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Turbo Für Dummies

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^Ice Tea^
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hallo, der titel sagt wohl schon alles ...

speziell geht es aber um die ladedruckregelung ... aber fang wir bei A an

also der abgasstrom treibt über seinen druck und seine geschwindigkeit (stau- bzw. stossaufladung) deine turbine an (diese muss logischerweise möglichst nah am austrittsort des abgases liegen um möglichst wenig verlust zuhaben (logisch - zum auspuff kommt nur ein bruchteil raus - was der krümmer ablässt) also am besten direkt am- bzw. nach dem krümmer. so - diese turbine die sich durch das abgasdreht treibt einen verdichter an - dieser beschleunigt und verdichtet somit die luft und erzeugt einen druck (ladedruck) mit hilfe dieses drucks bekommen wir mehr füllung (luft in dem falle) in den brennraum was mehr leistung gibt.

soweit so klar - ebenso klar dürfte sein das je höher die drehzahl liegt - je höher der abgasstrom ist und somit je schneller die turbine dreht und dadurch je mehr druck entsteht der sich in einer größeren füllugn im zylinder wiederspiegelt.soweit auch klar-das geniale an der sache : man könnte theoretisch somit den vollen abgasgegendruck ausnutzen und soviel luft wie der turbo in der lage ist in den brennraum jagen - theoretisch - praktisch platzt irgendwann mal was ...

wie nun begrenzen wir den druck ? ganz einfach - wir schalten entweder immer bei maximaldruck (sagen wir der beträgt 0,5bar-liegt bei 2700 U/min an - dann muss genau da geschaltet werden) - was aber doch irgendwie nicht so ideal ist da wir ja auchnoch das drehzahlband des motors ausnutzen wollen - ODER wir lassen die überschüssige luft raus - auch klar !

wie ? einfach ! über ein bov oder eine wastegate... die haben einfach einen festen bzw einstellbaren druckbereich an dem sie öffnen und das abgas am turbovorbeileiten - entweder in die umwelt (bov) oder direkt in den auspuff...soweit auch klar.... jetzt aber die erste frage : WIE soll das gehen ... weil meist die ja dieser bov/wastegate anschluss vor dem flansh des turbos ...zur verdeutlichung

sangen wir mal wir haben ein gerades rohr das innen hohl ist - obendrauf liegt ein ball der bei 0,5bar runterfällt - wenn wir in dieses rohr unten mehr als 0,5bar reinlassen (die ja auch am ende des rohres ankommen bzw rauskommen wenn der ball runtergefallen ist) fliegt der ball runter... was tun ? wir machen kurz vor dem ball seitlich an das rohr ein loch rein -> so wo wird der druck (allein weil das loch vor dem ball ist der obendraufsitz) wohl raus ? richtig ! an dem loch ...sagen wir wir schneiden da ein gewinde rein und bringen ein ventil an das bei 0,5bar öffnet ... und wir jagen unten 0,6 dann öffnet es kurz bis die 0,1 raussind und lässt nurnoch unsere 0,5bar hoch... der ball bleibt drauf liegen selbst wenn wir 100bar reinlassen - weil das ventil ja allen "zuvieldruck" ablässt- jetzt meine frage aber am autobeispiel -> wenn der bov oder wastegate anschluss kurz VORM turbo ist und das abgas hat 10bar - ist das ding wirklich in der lage so einen perversen druckausgleich zu bewerkstelligen ? kommt da wirklich nicht mehr mehr an ? auf dem bild seht ihr ja wie nah da z.B am krümmeradapter sich der wastegateanschluss zum turbo befindet -das sind paar cm !oder ist die innenkonstruktion GANZ anderst und es ist nicht quasi nur "ein loch im adapter bzw krümmer" ? man kann ja nicht in den adapter gucken.

desweiteren warum haben viele motoren die wastegate BESITZEN noch DAZU ein bov meist vor der DK ? ist das reine sicherheit ? weil normal entweder - ODER - desweiteren wie ist es mit dem BOV und TÜV ? ich weiss das ein wastegate ersatz BOV verboten ist - da es ja die abgase DIREKT nach krümmer rauslässt (kein katdurchlauf,kein schalldämpfer durchlauf und dazu ist meist noch öl vom turbo im spiel) aber was sagt der tüv zu nem "absicherungs bov" ?

achja desweiteren : weiss wer wo man einen wastegate abhänigen bezindruckregler bekommt ? also quasi ladedruck hoch-benzindruck hoch ?

und wie funktioniert das mit dem vorbeileiten ? ich habe noch nie ein wastegate gesehen das einen ausgang hat?! wo lässt es die überschüssigenabgase raus ? und warum haben viele wastegate 2 druckschläuche (???) an sich dran ? wird darüber der ladedruckdruck eingestellt ?

ico_m20_1vaw_5.jpg

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Shuft
Geschrieben

Moin.

