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1 Referat für neue Werkstoffe in der KFZ-Technik Thema: Neue Materialien im Turboladerbau Vortragsdauer: 15 Minuten Ausarbeitung und Vortrag: Stefan Reich.

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1 1 Referat für neue Werkstoffe in der KFZ-Technik Thema: Neue Materialien im Turboladerbau Vortragsdauer: 15 Minuten Ausarbeitung und Vortrag: Stefan Reich

2 2 Wolfgang Dürheimer, Porsche­chef- Entwickler TURBO BEI UNS NUR FÜR DIE TOPMO­DELLE-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 da­mit weltweit alle geltenden Emissionsvorschriften mehr als nur erfüllen. Gliederung 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 des aufgeladenen Motors Herausforderungen Für die Zukunft Kurze Geschichte Der Aufladung Arten der Aufladung Aufbau des Laders Verdichter Turbine Lagerung Laderkonzepte Wolfgang Hatz Aggregateschef Audi UNSER BENZIN-DI TURBO SETZT MASS­STÄBE" 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 Dreh­zahlen 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 WICHTI­GER" 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 BMWMODERNE 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 DOPPEL­AUF-LADUNG SEHR INTERES­SANT" Die Zahl der Benziner mit Turboaufladung wird erheblich steigen - ähnlich wie bei den Turbodieseln. Da­bei sind unter­schiedliche 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

3 3 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 Vorteile des aufgeladenen Motors Herausforderungen Für die Zukunft Kurze Geschichte Der Aufladung Arten der Aufladung Aufbau des Laders Verdichter Turbine Lagerung Laderkonzepte Referat für neue Werkstoffe in der KFZ- Technik Thema: Neue Materialien im Turboladerbau Vortrag von Stefan Reich

4 4 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 Vorteile des aufgeladenen Motors Herausforderungen Für die Zukunft Kurze Geschichte Der Aufladung Arten der Aufladung Aufbau des Laders Verdichter Turbine Lagerung Laderkonzepte Referat für neue Werkstoffe in der KFZ- Technik Thema: Neue Materialien im Turboladerbau Vortrag von Stefan Reich

5 5 Kurze Geschichte der Aufladung 1905 Patent auf einen Verbundmotor, bei dem der Lader und die Turbine mechanisch an den Motor gekoppelt waren durch den Schweizer Ingenieur Alfred Büchi 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 baute Daimler den ersten serienmäßigen Kompressorwagen. Die Aufladung erfolgte mittels eines mechanisch angetriebenen Roots- Gebläse erstes Nutzfahrzeug-Dieselmotor mit Abgasturboaufladung von der Schweizer Maschinenfabrik "Saurer" gebaut 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 Vorteile des aufgeladenen Motors Herausforderungen Für die Zukunft Kurze Geschichte Der Aufladung Arten der Aufladung Aufbau des Laders Verdichter Turbine Lagerung Laderkonzepte Referat für neue Werkstoffe in der KFZ- Technik Thema: Neue Materialien im Turboladerbau Vortrag von Stefan Reich

6 6 Arten der Aufladung Dynamische Aufladung –Resonanzaufladung –Schwingsaugrohraufladung –Schaltansaugaufladung Mechanische Aufladung –Rootskompressor –Comrexlader –Flügelzellenlader –Ro-Drehkolbenlader –G-Lader –E-Booster Titel Gliederung Vorteile des aufgeladenen Motors Herausforderungen Für die Zukunft Kurze Geschichte Der Aufladung Arten der Aufladung Aufbau des Laders Verdichter Turbine Lagerung Laderkonzepte Comprex-Lader G-Lader Rootskompresor Resonanzaufladung E-Booster Referat für neue Werkstoffe in der KFZ- Technik Thema: Neue Materialien im Turboladerbau Vortrag von Stefan Reich

7 7 Abgasturboaufladung Titel Gliederung Vorteile des aufgeladenen Motors Herausforderungen Für die Zukunft Kurze Geschichte Der Aufladung Arten der Aufladung Aufbau des Laders Verdichter Turbine Lagerung Laderkonzepte Referat für neue Werkstoffe in der KFZ- Technik Thema: Neue Materialien im Turboladerbau Vortrag von Stefan Reich

8 8 Aufbau eines Laders 1.Verdichtergehäuse (Luftseite) 2.Turbinengehäuse (Abgasseite) 3.Ladedruckdose 4.Halter der Ladedruckdose (Bracket) 5.Ventil und Führungsbuchse 6.Ventilführungshülse 7.Führungshülse 8.Mutter 9.Mutter 10.Schrauben 11.Halteklammern (Clamp 12.Schrauben 13.Hitzeschild 14.Läuferwelle mit Turbinenrad 15.Kolbenring 16.Seegeringe 17.Radiallager 18.Bauteil aus 2 Lagerscheibenund einer Buchse 19.Axiallager 20.Ölabweiser 21.Dichtbuchse 22.Kolbenring 23.O-Ring 24.Insert 25.Seegering 26.Verdichterrad (Luftseite) 27.Schrauben 28.Clamps 29.Wellenmutter Titel Gliederung Vorteile des aufgeladenen Motors Herausforderungen Für die Zukunft Kurze Geschichte Der Aufladung Arten der Aufladung Aufbau des Laders Verdichter Turbine Lagerung Laderkonzepte Referat für neue Werkstoffe in der KFZ- Technik Thema: Neue Materialien im Turboladerbau Vortrag von Stefan Reich

