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Motortuning - Grundwissen erklärt vom TurboZentrum
Uns ist es wichtig nicht einfach nur etwas zu verkaufen, wir wollen beraten und als Projektpartner agieren. Damit unsere Kunden verstehen was sie kaufen und das Beste aus ihrem Projekt holen können, gehört für uns auch die Vermittlung von Wissen dazu. Was kann ich am Motor optimieren und worauf muss ich noch alles achten? Gerade beim Thema Motortuning und deren Begrifflichkeiten, kommen die meisten Menschen ins Grübeln. Die Kosten und die Komplexität des Motortunings, richten sich danach wie viel Mehrleistung erreicht werden soll. Oftmals reicht es nicht aus einfach nur bestimmte Teile gegen bessere zu tauschen, da diese auch zusammen funktionieren und gegebenenfalls aufeinander abgestimmt werden müssen. Auf der anderen Seite kann man, speziell bei Turbomotoren, mit wenigen Handgriffen eine deutliche Leistungssteigerung erzielen. Wir haben die wichtigsten technischen Grundlagen zum Thema Motor- und Turbotuning zusammengetragen und erklären ihre Funktion, um mehr Licht ins Dunkel zu bringen. Plant ihr einen Umbau und habt noch weitere Fragen, kontaktiert uns gern.Turbolader
Er besteht im Wesentlichen aus dem mittigen Lagergehäuse und an den Enden einem Turbinen- und Verdichtergehäuse, in denen sich jeweils ein Schaufelrad befindet, welche mit einer Welle (im Lagergehäuse) starr verbunden sind. Das Turbinengehäuse ist direkt am Abgaskrümmer montiert. Und das Turbinenrad wird mit den Abgasen des Motors angetrieben. Da beide Räder starr verbunden sind dreht sich nun das Verdichterrad mit und saugt seinerseits Frischluft an. Bei genügend hohen Drehzahlen entsteht jetzt ein Druckaufbau, wodurch dem Motor wesentlich mehr Sauerstoff zugeführt werden kann als er selbst Ansaugen könnte, wodurch wiederum mit genügend Kraftstoff vorausgesetzt, eine höhere Motorleistung entsteht. Das Lagergehäuse sollte Wassergekühlt sein, denn dadurch wird das Risiko der Verkokung des Öls drastisch herabgesetzt.Turbine
Die Aufgabe der Turbinenseite ist es das Verdichterrad mit Energie zu versorgen, so dass es schnell genug den benötigten Luftstrom und Druck liefert. Bei gleichen Abgasverhältnissen spricht eine kleine Turbine schneller als eine große an, bietet dafür aber einen höheren Abgasgegendruck bei hohen Drehzahlen, was die Schwierigkeit bei der Auswahl der Turbinengröße darstellt.Verdichter
Ein guter Wirkungsgrad der Verdichterseite wird vom Druckverhältnis und dem Volumenstrom bestimmt. Bei der optimalen Größe muss das Wirkungsgradoptimum (etwa 75%) in einem oft genutzten Drehzahlbereich positioniert sein. Je geringer die Effizienz, desto höher die Temperaturen, d.h. der Wirkungsgrad sollte über das ganze Drehzahlband möglichst hoch gehalten werden.Kennfeld
Die Kennfelder des Verdichters und der Turbine sind ihre Leistungsdiagramme. Welche Rückschlüsse auf ihr Wirkungsgrad und Verhalten zulassen. Das Verdichterkennfeld stellt das Druckverhältnis dem Volumenstrom (Drehzahl/Durchsatz) gegenüber. Die linksseitige Begrenzung der Wirkungsgradmuscheln stellt die Pumpgrenze dar, hier findet kein Durchsatz mehr statt, da an den Verdichterschaufeln die Luftströmung abreißt. Dies geschieht beispielsweise bei geschlossener Drosselklappe, wenn sich ein hoher Druck aufbaut, doch der Volumenstrom klein ist. Rückwärts gekrümmte Schaufelenden, sowie ein Umluftventil können ein Rückströmen der Gase verhindern und so die Grenze positiv verschieben. Rechtsseitig erreichen die Wirkungsgradmuscheln die Stopfgrenze, hier ist der Durchsatz bei hohen Volumenströmen begrenzt. Bei dieser Grenze ist der Verdichter am Limit seiner Fördermenge, was geschieht, wenn am Verdichterrad Schallgeschwindigkeit erreicht wird. Indem jede zweite Verdichterradschaufel zurückversetzt wird, erreichen die Hersteller eine Hinauszögerung der Stopfgrenze. Das Turbinenkennfeld stellt das Turbinendruckverhältnis dem -durchsatz gegenüber. Das Verhalten der Turbine wird durch das Temperatur- und Druckgefälle vor und nach dem Schaufelrad bestimmt.Wastegate
