1 Referat für neue Werkstoffe in der KFZ-Technik Thema: Neue Materialien im Turboladerbau...

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Referat für neue Werkstoffe Referat für neue Werkstoffe in der KFZ-Technikin der KFZ-Technik

Thema: Neue Materialien im Thema: Neue Materialien im TurboladerbauTurboladerbau

Vortragsdauer: Vortragsdauer: 15 Minuten15 Minuten

Ausarbeitung und Vortrag: Ausarbeitung und Vortrag: Stefan ReichStefan Reich

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Wolfgang Dürheimer, Porsche chef-Entwickler „TURBO BEI UNS NUR FÜR DIE TOPMO DELLE-Diese sehr leistungs- und drehmomentstarken Triebwerke sind gekennzeichnet durch eine außerordentliche spezifische Leistung und zugleich höchste Effizienz. Darüber hinaus sind wir stolz dar auf, dass wir da mit weltweit alle geltenden Emissionsvorschriften mehr als nur erfüllen.

GliederungGliederung• Vorteile des aufgeladenen Motors• Herausforderungen für die Zukunft• Kurze Geschichte der Aufladung• Arten der Aufladung• Aufbau des Laders• Verdichter• Turbine&Gehäuse• Lagerung• Laderkonzepte

Zeit für Rückfragen

Titel

Gliederung

Vorteile desaufgeladenen Motors

HerausforderungenFür die Zukunft

Kurze GeschichteDer Aufladung

Arten derAufladung

Aufbau des Laders

Verdichter

Turbine

Lagerung

Laderkonzepte

Wolfgang Hatz Aggregateschef Audi „UNSER BENZIN-DI TURBO SETZT MASS STÄBE" Unser TFSI ist Trendsetter, die Stückzahlen gehen hoch. Es gibt sogar Denkansätze, künftig alle Vierzylinder-Benzin-BI als Turbo auszulegen - aber ich hätte Probleme mit einer Softabstimmung. Auch bei den Turbodieseln wird sich noch viel tun, denn die Entwicklung geht noch weiter.

Erhard Voss Ottomotoren-Chef, Opel„15 BIS 20 PROZENT WENIGER IM VER BRAUCH, Neuere DownsIzing Konzepte zielen auf Lastpunktverschiebung zu niedrigeren Dreh zahlen und höheren Lasten, wo der Motor mit deutlich höheren Wirkungsgraden betrieben werden kann. Solche Konzepte sind allerdings kritisch im Anfahrverhalten schwererer Autos.

Derek Crabb Vice President Powertrain, Volvo AUFLADUNG IMMER WICHTI GER" Turboaufgeladene Motoren bringen mehr Leistung, das Lader-System beschert jedoch Mehrkosten. Aber kleinere Downsize Triebwerke senken den Kraftstoffverbrauch und passen in Motorräume, die aus Grün den der Fahrzeugsicherheit immer enger werden.

Klaus Borgmann Aggregateschef BMW „MODERNE TURBOS SAUFEN NICHT MEHR" Die Kombination aus Benzin-DI und Turboaufladung hat Zukunft.

Kjell Bergstroem Aggregatechef Saab„ÜBER 90 PROZENT ALLER MODELLE MIT TURBO" Unsere Philosophie sieht kräftige Motoren mit sehr viel Drehmoment im mittleren Drehzahlbereich vor. Wir achten auch auf günstigen Verbrauch und hohe Flexibilität, was wir mit dem Ethanol-betriebenen 9-5 BioPower unter Beweis stellen. Hier ist noch mehr zu erwarten.

Dr. Ruoolf Krebs Aggregatechef Volkswagen „DOPPEL AUF-LADUNG SEHR INTERES SANT" Die Zahl der Benziner mit Turboaufladung wird erheblich steigen - ähnlich wie bei den Turbodieseln. Da bei sind unter schiedliche Aufladungsgrade vorstellbar. Bei kleineren Benzinern und auch bei Dieseln kann eine Doppelaufladung nach TSI-Muster sinnvoll sein

Referat für neue Werkstoffe in der KFZ-Technik

Thema: Neue Materialien im Turboladerbau

Vortrag von

Stefan Reich

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Vorteile des aufgeladenen Vorteile des aufgeladenen MotorsMotors

