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Turbo-Aufladung

Einige Probe-II-Fahrer wünschten sich die Turbopower des Probe I herbei.
Thomas Reich schrieb am 15. Mai 2001 ein interessanten Artikel zu diesem Thema im alten Technik-Forum.

Basics:

Ein Motor arbeitet nach folgendem Prinzip:
Luft wird angesaugt, mit zerstaeubtem Benzin vermischt, dann in die Brennkammer befoerdert und kurz bevor der Kolben auf TDC (Top dead center) steht, also fast maximale Kompression erreicht hat, wird das Gemisch gezuendet. Das treibt den Kolben nach unten und damit wird eben die Achse, an dem die Kolben angeflanscht sind, angetrieben. Nachdem dann BDC (bottom dead center) erreicht ist, wird das verbrannte Gemisch wieder ueber das Ablassventil ausgestossen. Kurz vor TDC wird das Einlassventil wieder geoeffnet und somit die naechste Ladung Luft-Spritgemisch angesogen. Dadurch das noch ein Sog von den ausstroemenden Abgasen vorhanden ist, wird das frische Gemisch sogar besser und schneller eingesogen. Diese gleichzeitige Oeffnung von Aus- und Einlassventil fuer einen kurzen Zeitpunkt nennt sich Overlap (Ueberlappen)
Agressive Nockenwellen haben meist etwas mehr overlap, um mehr Zeit fuer den Einsaugvorgang rauszuholen, damit mehr Luft-Spritgemisch eingesogen werden kann. Bei zu aggresivem Timing kann es dadurch zu Ueberfluten vom eingesaugten Gemisch in den Auslasskanal kommen, da ja dann der Overlap zu gross ist, und die auslassventile zu spaet schliessen um das ausstroemen von dem frischen Gemisch zu verhindern.


Der Turbolader oder Kompressor:
Ein Kompressor oder Turbo dient dazu, kuenstlich das Volumen der angesaugten Luft zu vergroessern. Das wird erreicht durch Einsaugen der Luft ueber ein Kompressorrad, welches beim Kompressor entweder ueber einen Riemen direkt vom Motor angetrieben wird, oder beim Turbo ueber eine Achse an ein Turbinenrad gekoppelt ist, welches dann durch die verbrauchten Abgase ueber deren Druck angetrieben wird.
Durch die Erhoehung des Luftvolumens muss natuerlich auch dementsprechend die Spritzufuhr erhoeht werden, damit das Sprit-Luft-Gemisch nicht zu sauerstoffreich wird und damit zu heiss wird. Zu heisses Gemisch verbrennt dann Kolben, Ventile und Dichtungen und wuerde damit den Tod oder zumindest hoher Schaden fuer den Motor bedeuten. Oder es entzuendet sich zu frueh, und bremst den gegen TDC gehenden Kolben so stark, das sich die Pleuel verbiegen und damit der Motor beschaedigt wird.
Um eine erhoehte Spritzufuhr zu erreichen wird ueber einen FPR (Fuel pressure regulator) Benzindruckregulierer der Druck in der Benzinleitung erhoeht um damit eine erhoete Foerdermenge des Benzins zu erreichen.
Allerdings ist dabei zu beachten: Ueber 80PSI Druck in der Benzinzuleitung, dann wird das Einspritzmuster der Einspritzduesen veraendert und dies kann dann durch unsymmetrische Spritverteilung zu Hot-spots in der Brennkammer kommen, welche dann wieder Kolben oder Brennkammer beschaedigen koennen. Auch muss darauf geachtet werden, dass unter Vollast, also bei maximaler Luftzufuhr der Druck in der Benzinleitung nicht unter 18psi faellt, da sonst wieder das Einspritzmuster veraendert wird.
Die Einspritzdauer muss natuerlich auch dem neuen Luftvolumen angepasst werden und da dies der Computer nur bis zu einem gewissen Grad kann, wird durch einen zwischengeschalteten Computer dem Motorcomputer eine falsche Luftmenge vorgespielt, damit dieser die Oeffnungszeit der Einspritzduesen mit dem vorgespieltem Wert der Luftmenge, berechnet und damit eine sichere Zufuhr von genuegend Sprit gewaehrleistet.