9 9 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 Vorteile des aufgeladenen Motors Herausforderungen Für die Zukunft Kurze Geschichte Der Aufladung Arten der Aufladung Aufbau des Laders Verdichter Turbine Lagerung Laderkonzepte Referat für neue Werkstoffe in der KFZ- Technik Thema: Neue Materialien im Turboladerbau Vortrag von Stefan Reich

10 10 Laderkennfeld Druckverhältnis wird über dem durchgesetzten Volumen bzw. Massenstrom dargestellt Der nutzbare Kennfeldbereich ist begrenzt durch: 1.maximal zulässige Drehzahl des Verdichters. 2.Pumpgrenze Die 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.Stopfgrenze Der 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 Vorteile des aufgeladenen Motors Herausforderungen Für die Zukunft Kurze Geschichte Der Aufladung Arten der Aufladung Aufbau des Laders Verdichter -Kennfeld Turbine Lagerung Laderkonzepte Referat für neue Werkstoffe in der KFZ- Technik Thema: Neue Materialien im Turboladerbau Vortrag von Stefan Reich

11 11 Neue Materialien und Verfahren beim VerdichterHerstellungsverfahren 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 plaziert Der 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 Vorteile des aufgeladenen Motors Herausforderungen Für die Zukunft Kurze Geschichte Der Aufladung Arten der Aufladung Aufbau des Laders Verdichter -Neue Materialien Turbine Lagerung Laderkonzepte Referat für neue Werkstoffe in der KFZ- Technik Thema: Neue Materialien im Turboladerbau Vortrag von Stefan Reich Turboloch minimieren

12 12 Neuste 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 Vorteile des aufgeladenen Motors Herausforderungen Für die Zukunft Kurze Geschichte Der Aufladung Arten der Aufladung Aufbau des Laders Verdichter -Neue Werkstoffe Turbine Lagerung Laderkonzepte Referat für neue Werkstoffe in der KFZ- Technik Thema: Neue Materialien im Turboladerbau Vortrag von Stefan Reich

13 13 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 Vorteile des aufgeladenen Motors Herausforderungen Für die Zukunft Kurze Geschichte Der Aufladung Arten der Aufladung Aufbau des Laders Verdichter Turbine Lagerung Laderkonzepte Kennfeld Referat für neue Werkstoffe in der KFZ- Technik Thema: Neue Materialien im Turboladerbau Vortrag von Stefan Reich

14 14 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 Serie5,3s100 % Ausgangs- Wert Kleinerer Durchmesser3,8s72%28% Kleinerer Durchmesser Variable Geometrie 2,7s51%29% Kleinerer Durchmesser Variable Geometrie Kugellager 2,1s28%45% Kleinerer Durchmesser Variable Geometrie Kugellager Keramikrotor 1,6s21%24% Titel Gliederung Vorteile des aufgeladenen Motors Herausforderungen Für die Zukunft Kurze Geschichte Der Aufladung Arten der Aufladung Aufbau des Laders Verdichter Turbine Lagerung Laderkonzepte Referat für neue Werkstoffe in der KFZ- Technik Thema: Neue Materialien im Turboladerbau Vortrag von Stefan Reich Turboloch minimieren

15 15 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 Gliederung Vorteile des aufgeladenen Motors Herausforderungen Für die Zukunft Kurze Geschichte Der Aufladung Arten der Aufladung Aufbau des Laders Verdichter Turbine -Neue Werkstoffe Lagerung Laderkonzepte Referat für neue Werkstoffe in der KFZ- Technik Thema: Neue Materialien im Turboladerbau Vortrag von Stefan Reich Turboloch minimieren

16 16 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 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 Vorteile des aufgeladenen Motors Herausforderungen Für die Zukunft Kurze Geschichte Der Aufladung Arten der Aufladung Aufbau des Laders Verdichter Turbine -Neue Werkstoffe Lagerung Laderkonzepte Referat für neue Werkstoffe in der KFZ- Technik Thema: Neue Materialien im Turboladerbau Vortrag von Stefan Reich Kraftstoffverbrauch minimieren Saubere Verbrennung

17 17 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 Gliederung Vorteile des aufgeladenen Motors Herausforderungen Für die Zukunft Kurze Geschichte Der Aufladung Arten der Aufladung Aufbau des Laders Verdichter Turbine -Gehäuse Lagerung Laderkonzepte Referat für neue Werkstoffe in der KFZ- Technik Thema: Neue Materialien im Turboladerbau Vortrag von Stefan Reich

18 18 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 Gliederung Vorteile des aufgeladenen Motors Herausforderungen Für die Zukunft Kurze Geschichte Der Aufladung Arten der Aufladung Aufbau des Laders Verdichter Turbine -Gehäuse Lagerung Laderkonzepte Referat für neue Werkstoffe in der KFZ- Technik Thema: Neue Materialien im Turboladerbau Vortrag von Stefan Reich Kosten Einsparen Schadstoffe minimieren

