) [7]

Registeraufladung

Schematische Darstellung der Registeraufladung

Als Registeraufladung (auch sequentielle Aufladung genannt) bezeichnet man die parallele abwechselnde Verwendung von Turboladern. Dabei wird ein kleinerer Lader, der schon bei geringem Abgasstrom und aufgrund der geringen Massenträgheit schneller hochdreht, für niedrige Motordrehzahlen verwendet. Bei größerer Abgasmenge wird auf einen großen Turbolader umgeschaltet, der dann genügend Luftmasse und Druck für den hohen Frischluftbedarf höherer Motordrehzahlen bereitstellt. Die unterschiedlichen Turbolader können besser auf ihren Wirkungsbereich abgestimmt werden und der kleine Lader verringert das sogenannte „Turboloch“: Bei niedrigen Motordrehzahlen war der zumeist große Lader nicht in der Lage, eine ausreichend hohe Turbo-Drehzahl zu erreichen, um damit einen Überdruck im Ansaugbereich aufzubauen. Unterhalb dieser kritischen Marke arbeitet ein normaler Turbomotor eher als Saugmotor, unter Umständen sogar noch gedrosselt durch die „bremsenden“ Turbinenschaufeln. Die Registeraufladung ist im Automobilbau allerdings bis heute nur bei wenigen leistungsstarken Motoren anzutreffen. Erstes (Klein-)Serienfahrzeug mit Registerturbo war der Porsche 959 .

Es gibt auch Aufladekonzepte mit einer Kombination aus Registeraufladung und mehrstufiger Aufladung, so bei den Motoren der BMW-Modelle 535d (Baureihe E60/61) , 335d , 123d , bei einigen Ausführungen der Mercedes-Benz-Dieselmotoren OM646 , [8] OM651 und der 180-PS-Ausführung des Saab-9-3 -Dieselmotors. Dabei arbeiten die Verdichter des kleineren und des größeren Laders in Reihe auf der Ansaugseite. Ist der Leistungsbedarf niedrig, 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.

Mehrstufige Aufladung

Bei einer mehrstufigen Aufladung wird die Luft durch mehrere hintereinander geschaltete Verdichter komprimiert. Die so erreichbaren Verdichtungsverhältnisse sind nur unter Bedingungen stark verringerten Außendrucks sinnvoll einsetzbar, so dass diese Technik nur bei der Entwicklung von Flugmotoren eine Rolle spielte. Bei mehrstufiger Aufladung wurden zunächst mechanische Lader und Turbolader kombiniert. So enthielt der Versuchsmotor Daimler-Benz DB624 (Prüfstandserprobung ab 1944) eine Kombination aus zwei mechanischen Getriebeladern und einem Abgasturbolader. Die konzipierte Volldruckhöhe lag bei 15.000 bis 17.000 Metern.

Die Kombination aus Kolbenmotor und (mehrstufigen) Turbotriebwerk heißt „Compound“-Antrieb. Napier erprobte Ende der 1940er-Jahre Compoundtriebwerke, allerdings kamen diese Napier Nomad genannten Triebwerke mit Dieselmotoren nie über das Versuchsstadium hinaus.

Beim Antrieb des ab 1989 entwickelten Höhenforschungsflugzeugs Grob Strato 2C war ein mehrstufiger Turbolader vorgesehen, wobei die erste und zweite Stufe aus dem Nieder- und dem Mitteldruckverdichter eines Dreiwellen-Turboproptriebwerks ( Pratt & Whitney Canada PW127 ) bestanden. Alle Komponenten waren in der Triebwerksgondel untergebracht. Nach dem Passieren der Turbine des Turboladers wurde das Abgas in die Turbinensektion des ursprünglichen Turboprop-Verdichters geleitet. Die von den Verdichterstufen komprimierte Luft wurde dem Verdichter des Turboladers und dann dem Motor zugeführt. Das Druckverhältnis betrug maximal 1:45, was große Ladeluftkühler notwendig machte. Die konzipierte Volldruckhöhe lag bei 24.000 Metern, die maximale Flughöhe bei 26.000 Metern. [9] Das Projekt wurde jedoch aus finanziellen und politischen Gründen nicht weiterverfolgt.