• hohe Leistung bei kleinem Hubraum

• geringe Baugröße für enge Einbaubedingungen

• größeres Drehmoment bei geringen Drehzahlen

• geringere Geräuschentwicklung

• spezifisch günstiger Kraftstoffverbrauch

• günstigere Abgas-Emissionswerte

• Kosteneffizienter (4-Zylinder Turbomotor in der Fertigung billiger ist als ein 6-Zylinder Saugmotor gleicher Leistung)

Titel

Gliederung




Arten derAufladung

Aufbau des Laders

Verdichter

Turbine

Lagerung

Laderkonzepte



Vortrag von

Stefan Reich

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Herausforderungen für die Zukunft

• Das sogenannte Turboloch (Träges Ansprechverhalten im unteren Lastbereich) weiter zu minimieren

• Das kühlungsbedingte Anfetten zu verringern

• Hohe Verdichtungen ohne Klopfgefahr zu ermöglichen

• Bauvolumen einzusparen (Downsizing)

• Kosten einsparen

• Neue Abgasvorschriften zu erfüllen

Titel

Gliederung




Arten derAufladung

Aufbau des Laders

Verdichter

Turbine

Lagerung

Laderkonzepte



Vortrag von

Stefan Reich

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Kurze Geschichte der Aufladung1905 Patent auf einen Verbundmotor, bei dem der Lader und die Turbine mechanisch an den Motor gekoppelt waren durch den Schweizer Ingenieur Alfred Büchi.

• 1910 erster aufgeladener Motor Zweitakt-Umlauf-Motor von Murray- Willat gebaut. Durch die Aufladung ergab sich die Möglichkeit, bei Flugzeugmotoren die Leistungseinbußen infolge der abnehmenden Luftdichte in größeren Höhen zu kompensieren.

• 1921 baute Daimler den ersten serienmäßigen Kompressorwagen. Die Aufladung erfolgte mittels eines mechanisch angetriebenen Roots- Gebläse..

• 1938 erstes Nutzfahrzeug-Dieselmotor mit Abgasturboaufladung von der Schweizer Maschinenfabrik "Saurer" gebaut.

• 1962 General Motors verbaut im Chevrolet Corvair Monza und Oldsmobile Jetfire die ersten Serien- PKW´s mit Abgasturboaufladung

• 1978 erster Turboaufgeladene PKW-Dieselmotor Daimler-Benz 300 SD

• Durch den Rennsport wurde in den 70er Jahren die Abgasturboaufladung auch für Otto-Motore populär gemacht. Hersteller wie BMW, Saab und Porsche brachten die ersten Fahrzeuge mit aufgeladenen Benzinmotoren auf den Markt.

• Das Wort "Turbo" wurde zum Status- und zum Modebegriff.

Titel

Gliederung




Arten derAufladung

Aufbau des Laders

Verdichter

Turbine

Lagerung

Laderkonzepte



Vortrag von

Stefan Reich

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Arten der Aufladung• Dynamische Aufladung

– Resonanzaufladung

– Schwingsaugrohraufladung

– Schaltansaugaufladung

• Mechanische Aufladung

– Rootskompressor

– Comrexlader

– Flügelzellenlader

– Ro-Drehkolbenlader

– G-Lader

– E-Booster

Titel

Gliederung




Arten derAufladung

Aufbau des Laders

Verdichter

Turbine

Lagerung

Laderkonzepte

Comprex-LaderG-Lader

RootskompresorResonanzaufladung

E-Booster



Vortrag von

Stefan Reich

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Abgasturboaufladung

Titel

Gliederung




Arten derAufladung

Aufbau des Laders

Verdichter

Turbine

Lagerung

Laderkonzepte



Vortrag von

Stefan Reich

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Aufbau eines Laders1.1. Verdichtergehäuse (Luftseite)Verdichtergehäuse (Luftseite)2.2. Turbinengehäuse (Abgasseite)Turbinengehäuse (Abgasseite)3. Ladedruckdose4. Halter der Ladedruckdose (Bracket)5. Ventil und Führungsbuchse6. Ventilführungshülse7. Führungshülse8. Mutter9. Mutter10. Schrauben11. Halteklammern (Clamp12. Schrauben13. Hitzeschild14.14. Läuferwelle mit TurbinenradLäuferwelle mit Turbinenrad15. Kolbenring16. Seegeringe17.17. RadiallagerRadiallager18. Bauteil aus 2 Lagerscheibenund einer Buchse19. Axiallager20. Ölabweiser21. Dichtbuchse22. Kolbenring23. O-Ring24. Insert25. Seegering26.26. Verdichterrad (Luftseite)Verdichterrad (Luftseite)27. Schrauben28. Clamps29.29. WellenmutterWellenmutter