19 19 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, Radial Der Läufer eines Turboladers dreht mit bis zu Umdrehungen pro Minute Gestaltung: Bis U/Min können Kugellager (sogar konventionelle Nadellager) eingesetzt werden, da die Lager nur etwa 140 Grad aushalten müssen. Titel Gliederung Vorteile des aufgeladenen Motors Herausforderungen Für die Zukunft Kurze Geschichte Der Aufladung Arten der Aufladung Aufbau des Laders Verdichter Turbine Lagerung Laderkonzepte Referat für neue Werkstoffe in der KFZ- Technik Thema: Neue Materialien im Turboladerbau Vortrag von Stefan Reich

20 20 GleitlagerungKugellagerung 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 km Nur Drehzahlen bis U/min Zukunft: Drehzahlfestere Kugellager z.B aus Keramik In Entwicklung: Luftlager, Magnetlager Zur Zeit noch zu teuer und groß Titel Gliederung Vorteile des aufgeladenen Motors Herausforderungen Für die Zukunft Kurze Geschichte Der Aufladung Arten der Aufladung Aufbau des Laders Verdichter Turbine Lagerung Laderkonzepte Referat für neue Werkstoffe in der KFZ- Technik Thema: Neue Materialien im Turboladerbau Vortrag von Stefan Reich Turboloch minimieren

21 21 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. Titel Gliederung Vorteile des aufgeladenen Motors Herausforderungen Für die Zukunft Kurze Geschichte Der Aufladung Arten der Aufladung Aufbau des Laders Verdichter Turbine Lagerung Laderkonzepte Referat für neue Werkstoffe in der KFZ- Technik Thema: Neue Materialien im Turboladerbau Vortrag von Stefan Reich Turboloch minimieren

22 22 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 Titel Gliederung Vorteile des aufgeladenen Motors Herausforderungen Für die Zukunft Kurze Geschichte Der Aufladung Arten der Aufladung Aufbau des Laders Verdichter Turbine Lagerung Laderkonzepte Referat für neue Werkstoffe in der KFZ- Technik Thema: Neue Materialien im Turboladerbau Vortrag von Stefan Reich Größeres Drehmoment bei geringen Drehzahlen Turboloch minimieren

23 23 Serienschaltung von Ladern Als 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 minimiert das sogenannte Turboloch: Titel Gliederung Vorteile des aufgeladenen Motors Herausforderungen Für die Zukunft Kurze Geschichte Der Aufladung Arten der Aufladung Aufbau des Laders Verdichter Turbine Lagerung Laderkonzepte Referat für neue Werkstoffe in der KFZ- Technik Thema: Neue Materialien im Turboladerbau Vortrag von Stefan Reich Größeres Drehmoment bei geringen Drehzahlen

24 24 Der TFSI Motor Kombination 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 Titel Gliederung Vorteile des aufgeladenen Motors Herausforderungen Für die Zukunft Kurze Geschichte Der Aufladung Arten der Aufladung Aufbau des Laders Verdichter Turbine Lagerung Laderkonzepte Referat für neue Werkstoffe in der KFZ- Technik Thema: Neue Materialien im Turboladerbau Vortrag von Stefan Reich Größeres Drehmoment bei geringen Drehzahlen Kraftstoffverbrauch minimieren

25 25 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 Titel Gliederung Vorteile des aufgeladenen Motors Herausforderungen Für die Zukunft Kurze Geschichte Der Aufladung Arten der Aufladung Aufbau des Laders Verdichter Turbine Lagerung Laderkonzepte Referat für neue Werkstoffe in der KFZ- Technik Thema: Neue Materialien im Turboladerbau Vortrag von Stefan Reich Größeres Drehmoment bei geringen Drehzahlen

26 26 Quellenangabe Textquellen: Schrader-Motor-Technik - Automobiltechnisches Handbuch für Turbolader und Kompressormotoren Bibliothek der Technik – Abgasturbolader Motair - Technischer Lehrgang Turbolader Bosch - Kraftfahrtechnisches Taschenbuch Internet Telefonisch Enwicklungsabteilung 3K-Warner Motair STK Turbotechnik Titel Gliederung Vorteile des aufgeladenen Motors Herausforderungen Für die Zukunft Kurze Geschichte Der Aufladung Arten der Aufladung Aufbau des Laders Verdichter Turbine Lagerung Laderkonzepte Referat für neue Werkstoffe in der KFZ- Technik Thema: Neue Materialien im Turboladerbau Vortrag von Stefan Reich

27 27 Noch Fragen Titel Gliederung Vorteile des aufgeladenen Motors Herausforderungen Für die Zukunft Kurze Geschichte Der Aufladung Arten der Aufladung Aufbau des Laders Verdichter Turbine Lagerung Laderkonzepte Referat für neue Werkstoffe in der KFZ- Technik Thema: Neue Materialien im Turboladerbau Vortrag von Stefan Reich


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