Twin-Scroll-Lader

Schema Twin-Scroll-Lader

Twin-Scroll-Lader unterscheiden sich von anderen Ladern durch die abweichende Gestaltung des Turbinengehäuses und sind eine Alternative zu Bi-Turbo-Konzepten mit zwei parallel angeordneten Abgasturboladern. Das Spiralgehäuse der Twin-Scroll-Turbine wird durch einen Flutenteiler in zwei parallel verlaufende Strömungskanäle eingeteilt. In Verbindung mit einem zweiflutigen Abgaskrümmer ermöglicht dies eine getrennte Zuführung der Abgase auf das Turbinenlaufrad. Ziel hierbei ist, eine gegenseitige ungünstige Beeinflussung der einzelnen Zylinder beim Ladungswechsel möglichst zu unterbinden. Im Abgaskrümmer werden die Abgaskanäle von jeweils zwei Zylindern (bei Vierzylinder-Motoren) oder drei Zylindern (bei Sechszylinder-Motoren) zu einem Strang zusammengefasst und durch den Aufbau des Twin-Scroll-Turbinengehäuses erst direkt vor dem Turbinenlaufrad wieder zusammengeführt. Die Auswahl der Zylinder richtet sich nach der Zündfolge des Motors, sodass aufeinander folgende Zylinder stets unterschiedlichen Abgassträngen zugeordnet werden. Positive Effekte des Twin-Scroll-Laders sind ein reduzierter Abgasgegendruck und ein verbesserter Gaswechsel des Motors, wodurch sich wiederum dessen Verbrauch, Leistung und Ansprechverhalten verbessern. Diese Art der Turboaufladung verwendet beispielsweise Fiat Chrysler Automobiles im Alfa Romeo Giulia 2.0 Turbo MultiAir oder Opel im Astra J OPC . Der Twin-Scroll-Lader darf nicht mit einem Scrollverdichter („G-Lader“) verwechselt werden, der eine Kolbenmaschine ist.

Turbo-Compound

Bei der Turbo-Compound -Technik kombiniert man einen herkömmlich arbeitenden Turbolader oder einen Kompressor mit einer nachgeschalteten Abgasturbine, die mechanisch mit der Kurbelwelle verbunden ist.

Diese zweite Turbine nutzt die Energie des nach dem Austritt aus dem ersten Lader immer noch heißen Abgases. Resultat ist ein höheres Drehmoment bei gesteigerter Energieausnutzung, also eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrades .

Statt die Turbine an die Kurbelwelle zu koppeln, kann sie auch einen zusätzlichen Generator antreiben, um das elektrische Bordnetz zu unterstützen. Dies ist sowohl in Verbindung mit der Turbine des Abgasturboladers, als auch mit einer separaten nachgeschalteten Turbine möglich.

Ladeluftkühler

Da das Vorkomprimieren die Lufttemperatur erhöht und somit der angestrebten Vergrößerung der Ansaugluftmenge entgegenwirkt, wurden Ladeluftkühler entwickelt, um diesen Nachteil wieder auszugleichen. Ladeluftkühler erhöhen immer auch den thermodynamischen Wirkungsgrad des Motors.

Turboaufladung bei Kraftfahrzeugen

Anwendung bei Dieselmotoren

Bei Dieselmotoren für PKW wie auch für LKW ist der Abgas-Turbolader mittlerweile „ Stand der Technik “, da sich beim Diesel nur durch Turboaufladung eine dem ( Benzin -)Ottomotor angenäherte Literleistung erreichen lässt. Ohne Turboaufladung müsste ein vergleichbar leistungsfähiger Motor nahezu den doppelten Hubraum haben und somit wesentlich schwerer sein. Zudem verlagert die spezifische Drehmoment-Charakteristik eines Turbo-Diesels im Vergleich zum Saug-Diesel den Bereich maximaler Kraftentfaltung in niedrigere Drehzahlbereiche. Dadurch bieten solche Motoren eine hohe „Elastizität“, so dass zum Beschleunigen seltener in niedrigere Gänge geschaltet werden muss.

