Wie Turbolader funktionieren

Bildergalerie: Turbolader Das Turboladersystem des Mitsubishi Lancer Evolution IX. Weitere Bilder zum Turbolader. YOSHIKAZU TSUNO / AFP / Getty Images

Wenn über Rennwagen oder Hochleistungssportwagen gesprochen wird, ist das Thema Turbolader kommt normalerweise hoch. Turbolader treten auch bei großen Dieselmotoren auf. Ein Turbo kann die Leistung eines Motors erheblich steigern, ohne sein Gewicht wesentlich zu erhöhen. Dies ist der enorme Vorteil, der Turbos so beliebt macht!

In diesem Artikel erfahren Sie, wie ein Turbolader die Leistung eines Motors erhöht und gleichzeitig extreme Betriebsbedingungen übersteht. Wir werden auch erfahren, wie Wastegates, keramische Turbinenschaufeln und Kugellager Turboladern helfen, ihre Arbeit noch besser zu machen. Turbolader sind eine Art von Zwangsinduktionssystem. Sie Kompresse die in den Motor strömende Luft (eine Beschreibung des Luftstroms in einem normalen Motor finden Sie unter Funktionsweise von Automotoren). Der Vorteil des Komprimierens der Luft besteht darin, dass der Motor mehr Luft in einen Zylinder drücken kann und mehr Luft bedeutet, dass mehr Kraftstoff hinzugefügt werden kann. Daher erhalten Sie mit jeder Explosion in jedem Zylinder mehr Leistung. Ein Turbomotor erzeugt insgesamt mehr Leistung als derselbe Motor ohne Aufladung. Dies kann das Leistungsgewicht des Motors erheblich verbessern (Einzelheiten finden Sie unter Funktionsweise von PS)..

-Um diesen Schub zu erreichen, nutzt der Turbolader den Abgasstrom des Motors, um a zu drehen Turbine, was wiederum dreht sich ein Luftpumpe. Die Turbine im Turbolader dreht sich mit einer Geschwindigkeit von bis zu 150.000 Umdrehungen pro Minute (U / min) - das ist ungefähr 30-mal schneller als die meisten Automotoren. Und da es an den Auspuff angeschlossen ist, sind auch die Temperaturen in der Turbine sehr hoch.

Lesen Sie weiter, um herauszufinden, wie viel mehr Leistung Sie von Ihrem Motor erwarten können, wenn Sie einen Turbolader hinzufügen.

Inhalt

1. Turbolader und Motoren
2. Turbolader Design
3. Turboladerteile
4. Verwendung von zwei Turboladern und mehr Turboteilen

Wo sich der Turbolader im Auto befindet.

Eine der sichersten Möglichkeiten, mehr Leistung aus einem Motor herauszuholen, besteht darin, die Menge an Luft und Kraftstoff zu erhöhen, die er verbrennen kann. Eine Möglichkeit, dies zu tun, besteht darin, Zylinder hinzuzufügen oder die aktuellen Zylinder größer zu machen. Manchmal sind diese Änderungen möglicherweise nicht durchführbar - ein Turbo kann eine einfachere und kompaktere Möglichkeit sein, die Leistung zu erhöhen, insbesondere für ein Zubehör für den Ersatzteilmarkt.

Turbolader ermöglichen es einem Motor, mehr Kraftstoff und Luft zu verbrennen, indem sie mehr in die vorhandenen Zylinder packen. Der typische Schub eines Turboladers beträgt 6 bis 8 Pfund pro Quadratzoll (psi). Da der normale atmosphärische Druck auf Meereshöhe 14,7 psi beträgt, können Sie sehen, dass Sie etwa 50 Prozent mehr Luft in den Motor bekommen. Daher würden Sie erwarten, 50 Prozent mehr Leistung zu erhalten. Es ist nicht perfekt effizient, so dass Sie eine bekommen könnten 30- bis 40-prozentige Verbesserung stattdessen.

Eine Ursache für die Ineffizienz kommt von der Tatsache, dass die Leistung zum Drehen der Turbine nicht frei ist. Eine Turbine im Abgasstrom erhöht die Begrenzung im Abgas. Dies bedeutet, dass der Motor beim Auspuffhub gegen einen höheren Gegendruck drücken muss. Dadurch wird ein wenig Leistung von den gleichzeitig zündenden Zylindern abgezogen.-

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Wie ein Turbolader in einem Auto eingesetzt wird Bild mit freundlicher Genehmigung von Garrett

Der Turbolader ist mit dem verschraubt Auspuffkrümmer des Motors. Der Auspuff aus den Zylindern dreht die Turbine, das funktioniert wie ein Gasturbinentriebwerk. Die Turbine ist über eine Welle mit der verbunden Kompressor, welches sich zwischen dem Luftfilter und dem Ansaugkrümmer befindet. Der Kompressor setzt die in die Kolben strömende Luft unter Druck.

In einem Turbolader Bild mit freundlicher Genehmigung von Garrett

Der Auspuff aus den Zylindern strömt durch die Turbinenschaufeln, Die Turbine dreht sich. Je mehr Auspuff durch die Klingen fließt, desto schneller drehen sie sich.

Am anderen Ende der Welle, an der die Turbine befestigt ist, befindet sich die Kompressor pumpt Luft in die Zylinder. Der Kompressor ist eine Art Kreiselpumpe - er saugt Luft in der Mitte seiner Schaufeln an und schleudert sie beim Drehen nach außen.

Um Drehzahlen von bis zu 150.000 U / min bewältigen zu können, muss die Turbinenwelle sehr sorgfältig abgestützt werden. Die meisten Lager würden bei solchen Geschwindigkeiten explodieren, daher verwenden die meisten Turbolader a Flüssigkeitslager. Diese Art von Lager stützt die Welle auf einer dünnen Ölschicht, die ständig um die Welle gepumpt wird. Dies dient zwei Zwecken: Es kühlt die Welle und einige der anderen Turboladerteile und ermöglicht es der Welle, sich ohne große Reibung zu drehen.