Also zuallererst Unterscheiden sich Wastegate und Blow-Off-Valve nicht nur in ihrer Position, sondern auch grundlegend in ihrer Aufgabe.

Für die Ladedruckregelung ist nur das Wastegate zuständig. Dieses leitet, wie du schon richtig gesagt hast, die Abgase am Abgasrad des Laders vorbei in den Auspuff (manchmal auch durch ein kurzes Röhrchen direkt in die Umwelt, aber :evil: ).

Gesteuert wird ein Wastegate durch eine Druckdose, deren Druckquelle im Ansaugbereich des Motors zu finden ist, wird ein bestimmter Wert (Absolutdruck) überschritten, betätigt die Druckdose das Wastegate - et voila.

Hier setzen die Ladedruckregler (alt: Dampfräder) an, diese manipulieren den Druck den die Druckdose "sieht", so dass das Wastegate früher oder später (bei mehr oder weniger Druck) aufmacht.

Es gibt dabei externe sowie interne Wastegates.

Die externe Ausführung wird über einen Extraflansch am Abgaskrümmer gespeist, das sieht dann in etwa so aus:

fbe2a6d6.jpg

Turbokrümmer mit Wastegateflansch

IMG_2499.JPG

CIMG2532.jpg

mal im Ganzen (hiehr fehlt natürlich das Rohr noch, welches die Wastegateabgase in den Auspuff einführt)

Beim internen Wastegate sitzt die Regelklappe IM Abgasgehäuse des Laders und leitet die vorbeigeleiteten Abgase ins gleiche Rohr ein, wie die Abgasturbine - in die sogenannte Downpipe.

Bild:

aaaa20551.jpg

Oben sieht man auch eine kleine Metallstange, diese überträgt die Bewegung der Druckdose auf die Regelklappe.

aaaa10032.jpg

Hier sieht man das ganze evtl. noch besser.

Zum BOV:

So ziemlich jeder Turbomotor hat sowas in der Art serienmäßig verbaut. Warum?

Hierzu das Stichwort Compressor Stall bzw. Compressor Surge

Im normalen Betrieb pustet der Lader fröhlich vor sich hin und setzt dabei den Ansaugtrakt unter Druck, wird nun die Drosselklappe geschlossen (ergo: der Fahrer geht vom Gas), dreht sich der Lader aufgrund der Massenträgheit und der immens hohen Drehzahl natürlich noch weiter, und schiebt Literweise Ladeluft in eine Sackgasse. Hierbei entsteht ein sehr großer Druck im Ansaugsystem, der dann dazu führt, dass der Lader durch den Widerstand abgebremst wird - dies ist auf Dauer u.a. schlecht für die Leitschaufeln der Kompressorseite des Laders.

Bei Serienmotoren behilft man sich hier mit sogenannten Schubumluftventilen, die ab einem bestimmten Überdruck im System die Luft an eine Position vor dem Lader zurückleiten. D.h. die Luft bewegt sich in einem Kreislauf und hält als Nebeneffekt noch den Lader in Schwung.

Offene Ventile (also wie die BOVs aus TFTF ;)) Leiten die Luft nichtmehr zurück, sondern lassen sie lautstark in die Atmosphäre ab. Abhängig davon ob man nun eine Blow-Through-LMM oder Suck-Through-LMM System fährt, kann es dabei aber zu Problemen mit der Gemischbildung kommen, weil die abgelassene Luft schon vom LMM erfasst wurde, und daraufhin zuviel Benzin eingespritzt wird (beim erneuten Gasgeben). Daher rußen einige getunte Turbomotoren beim Schalten auch recht stark.

Ich hoffe man kanns nachvollziehen X-)

CAR Élite
Geschrieben
Abhängig davon ob man nun eine Blow-Through-LMM oder Suck-Through-LMM System fährt, kann es dabei aber zu Problemen mit der Gemischbildung kommen, weil die abgelassene Luft schon vom LMM erfasst wurde, und daraufhin zuviel Benzin eingespritzt wird (beim erneuten Gasgeben). Daher rußen einige getunte Turbomotoren beim Schalten auch recht stark.