Welle eines Schiffsdiesel-Turboladers (ABB-VTR), Turbinenseite

Prinzipbedingt benötigen Dieselmotoren keine Drosselklappe. Daher liegt auch bei Schubbetrieb ein Gasstrom am Turbolader an. Damit sinkt die Drehzahl der Turbine nicht so weit ab wie bei einem Ottomotor, was das Ansprechverhalten bei Lastwechseln verbessert. Dieseltechnik ist somit sehr gut geeignet für den wirkungsvollen Einsatz eines Turboladers. Die hohe Verdichtung von Dieselmotoren (die ein Grund für den hohen Wirkungsgrad ist), bedingt eine geringere Abgastemperatur, daher ist das Material des Diesel-Turboladers weniger hohen Belastungen ausgesetzt.

Großdieselmotoren wurden schon frühzeitig mit Turboladern oder externen Kompressoren ausgestattet (die ersten Schiffe mit aufgeladenen Dieselmotoren waren die beiden 1926 in Dienst gestellten Hansestadt Danzig und Preußen ). Auch die ersten Diesellokomotiven Ende der 1930er-Jahre hatten Abgasturbolader. In Kraftfahrzeugen gab es Turbolader erst viel später, weil die – viel kleineren – Lader größere Verluste hatten. Ferner gelang es lange Zeit nicht, einen günstigen Drehmomentverlauf zu erreichen und unvollkommene Verbrennung beim Beschleunigen des Motors zu verhindern. Mit günstigen Kennwerten bei Niederdruckaufladung lösten sich diese Probleme zu Beginn der 1950er-Jahre. [10] Für LKW stattete MAN 1951 einen Motor mit einem selbst entwickelten Turbolader aus, wobei der 8,72-Liter-Motor in der Leistung von 130 auf 175 PS gesteigert wurde. Der LKW-Produzent Volvo baute ab 1954 einen Turbolader an seine Motoren an, der wegen seiner Zuverlässigkeit den Durchbruch im LKW-Motorenbau brachte. Bei einem sehr hohen Anteil der ausgelieferten großen Nutzfahrzeuge werden seit den 1960er-Jahren Turbolader eingesetzt. Als erster Pkw mit Turbodieselmotor kam im Mai 1978 der Mercedes 300 SD auf den Markt. Im europäischen Raum haben seit 1988 Personenkraftwagen mit Diesel-Turboladermotoren mit Ladeluftkühler und Direkteinspritzung eine sehr große Bedeutung erlangt.

Anwendung bei Ottomotoren

Abgas-Turbolader eines Pkw

Bei Ottomotoren mitäußerer Gemischbildung ist der Ladedruck durch die entstehende Verdichtungswärme des Treibstoff-Luftgemisches im zweiten Takt begrenzt. Eine Überschreitung bedeutet ungesteuerte Selbstentzündung und damit Motorklopfen oder Motorklingeln . Der Klopfbeginn kann mittels hochoktanigem Treibstoff, durch einen wirksamen Ladeluftkühler oder durch Wasser-Methanol-Einspritzung nach oben versetzt werden. In den meisten Fällen werden jedoch die Steuerzeiten verändert und die Verdichtung herabgesetzt, um diesem Effekt vorzubeugen.

Wegen der höheren Abgastemperaturen im Vergleich zum Diesel gilt die Verwendung von Turboladern in Ottomotoren als schwieriger und erfordert hochwarmfeste Werkstoffe. Dennoch überwiegen auch beim Ottomotor die Vorteile, weshalb bei einem Großteil der modernen Ottomotoren auf die Aufladung mittels Turbolader gesetzt wird.

Verwendung bei PKW und Motorrädern

Erste aufgeladene Motoren wurden ab 1910 in den ALFA-24-HP-Modellen eingebaut, die aus den vom gleichen Hersteller entwickelten Flugzeugen übernommen wurden (siehe unten). Großserien-PKW mit aufgeladenen Ottomotoren kamen zuerst in den USA ab 1961 als Oldsmobile F-85 Jetfire (Aluminium- V8 mit 215 cui ≈ 3,5 Liter Hubraum, 160 kW, 218 SAE-PS und Methanol-Wasser-Einspritzung , bis 1963 im Programm [11] ) und ab 1962 als Chevrolet Corvair Spyder (Sechszylinder-Boxer-Turbo, Hubraum: 145 cui; ≈ 2,4 Liter, 110 kW, 150 SAE-PS) auf den Markt.

