Turboladerprinzip
Ein Turbolader ist ein Gerät, das zur Aufladung von Diesel- und Benzinaggregaten dient. Das Ergebnis der Arbeit Turbolader ist eine höhere Leistung und ein höheres Drehmoment, da bei seiner Wirkung eine größere Luftmenge in den Brennraum gelangt, wodurch mehr Kraftstoff verbrannt werden kann.
Bei der Verwendung Turboladeres handelt sich um eine Fremdaufladung ohne mechanischen Antrieb (nur Abgase), eine andere Möglichkeit ist die dynamische Aufladung, oder mit mechanischem Antrieb (Rootsovo), aber dazu später...
Das Gebläse wird von einer Turbine angetrieben und nutzt die thermische Energie der Abgase. Der offensichtliche Effekt stellt sich erst bei mittleren oder höheren Drehzahlen ein und wir können dort durchaus eine Reaktionsverzögerung feststellen, da die Abgase aufgrund ihrer Trägheit schnellen Lastwechseln nicht folgen können. Der Vorteil besteht darin, dass es mit geringen Verlusten arbeitet und keine Nutzenergie für seinen Antrieb entzieht.
Der Rotor besteht aus einem Turbinenrad mit Welle und einem Gebläserad (Verdichterrad) und rotiert zwischen 50.000 und 240.000 U/min*min-1. Und das alles bei gleichzeitiger Schmierung mit Öl und der Lagerung des Rotors in einem Wälzlager. Hier kommt es auch häufig zu Ausfällen – Verunreinigungen im Öl beschädigen das Lager (weicheres Material als die Welle) und es entsteht ein unerwünschtes Spiel zwischen Lager und Rotor, das verhindert, dass Öl in den Ansaugbereich gelangt und ggf. sogar bedeuten eine völlige Zerstörung des Motors (das Öl im Zylinder ist durch den Kolben inkompressibel: ) ). Die Abmessungen des Rotors sind im Katalog angegeben und unterliegen bestimmten Toleranzen, sodass eine Änderung nicht immer erforderlich ist. Am Ende des Artikels finden Sie Fotos zerstörter Turbolader.
Das Turbinenrad wird von den Abgasen angetrieben, während es fest mit den Wellen verbunden ist und das Verdichterrad antreibt. Der Kompressor (Gebläse) saugt Frischluft an und füllt nach der Kompression den Motor, während die Kompression im Turbolader die Luft auf bis zu 180 °C erhitzt!
Auf diese Weise kann (und darf) erhitzte Luft im Ladeluftkühler zwangsgekühlt werden, was die Luftdichte zum Befüllen der Zylinder erhöht – eine höhere Luftmasse bei gleichem Volumen ermöglicht den Einsatz eines größeren Kraftstoffmenge. Die Drücke ohne Ladeluftkühlung liegen zwischen 0,02 und 0,18 MPa, mit Kühlung zwischen 0,05 und 0,22 MPa.
Die Motorfülldrücke dürfen die vom Hersteller angegebenen Werte nicht überschreiten, daher ist eine Regelung des Turbodrucks erforderlich
Ladedruckregulierung
Neben der Gefahr der Zerstörung des Motors bei hohen Ladedrücken ist die Größe des Turboladers so dimensioniert, dass auch bei mittleren Drehzahlen und niedrigen Abgasströmen eine Aufladewirkung erzielt wird. Dies führt dazu, dass bei hohen Drehzahlen und vielen Abgasen der Druck des Turboladers bzw. dessen Drehzahl unzulässig ist – daher ist es notwendig, den Turbo auf verschiedene Weise zu regulieren:
- mechanische pneumatische Regelung
- elektronische Regulierung
- durch Regulierung durch Veränderung des Strömungsquerschnitts (verstellbare Verteilschaufeln)
Bei der mechanisch-pneumatischen Regelung wird die Reduzierung der Turbinenleistung dadurch erreicht, dass ein Teil der Abgase über einen Bypass in das Abgasrohr, den sogenannten, geleitet wird Bypass. Die Steuerung des Bypasses erfolgt über ein Steuerventil, gesteuert durch den Fülldruck des Turboladers, wenn der Fülldruck entgegen der Kraft der Feder auf die Membran des Drucksensors wirkt (Abb. 4). Sobald die Vorspannung der Feder durch den Fülldruck überwunden wird, öffnet das Ventil und gibt einen Teil der Abgase frei. Das Regelventil kann an einer beliebigen Stelle im Abgassystem vor der Abgasturbine platziert werden.
Anstelle des Ventils kann auch ein Steuerventil verwendet werden, das über einen einfachen Mechanismus, meist eine Zugstange, mit dem Steuerelement, also dem meist im Turboladergehäuse befindlichen Drucksensor, verbunden ist (Abb. 5). Durch den ausreichenden Abstand des Drucksensors zu den heißen Teilen des Turboladers mit Steuerventil ist die Wärmebelastung der Membran des Sensors nicht zu groß und seine Funktion somit zuverlässiger.
Bei Ottomotoren wird der Turbolader bei geschlossener Drosselklappe (Motorbremse) in einen großen Gegendruck gedrückt, der den Durchfluss verhindert und den Rotor mit dem Gebläserad abbremst, sodass das Gebläse bei plötzlichen Lastwechseln verzögert anspricht. Um dieses unerwünschte Phänomen zu begrenzen und dem Gebläse bei einem scharfen Übergang zur Volllast durch Öffnen der Drosselklappe eine uneingeschränkte Drehung zu ermöglichen, wird im Ansaugsystem ein Sicherheits-Bypassventil eingesetzt, das durch den Druck im System gesteuert wird. Bei geschlossener Drosselklappe und damit steigendem Druck öffnet sich dieses Ventil und lässt Druckluft zurück in den Gebläseansaugbereich – diese Methode nennt man Fülldruckregelung mit Bypassventil.
Regelung durch Veränderung der Schaufelgeometrie – Die Druckregelung des Turboladers bei gegebener Drehzahl erfolgt durch Verstellung der Schaufeln am Turbinenrad (Auspuffteil). Niedrige Drehzahl, hoher erforderlicher Motordruck bedeutet in diesem Fall die Notwendigkeit, den Querschnitt für den Abgasstrom zu verringern, und bei hoher Drehzahl und erforderlicher hoher Leistung ist eine große Menge Abgas erforderlich, die auf die Schaufeln des Turbinenrads trifft – Unten finden Sie eine Animation zur Funktionsweise dieser Klingen.