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physik artikel (Interpretation und charakterisierung)

Dichte

Turbine

Motor

Turbolader


1. Atom
2. Motor



Erstellt von: Jacqueline Lindlbauer FACH: Kraftfahrzeugtechnik Schule: Berufsschule Mattighofen (kfz-Technik) Ich möchte euch heute etwas über Turbolader erzählen. Die Entwicklungsgeschichte: Die Geschichte der aufgeladenen Motoren ist fast so alt wie die der Verbrennungsmotoren selbst. Der Schweizer Ingenieur Alfred Buchi erhielt 1905 ein Patent auf einen Verbundmotor, bei dem der Lader und die Turbine mechanisch an den Motor gekoppelt waren. Er bekam 1915 ein weiteres Patent für die erste freilaufende Abgasturboladergruppe. Dieser Erfindung liegen Erfahrungen von 1905 zugrunde. Der erste aufgeladene Motor entstand 1910.

     Es war ein Zweitakt-Umlauf-Motor und wurde von Murray-Willat gebaut. Durch die Aufladung ergab sich die Möglichkeit, bei Flugzeugmotoren die Leistungseinbußen infolge der abnehmenden Luftdichte in größeren Höhen zu kompensieren. Im Jahre 1921 baute Daimler den ersten serienmäßigen Kompressorwagen. Die Aufladung erfolgte mittels eines mechanisch angetriebenen Roots-Gebläse. Wegen der Klopfgefahr erfolgte der Antrieb über eine Kupplung, die das Roots-Gebläse erst bei höheren Motordrehzahlen zuschaltete. Die ersten Einsätze von Kompressorwagen erfolgten bei Automobilrennen.

     Durch ihre vielen Rennerfolge, insbesondere in den 20er und 30er Jahren, wurden die aufgeladenen Motoren weltweit berühmt. Im Jahre 1938 wurde der erste Nutzfahrzeug-Dieselmotor mit Abgasturboaufladung von der Schweizer Maschinenfabrik \"Saurer\" gebaut. Erst 1962 wurde von \"General Motors\" im \"Chevrolet Corvair Monza\" und \"Oldsmobile Jetfire\" die ersten Serien-PKWs mit Abgasturboaufladung ausgestattet. Der erste turboaufgeladene PKW-Dieselmotor wurde 1978 von \"Daimler-Benz\" im \"300 SD\" eingebaut. Durch die Abgasturboaufladung werden die Schwächen der Dieselmotoren wie träger Drehzahlaufbau und geringe Leistung bei kleinem Hubraum beseitigt. Der Dieselmotor wird durch die Turboaufladung für den PKW-Bau immer interessanter.

     Gründe hierfür sind Leistungssteigerung und ein geringer spezifischer Kraftstoffverbrauch. In den letzten Jahren kamen auch verstärkt Benzinmotoren mit Abgasturbo in Serie auf den Markt. Die Funktion des Turboladers: Mit einem Turbolader sollen hohe Drehmomente und somit höhere Motorleistungen erzielt werden. Dies gelingt, indem die angesaugte Luft verdichtet wird. Durch die erhöhte Dichte kann somit bei jedem Einlasstakt mehr Sauerstoff in den Brennraum des Motors gelangen. Mit dem höheren Sauerstoffgehalt ist eine bessere Verbrennung möglich - die Leistung steigt.

     Abgasturbolader Diese am häufigsten anzutreffende Laderart ist eine Gasturbine, die einen Verdichter direkt antreibt. Turbinen- und Verdichterrad sind über eine Welle fest miteinander verbunden und bilden zusammen das Laufzeug. Das Turbinengehäuse liegt direkt im Abgasstrom, möglichst nahe am Abgasauslass des Motors. Im davon getrennten Verdichtergehäuse komprimiert und beschleunigt das Verdichterrad die Ladeluft im Ansaugtrakt. Die durch den Druck erwärmte Luft, wird im Ladedluftkühler wieder abgekühlt. Das meist kurz Turbolader genannte Aggregat hat den großen Vorteil, dass es einen Teil der sonst ungenutzten Restenergie im Abgas zum Antrieb verwendet und damit den Gesamtwirkungsgrad verbessert.