In Europa rüstete der Schweizer Ingenieur und Unternehmer Michael May ab 1966 zunächst Ford 20M und später auch andere Pkw-Modelle mit Turboladern aus. [12] In Deutschland gingen 1973 mit dem BMW 2002 turbo und 1975 mit dem Porsche 911 turbo turbogeladene Pkw in Serienproduktion. Beide hatten durch die Ölkrise bedingt jedoch wenig Erfolg. 1978 kam der Saab 99 Turbo auf den Markt, bei dem ein schnell ansprechender, kleiner Turbolader mit einem Steuerventil (Wastegate) kombiniert wurde. Die Höchstleistung wurde nur wenig gesteigert, aber der Motor lieferte ein hohes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen. Der Saab 99 Turbo war das erste turbogeladene Serienauto, das nicht in kleinen Stückzahlen als Sportgerät, sondern in großen Serien produziert wurde.

Ottomotoren werden nur zu geringen Anteilen mit Aufladung versehen, auch wenn in jüngster Zeit eine deutliche Zunahme zu verzeichnen ist, bevorzugt bei leistungsstarken Modellen. Der Trend geht zu sogenannten Downsizing -Konzepten, bei denen kleinere Motoren mit Aufladung an die Stelle größerer nicht aufgeladener Motoren treten. Ziel beim Downsizing (dt. Verkleinerung) ist ein geringerer Verbrauch durch Entdrosselung des Motors. Weitere Vorteile ergeben sich aus vermindertem Gewicht und einer verminderten Reibung.

Aufgeladene Motoren – sowohl Otto- als auch Dieselmotoren – sind in der Herstellung meist teurer als vergleichbare Saugmotoren, zudem regelungstechnisch komplex (Steuerung der druckmindernden Ventile wie das Wastegate oder das Umluftventil). Bei auf Schubphasen folgendem Gasgeben, hauptsächlich im unteren Drehzahlbereich, entfalten Turbomotoren ihre Leistung etwas verzögert. Dieses sogenannte Turboloch tritt bei Ottomotoren meist stärker als bei Dieselmotoren auf. Es konnte durch Fortschritte bei der Konstruktion (verstellbare Leitschaufeln, kleinere und somit schneller ansprechende Lader, leichtere Schaufelräder mit geringerer Massenträgheit) und in der Regelungstechnik stark reduziert werden.

Früher sagte man Turbomotoren einen höheren Verbrauch nach, dies relativiert sich meist zu höheren absoluten Verbrauch des stärkeren aufgeladenen Motors. Moderne Turbo-Ottomotoren verbrauchen im Bestpunkt spezifisch weniger Kraftstoff als Saugmotoren gleicher Leistung (gemessen in Gramm/Kilowattstunde, früher in Gramm/PS-Stunde). Auch in der Formel 1 war der (früher dort laut Reglement untersagte, ab der Saison 2014 jedoch wieder eingeführte) Turbomotor dem Saugmotor im spezifischen Verbrauch überlegen. Eine absolut höhere Leistung verursacht jedoch auch einen höheren absoluten Kraftstoffverbrauch.

Nahezu alle Großserienhersteller bieten inzwischen Ottomotoren mit Turboaufladung an; Dieselmotoren ohne Aufladung spielen auf dem europäischen Markt praktisch keine Rolle mehr.

Lancia hat schon 1985 im Motorsport (für die „Gruppe B“) einen mit Abgasturbolader und Kompressor aufgeladenen Rennmotor entwickelt und diesen Motor in den laut Homologations -Regeln vorgeschriebenen 200 Serienmodellen des Lancia Delta S4 eingesetzt. Nissan baute 1988 in einer Motorsport-Kleinserie des Modells Micra ebenfalls einen solchen Motor ein, der allerdings aus nur 0,9 Litern Hubraum 81 kW (110 PS) und ein spezifisches Drehmoment von 144 Nm/l bei 4800/min erzielte. Der VW- TSI -Großserienmotor (Golf GT, 1,4 L mit 125 kW/170 PS, ab 2005) kombiniert Direkteinspritzung mit einem Turbolader für hohe Drehzahlen und einem Roots-Kompressor für niedrige; der Motor erreicht ein spezifisches Drehmoment von 200 Nm/l bereits bei 1500/min. [13]