Titel

Gliederung




Arten derAufladung

Aufbau des Laders

Verdichter

Turbine

Lagerung

Laderkonzepte



Vortrag von

Stefan Reich

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Verdichterrad (Kompressor)• Funktion:

Die Verdichter der meisten Turbolader sind Radialverdichter.

– Bauteile: Verdichterrad, Diffusor Spiralgehäuse.

– Durch die Drehzahl des Rades wird Luft axial angesaugt und im Rad auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt.

– Die Luft verlässt das Verdichterrad in radialer Richtung.

– Im Diffusor wird die Geschwindigkeit der Luft weitgehend verlustfrei verringert.

– Die Folge davon ist, dass Druck und Temperatur ansteigen.

• Belastung: – Zyklische Belastungen mit niederer Frequenz (Low Cycle

fatigue)

– Verdichterrad zum großen Teil maßgeblich für Lebensdauer

• Gestaltung:

Größe und Geometrie hängt ab von Luftbedarf und Drehgeschwindigkeit

Kennfeld charakterisiert das Betriebsverhalten von Verdichtern

Titel

Gliederung




Arten derAufladung

Aufbau des Laders

Verdichter

Turbine

Lagerung

Laderkonzepte



Vortrag von

Stefan Reich

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LaderkennfeldDruckverhältnis wird über dem durchgesetzten

Volumen bzw. Massenstrom dargestellt

Der nutzbare Kennfeldbereich ist begrenzt durch:Der nutzbare Kennfeldbereich ist begrenzt durch:

1. maximal zulässige Drehzahl des Verdichters.

2. PumpgrenzeDie Pumpgrenze begrenzt den linken Kennfeldrand. Bei zu kleinen Volumenströmen und zu hohen Druckverhältnissen löst sich die Strömung von den Verdichterschaufeln. Der Fördervorgang wird dadurch unterbrochen. Die Luft strömt rückwärts durch den Verdichter, bis sich wieder ein stabiles Druckverhältnis mit positivem Volumenstrom einstellt. Der Druck baut sich erneut auf. Der Vorgang wiederholt sich in rascher Folge.

3. StopfgrenzeDer maximale Volumenstrom eines Radialverdichters ist in der Regel durch den Querschnitt am Verdichtereintritt begrenzt. Erreicht die Luft im Radeintritt die Schallgeschwindigkeit, so ist kein weiteres Anwachsen des Durchsatzes mehr möglich. Im Verdichterkennfeld zeigt sich die Stopfgrenze an den stark abfallenden Drehzahllinien am rechten Kennfeldrand.

Titel

Gliederung




Arten derAufladung

Aufbau des Laders

Verdichter -Kennfeld

Turbine

Lagerung

Laderkonzepte



Vortrag von

Stefan Reich

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Neue Materialien und Verfahren beim Verdichter

HerstellungsverfahrenHerstellungsverfahren• Reibschweißen:

Teile werden zueinander bewegt, wobei sich die Teile an den Kontaktflächen berühren. Durch die entstehende Reibung kommt es zur Erwärmung. Am Ende des Reibvorganges ist es von entscheidender Bedeutung, die Teile richtig zueinander zu positionieren und einen hohen Druck auszuüben. Die Vorteile dieses Verfahrens sind, dass die so genannte Wärmeeinflusszone deutlich kleiner ist als bei anderen Schweißverfahren und dass es nicht zur Bildung von Schmelze in der Fügezone kommt.