     Zudem wird die Schadstoffemission durch die frühe Abkühlung der Auspuffgase verringert. Ladedruckregler Prinzipbedingt dreht sich die Welle des Abgasturboladers durch die antreibenden Abgasmengen mit steigender Motordrehzahl immer schneller. Um einen kritischen Drehzahlbereich nicht zu überschreiten und somit die Aufladung des Motors zu begrenzen, bedarf es eines Regelventils. Dieses Regelventil, auch Wastegate, Bypassventil oder Ladedruckregler genannt, begrenzt den Ladedruck durch eine Begrenzung des genutzten Abgasstromes. Je nach dem, ob eine Ladeluftkühlung vorhanden ist oder nicht, wird der frischluftseitige Druck zwischen 0,2 bis 2,2 bar begrenzt. D.

    h. weitere Abgasmengen, die zu einer gefährlich werdenden Druckerzeugung führen könnten, werden vor dem Turbinenrad weggeleitet und somit an der Turbine vorbeigeführt und energetisch ungenutzt direkt in die Abgasanlage geführt. Diese Komponenten sind aufgrund ihrer Position im heißen Abgasstrom anfällig für Versagen und damit teils ein Grund gewesen, warum einzelne Motorenbauer bei Benziner-Motoren vom Turbolader-Prinzip weg- und auf Kompressorsysteme zugingen, die ohne Abgasantrieb arbeiten. (Comprex-Druckzellen-Lader von Opel, Kompressor-Modelle von Mercedes) VORTEILE: Durch Turbos können mit Motoren gleicher Baugröße gegenüber unaufgeladenen Motoren größere Leistungen erzielt werden, ohne dass andere Maschinenparameter geändert werden müssen. Da die Abgase im Turbolader weiter entspannt werden steigt der Gesamtwirkungsgrad einer Maschinenanlage durch den Einbau eines korrekt ausgelegten Turboladers, speziell durch die Verringerung der Ansaugverluste. Im Extremfall wird schon während des Ansaugtaktes Leistung von der Maschine (4-Takt) abgegeben.

     NACHTEILE: Es treten allerdings höhere Belastungen der Einzelkomponenten (Motorblock, Zylinderkopf, Zylinderkopfdichtung, Lager, Zylinder, Pleuel...) auf. Die höhere Leistung erfordert häufig ebenso ein größer dimensioniertes Kühlsystem. Turbomotoren müssen unter Umständen, bevor sie abgeschaltet werden, auf eine bestimmte Temperatur heruntergekühlt werden, damit es durch Temperaturschwankungen nicht zu Spannungen im Material des Turboladers kommt.

     Spannungen können zu einer Beschädigung des Turboladers führen. Dies wird durch Nachlaufen des Motors ohne Belastung erreicht. (Hierfür kann auch ein Turbotimer verwendet werden.) Vor allem in Kraftfahrzeugen ist eine erhebliche Regelungstechnik rund um den Turbolader notwendig, die allerdings ebenso die Störanfälligkeit steigert. Die Schadendiagnose verkompliziert sich erheblich durch den Einsatz von Turboladern. Turboloch: Im oberen Drehzahlbereich ergibt sich eine hohe Turbinendrehzahl wodurch die Luft stärker komprimiert wird als nötig.

     Im unteren Drehzahlbereich erreicht die Turbine nicht die notwendige Drehzahl. Die Luft wird nicht ausreichend komprimiert. Der Motor erreicht nicht die gewünschte Leistung. Turbotimer: Dieser Timer lässt den Motor im Stand noch etwas nachlaufen um den Turbo zu schützen. Dabei kann man zwischen 2 Intervallen wählen oder die automatische Funktion verwenden, bei der der Timer anhand gefahrenen Drehzahlen und Dauer der Fahrt die optimale Nachlaufzeit errechnet. Was sollte man bei Motoren mit Turboladern beachten?: Der Turbolader benötigt an sich keine besondere Wartung und Pflege.

     Achten Sie nur auf folgende Punkte: . Ölwechsel-Intervalle mit Filter einhalten . Luftfilteranlage regelmäßig reinigen . Kontrolle des Öldrucks Was schadet Turboladermotoren? Die meisten der Turboladerschäden entstehen durch folgende Ursachen: . verschmutztes Öl . zu geringer Öldruck (durch verstopften Ölfilter und Verstopfung der Ölzulaufleitung) . durch Eindringen von Schmutz auf der Verdichterseite . durch abruptes Abstellen des Motors nach schnellen Fahrten auf der Autobahn, z.B. an einer Raststätte oder Tankstelle . durch Fremdkörper, die aus Unachtsamkeit bei Wartungsarbeiten des Luftfiltersystems in den Ansaugtrakt des Turboladers gelangen Hier hab ich eine kurze Zusammenstellung der häufigsten Probleme der Lader aufgelistet. (die \"LISTE 1\" durchgeben) (hab ich unten an das referat beigefügt)!!! Blow Off-Ventil: Blow-off Ventile werden entweder zusätzlich eingebaut oder ersetzen die serienmäßigen Bypass- bzw. Schubumluftventile, deren Aufgabe es ist, bei geschlossener Drosselklappe Druck abzulassen und so den Lader zu schonen und das zusätzliche Turboloch, das beim Öffnen der Drosselklappe entstehen würde, zu vermeiden. Beim Gaswegnehmen zum Schalten oder Bremsen wird die Drosselklappe schnell geschlossen, während das Verdichterrad weiter fördert.