Jep, das sind bevorzugt die aufgemachten 1.8 T Audis...immer sehr amüsant zu beobachten :D

^Ice Tea^
Geschrieben

okay....soweit so klar - soll heissen das wastegate (extern) wird quasi zwischengeschaltet ? ja aber wo ? weil normal reicht ja wie für z.B die ladedruckanzeige ein schlauch am besten direkt vor der dk-einheit ( weil da wollen wir ja die X bar ladedruck haben) . also macht man quasi wenn man ein stahlrohr hätte vor der dk einheit ein loch rein und schweisst ne mutter drauf - dann dreht man da ne hohlschraube rein-steckt auf die den 1schlauch der druckanzeige und voilá - sie zeigt den ladedruck an - oder ? und genau so könnte oder müsste man es doch auch mit dem wastegate machen oder ?

zur schubumkehr - sch... das klingt SEHR logisch - habe ich nicht so bedacht - aber auch nur aus dem grund weil die DK nie ganz zu ist (sonst würde der motor ja ausgehen) aber gut beim abruptem vom gas gehen hat der motor ja noch sagen wir 5-6000 U/min und somit vollen ladedruck und der knallt voll gegen die dk und prallt ab - wieder zum lader.... SCHLECHT !

ok deswegen dieses schubumkehrventil - nur wie wird es angeschlossen - wo bekommt man sowas und vor allem wie funktioniert es ?

zum dampfrad : da ist mir einiges unklar ! sagen wir mal die 2anschlüsse am wastegate - da ist einer der luft zu - und einer der luftablauf - dann vermute ich mal das das dampfrad ZWISCHEN die zufuhr und wastegate geklemmt wird - richtig ? ist das dampfrad auf null...ist die drosselwirkung null ... dreht man aber daran geht da irgendwas zu-verengt sich o.ä - dadurch kommen ins dampfrad evtl 0,5bar aber nur 0,3bar raus - und diese 0,3bar gehen ans wastegate-selbiges kann und wird etwas mehr druck aufbauen bis es wieder zum ablassen animiert wird - im beispiel kommen qausi dann 0,7 ins dampfrad und 0,5bar raus - richtig ? also ist das dampfrad quasi nur ne drossel ?

zum wastegate nochwas - der bardruck wert an dem es öffnert - der ist ja nicht einstellbar-richtig ?der wird ja durch die feder im wastegate festgelegt-richtig ? so jetzt die frage - was kostet so ein dampfrad (evtl nicht von ebay) und um wieviel bar kann ich damit das wastegate verarschen?

P.s : am rande - wie isse eigentlich mit dem bremskraftverstärker- der arbeitet ja mit saugrohr UNTERdruck - ja aber wir haben ja später mit turbo nurnoch überdruck zubieten

tomekkk
Geschrieben

mir ist da auch etwas unklar:

weeeeilich denke dass das Wastegate eigentlich überflüssig ist, oder?

sagen wir der Motor dreht 3000 - und der Lader z.b. 15000 - dann könnte er z.B einen Überdruck von 1Bar erzeugen..

dreht der Motor 6000, dreht der Lader 30 000, er bläst also die doppelte Menge an Luft, aber der Motor dreht ja auch doppelt so hoch - er verbraucht das doppelte an Luft.

--->immernoch 1Bar überdruck...

so bleibt das Verhältnis doch erhalten, wieso dann Wastegate?

Viktor
Geschrieben

Wie IceTea ja schon sagte,

wenn ich schnell vom Gas gehe und somit die Drosselklappe schließe, bläst dreht der Lader ja noch weiter und der Überdruck muß ja irgendwo hin ===> Wastegate!

tomekkk
Geschrieben

nein, das ist popp-off

Shuft
Geschrieben

@ Viktor

Naja nicht wirklich. Das Wastegate sitzt im oder am Lader und dient der Ladedruckbegrenzung unter Last. Du meinst das Blow-Off oder Schubumluftventil.

Ich kann mir das von Tomekkk beschriebene nur derart vorstellen:

Grundsätzlich hat jede thermodynamische Maschine keinen konstanten Wirkungsgrad. So auch ein Motor, bzw. ein Turbolader.

Hiervon hängt aber die Abgasmange bei bestimmten Drehzahlen ab, die auf Seiten des Laders auch noch auf ein "Schaufelrad" trifft, dessen Wirkungsgrad über sein Drehzahlband ebenfalls inkonsistent ist.

Will sagen: die Drehzahl des Laders steigt nicht proportional zur Drehzahl des Motors.