• Aluminium im HIP Verfahren:Dies geschieht bei hohem Druck (typische Größenordnung: Fließgrenze) und etwa 0,5 bis 0,8-fachen der Schmelztemperatur (homologe Temperatur).HIP= Heiß-Isostatisches Pressen. Die Werkstücke werden in einem evakuiertem Kanister plaziertDer Kanister wird in einen Gastank gestellt, der meist ein Schutzgas mit entsprechendem Druck und Temperatur enthält. Die Kraftwirkung erfolgt also von allen Seiten der Probe.

Titel

Gliederung




Arten derAufladung

Aufbau des Laders

Verdichter -Neue Materialien

Turbine

Lagerung

Laderkonzepte



Vortrag von

Stefan ReichTurboloch minimierenTurboloch minimierenTurboloch minimierenTurboloch minimieren

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Neuste Werkstoffe und VerfahrenNeuste Werkstoffe und Verfahren

• Gefräste Verdichterräder

• Nächster Schritt Titanverdichter (13 mal längerer Lebensdauer)

Neuster Werkstoff: Gamma-Titan-Aluminium

Verbesserung der Verdichterschraube

• Kegelförmige Aerodynamische Form anstatt Mutter

-Vorteil: Verbesserte Anströmung

-Nachteil: erhebliche Probleme beim Auswuchten

Titel

Gliederung




Arten derAufladung

Aufbau des Laders

Verdichter-Neue Werkstoffe

Turbine

Lagerung

Laderkonzepte



Vortrag von

Stefan Reich

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Turbine• Funktion:

Mit der Wärme- und Bewegungsenergie des Motorabgases die Welle des Turboladers anzutreiben.

– Die Turbine setzt die Energie aus den Motorabgasen in mechanische Energie zum Antrieb des Verdichters um.

– Die Abgase werden durch den Strömungsquerschnitt der Turbine aufgestaut, sodass sich zwischen Eintritt und Austritt ein Druck- und Temperaturgefälle einstellt.

– Dieses Gefälle wird in der Turbine in kinetische Energie umgesetzt, die das Turbinenrad antreibt.

– Die Turbinenleistung steigt mit zunehmendem Druckgefälle zwischen Eintritt und Austritt an, d.h., die Turbinenleistung nimmt zu, wenn sich durch eine höhere Motordrehzahl mehr Abgas vor der Turbine aufstaut.

– Aber auch mit zunehmender Abgastemperatur steigt die Turbinenleistung wegen des höheren Energiegehaltes des Abgases an.

• Belastung: Thermisch, Zentripetalkräfte

Titel

Gliederung




Arten derAufladung

Aufbau des Laders

Verdichter

Turbine

Lagerung

Laderkonzepte

Kennfeld



Vortrag von

Stefan Reich

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Verbesserung des Ansprechverhaltens

• Kleinere Turbine – Weniger Verzögerung durch

kleinere Trägheitsmasse – Lader dreht jedoch schneller– Höherer Ladedruck

• Leichtere Turbinenmaterialien• Nickelbasislegierungen

(Nickelchrom als Hauptbestandteil)– Titan– Keramik

• Verbesserung der Lagerung(dazu mehr bei Lagerungen)

Zeit bis 40kPA Ladedruck

Verbessrung des Ansprechverhaltens

•Serie 5,3s 100%

Ausgangs-

Wert

•Kleinerer Durchmesser 3,8s 72% 28%

•Kleinerer Durchmesser

•Variable Geometrie

2,7s 51% 29%



•Kugellager

2,1s 28% 45%



•Kugellager

•Keramikrotor

1,6s 21% 24%

Titel

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Arten derAufladung

Aufbau des Laders

Verdichter

Turbine

Lagerung

Laderkonzepte



Vortrag von


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Keramikverbindung

Vorteile•Beständig bis 1200°C•Geringere Masse (10% von Metall)

•Lader dreht schneller hoch•Turbinengehäuse kann dünner ausgelegt werden, Gefahr von Zerstörung durch Trümmer ist geringer

•Temperaturausdehnung geringer•Geringere Toleranzen

Nachteile•Sprödes Material•Empfindlich gegen Schmutz•Verbindung Welle-Turbine schwierig•Der Temperaturvorteil sinkt so auf 975°C

Titel

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Arten derAufladung

Aufbau des Laders

Verdichter

Turbine -Neue Werkstoffe

Lagerung

Laderkonzepte



Vortrag von


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Hochtemperaturfeste Werkstoffe

• Da bis heute ein Teil des Kraftstoffes zur Kühlung des Motors verwendet wird (Luftverhältnis im Nennleistungspunkt ca. λ=0,75–0,85), ergibt sich Einsparpotential im Kraftstoffverbrauch bis zu 20% bei λ=0,9-1,0 erhöht,

• Dies führt jedoch zu einem Anstieg der Abgastemperatur auf bis zu 1050°C und stellt u.a. neue Herausforderungen an den Turbolader.