Anfang der 1980er-Jahre wurden auch Serienmotorräder ( Honda CX 500 Turbo , Yamaha XJ 650 Turbo , Kawasaki Z750 Turbo) ohne großen Markterfolg mit Turboladern angeboten. Außerdem machte die plötzliche Leistungssteigerung beim Erreichen einer bestimmten Motordrehzahl diese Motorräder besonders beim Beschleunigen (auch wegen des im Vergleich zum PKW deutlich geringeren Gewichts) schwerer beherrschbar.

Turboaufladung in der Luftfahrt

Turbolader des BMW801TJ-Flugmotors, 1944

Im Ersten Weltkrieg fanden Versuche statt, Abgasturbinen mit Ladegebläsen mechanisch zu koppeln und so einen Abgasturbolader zu schaffen. Vor und während des Zweiten Weltkriegs wurde die Entwicklung dann weiter vorangetrieben, jedoch wurde die Motorentechnik bis zum Kriegsende von der mechanischen Aufladung („supercharged“) dominiert. In Deutschland gab es zusätzliche Turbolader (mehrstufige Aufladung) nur für besondere Höhenanwendungen, zunächst in den verschiedenen Ausführungen des Junkers Gegenkolben-Zweitaktdiesel-Flugmotores Jumo 207 , und in nennenswerten Stückzahlen im BMW 801 TJ-0.

In den USA erhielt die Lockheed P-38 den Allison V-1710 mit General-Electric -Turbolader.

Nach dem Krieg wurden bis zur Einführung der Turboprop - und Turbinen-Strahltriebwerke für Linienmaschinen einige Jahre zum Teil sehr hochentwickelte Motoren mit Abgasturbinen (nicht -turbolader) wie zum Beispiel der Wright R-3350 gebaut. Die Kurbelwelle trieb über ein Zweiganggetriebe den Radialverdichter an. Die drei Abgasturbinen waren über Flüssigkeitskupplungen und Zahnräder mit der Kurbelwelle verbunden. Sie lieferten 550 hp (410 kW) zusätzliche Leistung [14] .

Heute werden Motoren mit Abgasturbolader, hauptsächlich Ottomotoren, vor allem bei Privat- und Geschäftsreiseflugzeugen der mittleren Kategorien verwendet. Es muss zwischen zwei unterschiedlichen Verfahren der Turboaufladung unterschieden werden:

Turbo supercharging

Der Druck im Ansaugtrakt (Upper deck, Ladedruck) kann mittels Drosselklappenverstellung bis teilweise weit über den der Volldruckhöhe angehoben werden. Dem Motor kann dadurch eine Mehrleistung gegenüber der Nennleistung entnommen werden (Startleistung). Diese ist in den meisten Fällen auf maximal fünf Minuten begrenzt. Motoren dieser Bauart haben eine geringere Verdichtung als die Saugversionen. Beispiele: TSIO-520-UB (Continental, Beech Bonanza B36TC), TIO-540-AE2A (Lycoming, Piper Malibu Mirage). Die Nachteile dieser Version liegen bei verstärkten Verschleißerscheinungen durch Mehrbelastung und höhere Betriebstemperaturen.

Turbo normalizing

Der durch die Drosselklappenverstellung vorgegebene Druck im Ansaugtrakt (Upper deck, Ladedruck) wird über einen hydraulischen Regler und ein Abblaseventil (Waste gate) konstant gehalten. Der maximal mögliche Ladedruck entspricht dem bei Volldruckhöhe. Der Motor ist bis auf den Lader wie die Saugversion aufgebaut, kann aber seine maximale Nennleistung wegen des konstanten Ladedrucks bis in sehr große Höhen (>20.000 ft) abgeben.