Wird jetzt bei schnelldrehendem Kompressorrad der Fuss vom Gas genommen, kommt es durch die geschlossene Drosselklappe zu einem Rueckstau der Luft und kann dadurch das Kompressorrad beschaedigen. Um das zu verhindern wird ein Ueberdruckventil zwischen Kompressor und Drosselklappe eingebaut, welche dann den ueberschuessigen Druck wieder ueber das Ventil abbaut. Dieses Ventil nennt man Blow-off valve (BOV).

An Anzeigen sollte man im Auto einbauen:
- Air-Fuel-Ratio(Gas-Luft-Verhaeltnis) Anzeige
- Exhaust-Gas-temperature(Abgastemperatur) Anzeige
(zur Abgastemperaturanzeige folgendes: Der Temp-Sensor sollte ungefaehr 10-15cm entfernt vom Auslass des Motorblocks in den Abgaskruemmer eingebaut werden. Und zwar bei Auslass Nummer 6. Das ist naemlich die heisseste Kammer im Motor.)
- Fuelpressure(Benzindruck) Anzeige
- Boost(Ladedruck) Anzeige

Weiterhin sollte auch eine vergroesserte Auspuffanlage installiert werden mit einem High-flow-cat (Katalysator, welche den Luftstrom leichter durchlaesst) und einem Rohrdurchmesser von ca. 6,5 - 7.5cm.

Damit die Zuendkerzen nicht zu heiss werden und damit ein verfruehtes Zuenden des Gemisches zu verhindern, sollten die Zuendkerzen eine oder zwei Nummern kaelter gewaehlt werden.

Auch waere es ratsam ein elektronischen Zuendverstaerker einzubauen, welcher selbst unter hohem Ladedruck noch sicher das Gas-Luft-Gemisch zuendet.

Wer seinen Turbolader oder Kompressor selbst installieren moechte, hier ein Literaturhinweis:
Maximum Boost von Corky Bell ISBN 0-8376-0160-6

Aber selbst bei Fremdeinbau sollte man dieses Buch lesen, damit zumindest bei der Fehlersuche das Verstaendnis ueber die Funktion eines Turboladers vorhanden ist.


Wahl des Turboladers:

Es gibt verschiedene Groessen, welche bei der Wahl eines Turboladers beachtet werden muessen:
Ist die Turbinen-Einlassoeffnungen am Turbo zu gross, dann entsteht zu viel Turbolag, ist die Oeffnung zu klein, dann kann nicht genug Abgasluft durch und die gewuenschte Leistung wird nicht erreicht, da das Turbinenrad nie genug Drehzahl bekommt und damit nicht genuegend Luft fuer maximale Leistung geliefert wird.
Ist die Auslassoeffnung zu gross, dann wird das Abgas nicht richtig beschleunigt und es kommt durch zu langsam fliessendes Abgas zu Rueckstau im Auspuff, welches dann wiederum negativ auf maximale Drehzahl der Turbine wirkt. Ist die Auslassoeffnung zu klein, dann gilt wieder, das nicht genuegen Abgas ausgestossen werden kann und es kommt eventuell sogar zu Rueckstau bis in die Brennkammer und damit zu drastischem Leistungsverlust. Das richtige Mass der Ein- und Ausslassoeffnungen der Turbinenseite eines Turbos ist also zu beachten.
Das gleiche gilt fuer die Kompressorseite, ist das Kompressorrad zu gross, dann gibt es zu grossen Turbolag, ist das Rad zu klein, dann wird wieder nicht genuegend Luft gefoerdert.