Werkstoffe– Bis 680°C Grauguss mit Kugelgraphit GG40– Bis 760°C GGG Si Mo 51– Bis 850°C GGG Si Mo 4,5 0,6– Bis 970°C GGG NiCrSi 35 5 2 Niresist D5– Bis 1050°C Inconel 713 C– Über 1050 °C Abgastemperatur erfordern einen

Werkstoff für das Turbinengehäuse, der dieser hohen Bauteiltemperatur während der gesamten Lebensdauer des Fahrzeugs standhält. Hierfür bietet sich hitzebeständiger austenitischer Stahlguss an.

Ab einer Abgastemperatur von 850 Grad werden wassergekühlte

Gehäuse verwendet

Titel

Gliederung




Arten derAufladung

Aufbau des Laders

Verdichter

Turbine -Neue Werkstoffe

Lagerung

Laderkonzepte



Vortrag von

Stefan Reich

Kraftstoffverbrauch minimierenKraftstoffverbrauch minimierenKraftstoffverbrauch minimierenKraftstoffverbrauch minimieren

Saubere VerbrennungSaubere VerbrennungSaubere VerbrennungSaubere Verbrennung

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Turbinengehäuse• Funktion:

Mit der Wärme- und Bewegungsenergie des Motorabgases die Welle des Turboladers anzutreiben.

• Belastung:thermisch

• Gestaltung:Die thermische Trägheit des Turbinengehäuses ist für höchst schadstoffarme Fahrzeuge von Bedeutung. Durch eine geringe thermische Trägheit steigt die Temperatur im Katalysator während der Kaltstartphase des Motors schneller an. Die Konvertierung der Schadstoffe im Abgas beginnt schon zu einem früheren Zeitpunkt. Aus Emissionsgründen sollte die thermische Trägheit und die Oberfläche des Turbinengehäuses daher möglichst gering sein.

Titel

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Arten derAufladung

Aufbau des Laders

Verdichter

Turbine -Gehäuse

Lagerung

Laderkonzepte



Vortrag von

Stefan Reich

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Das Dünnwand-Turbinengehäuse

Der hohe Aufwand bei der Herstellung und Bearbeitung von Turbinengehäusen aus Stahlguss und die damit verbundenen hohen Kosten hat die Frage nach einem Zusatznutzen aufkommen lassen. Wünschenswert sind dünne Wandstärken, die das Gewicht des Turbinengehäuses deutlich reduzieren und gleichzeitig die thermische Trägheit des Turbinengehäuses verringern. Dies führt zu einem schnelleren Anspringen des Katalysators während der Kaltstartphase des Motors, was die Emissionen des Fahrzeuges deutlich verbessert.

Das Blech-Turbinengehäuse

Es besteht aus mehreren gestanzten Blechteilen, die miteinander verschweißt werden. Das Turbinengehäuse kann sowohl einfach, als auch doppelwandig mit Luftspaltisolierung ausgeführt werden. Die Befestigung des Turbinengehäuses im Abgassystem des Motors kann sowohl durch Flansche als auch durch Schweißverbindungen mit den angrenzenden Rohren erfolgen. Hierdurch ist eine durchgängige Luftspaltisolierung des Abgasstromes vom Zylinderkopf bis zum Katalysator möglich. Als Materialien stehen hitzebeständige Stahlbleche zur Verfügung, die eine Abgastemperatur bis zu 1050°C ermöglichen. Im Wirkungsgrad- und Durchsatzverhalten sind Blech-Turbinengehäuse gleichwertig zu den gegossenen Turbinengehäusen bei weitaus geringerer thermischer Trägheit und damit schnellerem Anspringen des Katalysators beim Kaltstart.