Die Ladedruckregelung mittels Wastegate / Druckdose ist die verbreitetste und beste Art. Hierbei wird ein Teil der Abgase um das Turbinenrad geleitet, sobald der gewünschte Ladedruck erreicht ist. Die Regelung mittels WG ist die bestmögliche, dennoch verschwendet es wertvolle Abgasenergie. Denn das Ventil / Klappe öffnet schon bevor der Turbo den gewünschten Druck erreicht um bei Druckmaximum genügend Abgas umleiten zu können, diese Energie könnte also noch zur Beschleunigung des Turbinenrades genutzt werden bevor dieses die Solldrehzahl erreicht hat. Das interne WG / Druckdose ist im / am Turbo selbst installiert. Ein Nachteil dieses Systems ist das das umgeleitete Abgas i.d.R. direkt hinter dem Turbinenrad noch vor dem Abgasrohr (Hosenrohr) wieder mit dem Abgas welches das Turbinenrad antrieb zusammenkommt, wodurch dort hohe Turbulenzen entstehen. Beim externen WG werden / sollten diese beiden Abgasströme wesentlich später an einen frei wählbaren Ort zusammengeführt werden (Mindestabstand vom Turbinenausgang sollte ca. 50 cm betragen), wo z.B. auch eine Querschnittserweiterung erfolgen kann. Dieses externe WG hat wiederum den Nachteil, dass es bei nicht optimaler Anordnung Wirbel schon vor der Turbine bilden kann, welche den Hauptmassenstrom stören. Der WG-Abgang im Abgaskrümmer sollte optimalerweise im Volumenstrom von allen Zylindern liegen, in einem flachen Winkel vom Hauptmassenstrom abgehend (kein rechter Winkel) und symmetrisch mit dem Turbinengehäuse angeströmt sein.Dampfrad
Dampfräder bieten die Möglichkeit den Ladedruck zu verstellen, ohne etwas an der Grundeinstellung des Wastegates/Druckdose verändern zu müssen. Hier wird die Druckleitung zum Wastegate verengt/manipuliert, so dass das Wastegate Ventil/Klappe bis zu dem gewünschten bzw. eingestellten Druck geschlossen bleibt. So "denkt" das Wastegate der fest eingestellte Wert ist noch nicht erreicht.Blow-off
Sie werden in die Ladeluftleitung vor der Drosselklappe integriert. Es bewirkt das bei Gangwechseln und plötzlichen Gas wegnehmen, also ruckartigem/schnellen schließen der Drosselklappe keine Rückströmungen der bereits geförderten Ladeluft auf das Verdichterrad treffen. Sollten solch hohe Druckschwingungen auftreten, kann dies sogar zur Beschädigung des Verdichterrades führen. Das Umluftventil ?erkennt? also wenn der Druck ruckartig ansteigt, und gibt die überschüssige Ladeluft wieder vor der Verdichterseite in den Ansaugbereich ab, womit sogar noch das Verdichterrad länger auf hoher Drehzahl bleibt. Das Blow-Off-Ventil funktioniert genauso, bis auf das es die überschüssige Luft einfach in die Umgebung (Motorraum) abgibt.Ansaugbereich
Durch möglichst kurze Ladeluftleitungen mit wenigen aber großzügigen Bögen und somit geringen Saugrohrvolumen erreicht man ein schnelles Ansprechverhalten mit geringstmöglichen Druck und Drosselverlusten.Ladeluftkühler (LLK)
Neben der Dichtesteigerung (Ladedruckaufbau) erfolgt im Turbolader auch eine unerwünschte Temperatursteigerung der Ladeluft, welche eine höhere Motorbelastung darstellt (Klopfgrenze, Brennraumtemperatur, -Druck,...). Des Weiteren hat Luft je wärmer sie ist, umso weniger Dichte, d. h. weniger Sauerstoff und weniger Motorleistung. Das Ziel ist also die Luft zu kühlen, was der LLK besorgt. Seine Vorteile sind: mehr Leistung, Drehmoment, Verdichtung, Standfestigkeit, Vorzündung, sowie weniger Ladedruck bei gleicher Leistung, Verbrauch und Oktanzahlbedarf. Die Größe des LLK hängt von der durchzusetzenden Luftmenge und der Ladelufttemperatur ab. Siehe Luft/Luft LLK und Wasser/Luft LLK.Luft-Luft LLK - Er ist die gebräuchlichste Art der LLK. Welcher hier von der durchströmenden Umgebungsluft (Fahrtwind) gekühlt wird. Bei der Platzierung ist es von Vorteil, wenn der Kühler weder vor noch hinter einen anderen Kühler platziert ist, um möglichst frei vom Fahrtwind durchströmt werden zu können. Ist dies aufgrund der baulichen Gegebenheiten (LLK-Größe, kein Platz in der Fahrzeugfront ...) nicht möglich sollte er zumindest als erster Kühler im Fahrtwind stehen. Eine Wirkungsgradverbesserung können auch Kühlluftführungen erzielen. Von der Bauweise ist kühltechnisch eine große Fläche, geringe Kühlnetztiefe (Fahrtwind durchströmt LLK besser) und ein hoher Staudruck der Ladeluft am besten (bei zu großen Verwirbelungen treten jedoch Sperrströmungen auf). Hier ist also der Konflikt zwischen wenig Druckverlust der Ladeluft (hohe Kühlnetztiefe) und hoher Kühlungseffizienz (genügend Turbulenzen). Einen Wirkungsgradvorteil kann man erzielen, indem man Wasser gegen den Kühler sprüht (vor allem an heißen Sommertagen).
Luft-Wasser LLK - Er ist etwas komplizierter als ein Luft/Luft LLK. Denn hier sind eigentlich 2 Kühler vorhanden. Einen der die Ladeluft kühlt, dabei von Wasser ummantelt ist, sowie den dazugehörigen separaten Wasserkühler in der Fahrzeugfront verbaut (i.d.R. kleiner als Luft/Luft LLK). Die Zirkulation des Wassers entsteht durch eine elektrische Pumpe. Für kurze Volllastfahrten (1/4 Meile) gibt es auch artverwandte Trockeneis-LLK, welche im Rennbetrieb einen extrem hohen Wirkungsgrad aufweisen und auch wie die Luft/Wasser LLK zu einer sehr kurzen Ladeluftleitung beitragen (schnelles Ansprechverhalten).