Ladeluftkühler

Dem Ladeluftkühler wurde bei Flugmotoren während sehr langer Zeit keine Bedeutung zugemessen, da man vom Anwendungsfall im Automotor ausging (erzeugen von Mehrleistung durch höhere Luftdichte). Dadurch entsprach die Lebensdauer von turbogeladenen Flugmotoren aufgrund der zusätzlichen Temperaturbelastung durch die erhitzte Ladeluft lange Zeit nicht den Angaben der Hersteller, was mit erhöhtem (Reparatur)-Aufwand verbunden war. Moderne Ladersysteme haben hocheffiziente Ladeluftkühler, die es dem Betreiber in allen Arbeitspunkten und auch bei extremen Witterungsverhältnissen (Hochsommer, Wüstenbetrieb usw.) möglich machen, die Temperatur des Motors (vor allem die der Zylinderköpfe) innerhalb der für die Lebensdauer der Motoren und die Unterhaltskosten erträglichen Grenzen zu halten.

Durch Aufladung wird das Fliegen in größeren Höhen ermöglicht, was wegen des dort geringeren Luftwiderstandes wirtschaftliche Vorteile bringt. Durch den mit zunehmender Höhe geringer werdenden Außendruck der Luft verbessert sich ferner die Effizienz der Abgasturbine, was den Aufwand einer Aufladung für Leistungsklassen zwischen Saugmotor und Turboprop rechtfertigt. Ein Beispiel eines aufgeladenen Motors ist der Rotax 914 des Bombardier-Konzerns. Die Produktionsvorbereitung des Bombardier V300T ist seit 2006 eingestellt und auch die Zertifizierung wird nicht mehr betrieben. [15]

In den letzten Jahren wurden auch Turbomotoren für kleinere Flugzeuge entwickelt (zum Beispiel der Thielert -Diesel ), deren Vorteile im geringen Verbrauch und in der einfachen Bedienung liegen.

Hersteller von Turboladern

Siehe auch

Literatur

Weblinks

Commons : Turbolader – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wiktionary: Turbolader – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise

  1. Aufbau und Funktionsweise Verdichter | BorgWarner Turbo Systems. Abgerufen am 26. März 2021 .
  2. Patent DE204630 : Verbrennungskraftmaschinenanlage. Veröffentlicht am 28. November 1908 , Erfinder: Alfred Büchi.
  3. www.saureroldtimer.ch ( Memento vom 28. Juli 2010 im Internet Archive )
  4. a b c Gert Hack: Autos schneller machen – Automobil-Tuning in Theorie und Praxis. Motorbuch-Verlag, 16. Auflage. 1987, ISBN 3-87943-374-7 , S. 83/84.
  5. Heinz Grohe: Otto- und Dieselmotoren. 11. Auflage. Vogel-Verlag, Würzburg 1995, ISBN 3-8023-1559-6 .
  6. http://dwolsten.tripod.com/articles/jan89a.html/ englisch
  7. http://media.opel.com/ (englisch, 5. Dezember 2011)
  8. atzonline.de @1 @2 Vorlage:Toter Link/www.atzonline.de ( Seite nicht mehr abrufbar , Suche in Webarchiven ) Info: Der Link wurde automatisch als defekt markiert. Bitte prüfe den Link gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.
  9. Kyrill von Gersdorff, Kurt Grasmann, Helmut Schubert: Flugmotoren und Strahltriebwerke . 3. Auflage. Bernard & Graefe, 1995, ISBN 3-7637-6107-1 .
  10. Aufladung von dieselmotoren. In: Kraftfahrzeugtechnik . 11/1958, S. 408–414.
  11. Heiner Buchinger: Rover V8 Story, in Roverblatt, S. 16ff.
  12. Capri I 2300 GT mit May-Turbolader – Die sanfte Gewalt mit May-Turbo-Aufladung , 2 , 3 , 4 , 5
  13. Innovation + Technik beim 90-kW-TSI-VW-Motor ( Memento des Originals vom 30. Januar 2010 im Internet Archive ) Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis. @1 @2 Vorlage:Webachiv/IABot/www.volkswagen.de
  14. http://www.conniesurvivors.com/1-twa_flightengineer.htm Website über die Lockheed Super Constellation
  15. BRP-Rotax shelves its V6 aircraft engines project ( Memento vom 6. November 2010 im Internet Archive )