Früher (prä-vtg) musste man also einen Kompromiss aus Abgasgehäusequerschnitt, Turbinenform und Hubraum des Motors finden, um im anvisierten Arbeitsbereich den entsprechenden Druck zur Verfügung stellen zu können. Prominentes Beispiel sind hier die frühen Turboporsche, die einem den sprichwörtlichen Tritt ins Kreuz gaben.

Mit VTG kann man hier nun (genau wie im Zylinderkopf mit den nockenwellenseitig eingesetzten Phasenverstellern) den effektiven Arbeitsbereich verbreitern, bzw. eben den Wirkungsgrad auf breiter Front erhöhen.

Nimmt man nun an, dass eine bestimmte Motor/Lader-Kombination bei 3000upm schon den angepeilten und softwareseitig berücksichtigten Arbeitsdruck erreicht, so muss nun verhindert werden, dass der Druck sich übers Drehzahlband noch erhöht

...und ohne Abgase an der Turbine vorbeizuleiten geht das eben nicht (wenn man mal von drehmomentsenkenden Eingriffen über die Kennfelder absieht).

Äh wo wollt ich hin...hm. Ja genau, grundsätzlich stimmt deine Annahme schon, das setzt allerdings ein gewissermaßen "über"-idealisiertes Funktionsmodell des Pakets voraus, welches sich in der Praxis nicht realisieren lässt. Ein konstanter Wirkungsgrad bei einem Verbrennungsmotor würde dann wohl auch zu einem "natürlich" absolut konstanten Drehmomentverlauf bei einem Saugmotor führen...

Leute mit Fachwissen vor!

CAR Élite
Geschrieben
Mit VTG kann man hier nun (genau wie im Zylinderkopf mit den nockenwellenseitig eingesetzten Phasenverstellern) den effektiven Arbeitsbereich verbreitern, bzw. eben den Wirkungsgrad auf breiter Front erhöhen.

Exakt. Man will damit nicht unbedingt das Drehmoment des Motors insgesamt erhöhen, sonder verfolgt eher das Ziel, dieses über ein breiteres Band zur Verfügung stellen zu können. Anders Konzept, gleiche Wirkung: kleiner Lader und großer Lader parallel, z.B. BMW 335i oder Alpina B5.

VTG ist mechanisch aber sehr anfällig, daher sind Leistungssteigerungen schwierig (siehe Tuning Porsche 997 Turbo). Sollte aber in den kommenden Jahren mit neuen Konstruktionen und verbesserten Werkstoffen möglich werden...

Pika
Geschrieben
mir ist da auch etwas unklar:

weeeeilich denke dass das Wastegate eigentlich überflüssig ist, oder?

sagen wir der Motor dreht 3000 - und der Lader z.b. 15000 - dann könnte er z.B einen Überdruck von 1Bar erzeugen..

dreht der Motor 6000, dreht der Lader 30 000, er bläst also die doppelte Menge an Luft, aber der Motor dreht ja auch doppelt so hoch - er verbraucht das doppelte an Luft.

--->immernoch 1Bar überdruck...

so bleibt das Verhältnis doch erhalten, wieso dann Wastegate?

Nur um Dir mal ein paar Zahlen zu deiner Theorie zu geben, was ich denke wird dann auch erklären warum das nicht ganz so ist.

Beim N54 (BMW 3l Biturbo) dreht der Lader wenn der Motor im Leerlauf ca 6000. Bei einem kurzen Gasstoß, ja ich weiß das der Lader im Grunde lastfrei hochdreht da die Blobyes sofort aufmachen, beschleunigt der Lader auf über 150000 hoch! Seine max Drehzahl liegt bei ca 250000!

Wie gesagt ich kann jetzt nicht sagen ob bei einer Turbine die Förderleistung proportional zur Drehzahl steigt, was ich aber nicht wirklich denke, aber selbst wenn nicht dann sollte klar zu sehen das der Lader im Verhältniss zur Motordrehzahl abartig steigt. Sprich er hat schon max Drehzahl weit vor erreichen der max Drehzahl des Motors und somit kann schon viel früher sehr viel Sprit verbrannt werden, was wieder zu mehr Abgas somit im Grunde zu mehr Drehzahl für den Turbo sorgen würde was aber technisch nicht wirklich gut für ihn wäre.

Wenn man sich eine Drehmoment Kurve vo einem guten Turbomotor ansieht wird man diesen Effekt sehen. Drehmoment liegt ab einer gewissen Drehzahl voll an und wird wie auf einem Plateu gehalten.

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