Titel

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Arten derAufladung

Aufbau des Laders

Verdichter

Turbine -Gehäuse

Lagerung

Laderkonzepte



Vortrag von

Stefan Reich

Kosten EinsparenKosten EinsparenKosten EinsparenKosten Einsparen

Schadstoffe minimierenSchadstoffe minimierenSchadstoffe minimierenSchadstoffe minimieren

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Lagerung und Welle• Funktion:

Für Ottomotoren, bei denen die Abgastemperaturen noch 200 bis 300 Kelvin höher liegen als bei Dieselmotoren, werden meist wassergekühlte Lagergehäuse eingesetzt (Während des Motorbetriebes ist das Lagergehäuse in den Kühlkreislauf des Motors integriert. Nach dem Abstellen wird die Stauwärme mittels eines kleinen Kühlkreislaufes abgeführt, der von einer thermostatisch geregelten elektrischen Wasserpumpe angetrieben wird

• Belastung:Axial, RadialDer Läufer eines Turboladers dreht mit bis zu 300 000 Umdrehungen pro Minute

• Gestaltung:Bis 140.000 U/Min können Kugellager (sogar konventionelle Nadellager) eingesetzt werden, da die Lager nur etwa 140 Grad aushalten müssen.

Titel

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Arten derAufladung

Aufbau des Laders

Verdichter

Turbine

Lagerung

Laderkonzepte



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Stefan Reich

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Gleitlagerung Kugellagerung

Vorteile:•Kühlung des Welle•Nahezu Verschleißfrei•Hohe Drehzahlen möglich

Nachteile•bis zu 2 kW Leistungsverlust •Evtl. Ölverlust an Dichtung

Zukunft•Neue Dichtungen•Moderne Motoröle

Vorteile•Schnelles Ansprechverhalten•Bessere Notlaufeigenschaften/ keine Nachschmierung erforderlich•Keine Gefahr von Ölanteilen in Ansaugluft oder Abgas

Nachteile•Lebensdauer Teilweise nur 100.000km

•Nur Drehzahlen bis 140.00 U/min

Zukunft:•Drehzahlfestere Kugellager z.B aus Keramik

In Entwicklung:

Luftlager, Magnetlager

Zur Zeit noch zu teuer und groß

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Arten derAufladung

Aufbau des Laders

Verdichter

Turbine

Lagerung

Laderkonzepte



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Ladersteuerung • Regelung mittels turbinenseitigem Bypass

• Die Turbine wird dabei so klein gewählt, dass die Anforderungen an das Drehmomentverhalten bei niedrigen Drehzahlen erfüllt werden und eine gute Fahrbarkeit des Motors erreicht wird.

• kurz vor Erreichen des maximalen Drehmomentes wird mehr Abgas zugeführt, als für die Erzeugung des Ladedruckes notwendig ist.

• Nach dem Erreichen des erforderlichen Ladedruckes wird ein Teil der Abgasmenge durch einen Bypass hindurch um die Turbine herum geleitet.

• Die Ladedruckregelklappe, wird durch eine federbelastete Membrane angesteuert. Ab einer bestimmten Motordrehzahl steigt der Ladedruck nicht mehr an.

• Heute werden elektronische Ladedruckregelverfahren eingesetzt• Der Ladedruck kann dabei in Abhängigkeit einer Vielzahl von Parametern

wie z.B. der Ladelufttemperatur, des Zündwinkels bzw. der Einspritzparameter und der Kraftstoffqualität optimal eingestellt werden.

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Arten derAufladung

Aufbau des Laders

Verdichter

Turbine

Lagerung

Laderkonzepte



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Parallelschaltung von Ladern

• Als Biturbo bezeichnet man die parallele Verwendung von zwei Ladern.