     Es kommt zu einer Druckerhöhung und zu einem Gegendruck. Der Lader arbeitet sozusagen "gegen sich selbst", das Verdichterrad wird stark abgebremst und mechanisch belastet. Beim erneuten Gasgeben muss der Lader erst wieder beschleunigt werden, um die volle Drehzahl zu erreichen. Es entsteht ein "Turboloch". Das Blow-off Ventil wird durch den hinter der geschlosenen Drosselklappe entstehenden Unterdruck geöffnet, der Überdruck wird abgebaut, der Lader kann frei weiterdrehen, beim Beschleunigen steht die volle Leistung sofort wieder zur Verfügung. Eine Feder schließt das Blow-off Ventil blitzschnell, sobald die Drosselklappe wieder geöffnet wird.

     Es gibt Ventile in einer Umluft- und einer Abluftversion. Bei der Abluftversion wird die überschüssige Luft geräuschvoll in die Atmosphäre entlassen und bei der Umluftversion in den Luftansaugkanal zurückgeführt. VIELEN DANK FÜR EURE AUFMERKSAMKEIT! DIESE \"LISTE 1\" DURCHGEBEN: 1. Pfeifendes Geräusch im Turboladergehäuse: . Lager des Turboladers sind verschlissen . Unwucht am Läufer 2. Schleifendes Geräusch am Turbogehäuse: . Lagerschäden im Gehäuse sowie Folgeschäden am Verdichterrad 3.Ladedruck zu niedrig: . Lagergehäuse durch Ölkohle beschädigt . Ladedruckregelklappe (Bypassventil) schließt nicht richtig . Verdichter oder Abgasturbine durch Fremdkörper beschädigt . Turbinengehäuse beschädigt oder gerissen . Lager des Turbolader sind verschlissen . Luftdruckleitungen zwischen Verdichter, Ladeluftkühler und Motor undicht . Luftfilter oder Luftansaugleitung verstopft . Abgasanlage verstopft (Katalysator) . Auspuffkrümmer gerissen oder Auspuffkrümmer verzogen 4.

     Ladedruck zu hoch: . Ladedruckregelventil öffnet nicht richtig 5. schwarzer Rauch: . Lager des Turbolader sind verschlissen . Verdichter oder Abgasturbine durch Fremdkörper beschädigt . Lagergehäuse verschlammt . Kolbenringdichtung am Läufer oder an der Verdichterseite defekt 6. blauer Rauch: . Lager des Turbolader sind verschlissen . Lagergehäuse verschlammt . Kolbenringdichtung am Läufer oder an der Verdichterseite defekt . Verdichter oder Abgasturbine durch Fremdkörper beschädigt 7. Hoher Ölverbrauch: . Lager des Turbolader sind verschlissen . Verdichter oder Abgasturbine durch Fremdkörper beschädigt . Kolbenringdichtung am Läufer oder an der Verdichterseite defekt . Lagergehäuse verschlammt 8. Ölen des Turboladers an der Verdichterseite: . Unwucht am Läufer . Lager des Turboladers sind verschlissen . Kolbenringdichtung beschädigt . Lagergehäuse verschlammt . Ölrücklauf verengt oder durch Ölschlamm verstopft . zu hoher Druck im Kurbelgehäuse durch Kolbenfresser, verschlissene Zylinderlaufbahnen oder schadhafte Zylinderkopfdichtung, wodurch ein ausreichender Ölrückfluß verhindert wird 9. Ölen des Turboladers an der Abgasturbinenseite: . Lager des Turboladers sind verschlissen . Kolberringdichtung beschädigt . Lagergehäuse verschlammt . Ölrücklauf verengt oder durch Ölschlamm verstopft . zu hoher Druck im Kurbelgehäuse durch Kolbenfresser, verschlissene Zylinderlaufbahnen oder schadhafte Zylinderkopfdichtung, wodurch ein ausreichender Ölfückfluß verhindert wird.

     10. Motor hat nicht Originalleistung: . Lager und Folgeschäden an der Abgasturbine und dem Verdichterrad . Lager des Turboladers sind verschlissen . Verdichter oder Abgasturbine durch Fremdkörper beschädigt . Ladedruckregelklappe (Bypassventil) schließt nicht richtig . Verdichter oder Abgasturbine durch Fremdkörper beschädigt . Turbinengehäuse beschädigt oder gerissen . Luftdruckleitungen zwischen Verdichter, Ladeluftkühler und Motor undicht . Luftfilter oder Luftansaugleitung verstopft . Abgasanlage verstopft (Katalysator) . Auspuffkrümmer gerissen oder Auspuffkrümmer verzogen

 
 




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