Die Regelung des Ladedrucks erfolgt ueber das Wastegate (Ueberstroemklappe).
Das Wastegate wird kurz vor dem Turbolader zwischen Turbolader und Auslassoeffnungen am Motorblock eingebaut.
Oeffnet sich das Wastegate, wird ein Teil des Abgases in den Ueberstromkanal abgeleitet und damit der Druck auf das Turbinenrad vermindert, was dann zu weniger Luftmengenfoerderungen durch das Kompressorrad fuehrt. Das Wastegate wird ueber einen mechanischen Drucksensor gesteuert. Wird der max. Ladedruck erreicht, oeffnet sich das Wastegate solange, bis der Ladedruck nicht mehr den eingestellten Wert uebersteigt. Bei fallendem Druck schliesst sich natuerlich das Wastegate wieder.

Oder man kauft sich einen Turbo mit verstellbaren Fluegeln am Turbinenrad. Diese Art von Turboladern wird bei den 1st gen Ford Probe GT's verwendet, da wird der Ladedruck durch Stellungsaenderung der Turbinenfluegel erreicht. Allerdings ist diese Art von Turbo ungefaehr doppelt so teuer wie ein einfacher Turbo und wird deshalb auch meist nicht beim Nachruesten verwendet.

Zu beachten ist auch, das die Achse, welche Turbinenrad und Kompressorrad verbindet geschmiert und gekuehlt werden muss. Hier wird eine extra Oelleitung in die Oelwanne gebohrt, welche dann zum Abfluss des Motoroels vom Turbo in die Wanne dient, und die Zufuhr fuer das Oel zum Turbo wird von einer Oeldruckleitung abgenommen.
Auch gibts es bei manchen Turbos noch eine Wasserkuehlung fuer das Lager der Achse, wobei dann eben der Kuehlwasserkreislauf angezapft wird und dieser ueber den Turbo umgeleitet wird.

Wer hohen Ladedruck fahren moechte, sollte auch einen Intercooler einbauen. Dieser dient dazu die kompressierte, und durch die Kompression erhitzte Luft abzukuehlen damit wiederum ein pre-ignition (verfruehtes Zuenden des Gemischs) vermieden wird.
Ein Intercooler laesst die Luft ueber Kuehlrippen fliessen, wobei die Kuehlrippen entweder durch Wasser oder Fahrtluft gekuehlt werden.
Ein Intercooler wird zwischen Kompressor und Drosselklappe gebaut. Genauso wie bei der Groessenauswahl des Turbo's kommt es auch auf die richtige Wahl des Intercoolers an. Zu grosser Intercooler laesst der Luft zuviel frei Raum um deren Geschwindigkeit zu verringern und damit wieder ineffiziente Luftstroemung hervorzurufen. Zu kleiner Intercooler wieder das Problem mit nicht genuegend Luft geht durch den Intercooler, damit wieder keine maximale Leistung.


Nockenwelle:

Die Nockenwelle bei einer Turboapplikation sollte so wenig Overlap wie moeglich haben, da ansonsten durch den erhoehten Druck das Gas-Luft-Gemisch gleich wieder aus dem Abgaskanal ausgeblasen wird. Durch den verringerten Overlap wird natuerlich auch weniger Zeit bereitgestellt um Luft einzusaugen und auszustossen. Dies wird durch eine groesseren Ventilhub kompensiert, damit wird praktisch die Oeffnung vergroessert und eine groessere Menge kann in der gleichen Zeit durchfliessen. Allerdings ist wieder darauf zu achten, das der Hub nicht zu gross wird, da es ansonsten zu einem Valve-float kommen kann. Das heisst die Ventile kommen mit der vorgegeben Hubgeschwindigkeit der Nockenwelle nicht mehr mit und haben keine Zeit mehr richtig zu schliessen. Damit kann gefaehrliches Backfire entstehen, was bedeutet das Gas-Luft-Gemisch zurueck in die Einlasskanaele fliesst und sich dort dann entzuendet und eventuell die Drosselklappe beschaedigt.
Bei erhoetem Hub muss deshalb eine staerkere Ventilfeder eingesetzt werden, um dem Valve-float entgegenzuwirken, da sich dann wieder die Ventile schnell genug schliessen koennen. Allerdings kann man auch nicht zu starke Federn einsetzen, da sich sonst die Nockenwelle beschaedigen koennte.

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