• Bei einem 6-Zylinder-Biturbo-Motor muss jeder Turbolader nur drei Zylinder befüllen. Statt eines größeren zwei kleinere Lader

• entsprechend kleinere Trägheitsmomente besseres Ansprechverhalten beim Gasgeben

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Aufbau des Laders

Verdichter

Turbine

Lagerung

Laderkonzepte



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Stefan Reich

Größeres Drehmoment bei geringen DrehzahlenGrößeres Drehmoment bei geringen DrehzahlenGrößeres Drehmoment bei geringen DrehzahlenGrößeres Drehmoment bei geringen DrehzahlenTurboloch minimierenTurboloch minimierenTurboloch minimierenTurboloch minimieren

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Serienschaltung von LadernAls Twinturbo und Registeraufladung bezeichnet man die serielle Verwendung

von Turboladern. • Bei niedriger Drehzahl wirrd ein kleinerer Lader, der aufgrund der geringen

Massenträgheit schnell hochdreht,.• 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 minimiertdas sogenannte Turboloch:

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Aufbau des Laders

Verdichter

Turbine

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Größeres Drehmoment bei geringen DrehzahlenGrößeres Drehmoment bei geringen DrehzahlenGrößeres Drehmoment bei geringen DrehzahlenGrößeres Drehmoment bei geringen Drehzahlen

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Der TFSI MotorKombination Kompressor und

Turbo• Bis zu einer Drehzahl von 2000

Touren läuft der Kompressor alleine, danach hilft der Turbolader mit und übernimmt oberhalb von 3500 Umdrehungen die Aufladearbeit allein. Diese Arbeitsteilung dämpft gleichzeitig den zentralen Nachteil des Kompressors. Da er vom Motor angetrieben wird, kostet er auch Leistung. Beim TSI sind es aber nur viereinhalb PS.

Vorteile Direkteinspritzung für Turbo• Durch die Direkteinspritzung wird die

verdichtete Luft abgekühlt, was den Effekt eines Ladeluftkühlers hat

• Der Brennraum kann Klopffester gestaltet werden

• Ventilwinkel von 25 bis 27 Grad möglich

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Aufbau des Laders

Verdichter

Turbine

Lagerung

Laderkonzepte



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Stefan Reich

Größeres Drehmoment bei geringen DrehzahlenGrößeres Drehmoment bei geringen DrehzahlenGrößeres Drehmoment bei geringen DrehzahlenGrößeres Drehmoment bei geringen DrehzahlenKraftstoffverbrauch minimierenKraftstoffverbrauch minimierenKraftstoffverbrauch minimierenKraftstoffverbrauch minimieren

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VTG – Der Lader mit Variabler Turbinengeometrie

• Turbinenleistung wird durch Veränderung von Anströmungswinkel und –geschwindigkeit am Turbinenradeintritt geregelt. Im Fall der VTG-Turbolader geschieht dies durch vor dem Turbinenrad angeordnete Leitschaufeln.

• Neuer Werkstoff: Kunstkohlelager für verstellbare Leitschaufeln (schmierungsfreie Lagerung)

• Vorteil gegenüber einer Bypass-Regelung : Der volle Abgasmassenstrom wird immer über die Turbine geleitet und zur Leistungsumsetzung genutzt.

• Bisher nur in Dieseln bis 700 Grad Abgastemperatur genutzt

• Die mechanischen Anforderungen an eine VTG im Nutzfahrzeug sind deutlich höher als im Pkw, da die Drehschaufeln auch als hocheffiziente Motorbremse dienen sollen.

• Benzinmotoren erreichen über 1000 Grad Dauertemperatur, neue Werkstoffe im Einsatz (Inconel 713C ?)

• Der VTG Lader soll erstmals beim Porsche 997 Turbo zum Einsatz kommen

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Größeres Drehmoment bei geringen DrehzahlenGrößeres Drehmoment bei geringen DrehzahlenGrößeres Drehmoment bei geringen DrehzahlenGrößeres Drehmoment bei geringen Drehzahlen

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Quellenangabe• Textquellen:

Schrader-Motor-Technik - Automobiltechnisches Handbuch für Turbolader und Kompressormotoren

Bibliothek der Technik – Abgasturbolader

Motair - Technischer Lehrgang Turbolader

Bosch - Kraftfahrtechnisches Taschenbuch

• Internet

www.3k-warner.de

www.motair.de

www.turbolader.net

www.lindseyracing.com

• Telefonisch

Enwicklungsabteilung 3K-Warner

Motair

STK Turbotechnik

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Stefan Reich

http://www.3k-warner.de/

http://www.motair.de/

http://www.turbolader.net/

http://www.turbolader.net/

http://www.lindseyracing.com/

http://www.lindseyracing.com/

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