Es gibt viele Kompromisse bei der Entwicklung eines Turboladers für einen Motor. Im nächsten Abschnitt werden wir uns einige dieser Kompromisse ansehen und sehen, wie sie sich auf die Leistung auswirken.

Zu viel Boost?

Wenn Luft unter Druck des Turboladers in die Zylinder gepumpt und dann vom Kolben weiter komprimiert wird (siehe Demonstration der Funktionsweise von Automotoren), besteht eine größere Klopfgefahr. Klopfen passiert, weil beim Komprimieren von Luft die Temperatur der Luft steigt. Die Temperatur kann so hoch sein, dass sich der Kraftstoff entzündet, bevor die Zündkerze zündet. Autos mit Turboladern müssen häufig mit Kraftstoff mit höherer Oktanzahl betrieben werden, um ein Klopfen zu vermeiden. Wenn der Ladedruck wirklich hoch ist, muss das Kompressionsverhältnis des Motors möglicherweise verringert werden, um ein Klopfen zu vermeiden.

Turbolader geben Motoren bei hohen Drehzahlen Auftrieb. © Fotograf: Max Dimyadi | Agentur: Dreamstime.com

Eines der Hauptprobleme bei Turboladern besteht darin, dass sie beim Betätigen des Gases keine sofortige Leistungssteigerung bewirken. Es dauert eine Sekunde, bis die Turbine ihre Drehzahl erreicht hat, bevor ein Boost erzeugt wird. Dies führt zu einem Gefühl der Verzögerung, wenn Sie Gas geben, und dann springt das Auto voraus, wenn sich der Turbo bewegt.

Eine Möglichkeit, die Turboverzögerung zu verringern, besteht darin, die Turboverzögerung zu verringern Trägheit der rotierenden Teile, hauptsächlich durch Reduzierung ihres Gewichts. Dadurch können Turbine und Kompressor schnell beschleunigen und früher Auftrieb geben. Ein sicherer Weg, die Trägheit der Turbine und des Kompressors zu verringern, besteht darin, den Turbolader kleiner zu machen. Ein kleiner Turbolader sorgt schneller und bei niedrigeren Motordrehzahlen für Boost, kann jedoch bei höheren Motordrehzahlen möglicherweise nicht viel Boost liefern, wenn ein wirklich großes Luftvolumen in den Motor gelangt. Es besteht auch die Gefahr, dass sich bei höheren Motordrehzahlen zu schnell dreht, wenn viel Abgas durch die Turbine strömt.

Die meisten Autoturbolader haben eine Wastegate, Dies ermöglicht die Verwendung eines kleineren Turboladers, um die Verzögerung zu verringern und zu verhindern, dass er sich bei hohen Motordrehzahlen zu schnell dreht. Das Wastegate ist ein Ventil, mit dem das Abgas die Turbinenschaufeln umgehen kann. Das Wastegate erfasst den Ladedruck. Wenn der Druck zu hoch wird, kann dies ein Hinweis darauf sein, dass sich die Turbine zu schnell dreht, sodass das Wastegate einen Teil des Abgases um die Turbinenschaufeln herum umgeht und die Schaufeln langsamer werden.

Einige Turbolader verwenden Kugellager anstelle von Flüssigkeitslagern zur Unterstützung der Turbinenwelle. Dies sind jedoch keine normalen Kugellager - es handelt sich um hochpräzise Lager aus fortschrittlichen Materialien, um die Drehzahlen und Temperaturen des Turboladers zu bewältigen. Sie ermöglichen es der Turbinenwelle, sich mit weniger Reibung zu drehen als die in den meisten Turboladern verwendeten Fluidlager. Sie ermöglichen auch die Verwendung eines etwas kleineren, leichteren Schafts. Dies hilft dem Turbolader, schneller zu beschleunigen, wodurch die Turboverzögerung weiter verringert wird.

Turbinenschaufeln aus Keramik sind leichter als die Stahlschaufeln, die in den meisten Turboladern verwendet werden. Dies ermöglicht es der Turbine wiederum, schneller auf Drehzahl zu kommen, was die Turboverzögerung verringert.

Ein Mazda RX-8-Drehcoupé mit einem Aftermarket-Turboladersystem. TOSHIFUMI KITAMURA / AFP / Getty Images

Einige Motoren verwenden zwei Turbolader von verschiedenen Größen. Der kleinere dreht sich sehr schnell auf Geschwindigkeit, wodurch die Verzögerung verringert wird, während der größere bei höheren Motordrehzahlen übernimmt, um mehr Auftrieb zu erzielen.

Wenn Luft komprimiert wird, erwärmt sie sich; und wenn sich Luft erwärmt, dehnt sie sich aus. Ein Teil des Druckanstiegs eines Turboladers ist das Ergebnis der Erwärmung der Luft, bevor sie in den Motor gelangt. Um die Leistung des Motors zu erhöhen, ist es das Ziel, mehr Luftmoleküle in den Zylinder zu bringen, nicht unbedingt mehr Luftdruck.

Ein Ladeluftkühler oder Ladeluftkühler ist eine zusätzliche Komponente, die wie ein Kühler aussieht, außer dass Luft sowohl durch die Innen- als auch durch die Außenseite des Ladeluftkühlers strömt. Die Ansaugluft strömt durch versiegelte Durchgänge im Kühler, während kühlere Luft von außen vom Motorkühlgebläse über die Lamellen geblasen wird.

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Der Ladeluftkühler erhöht die Leistung des Motors weiter, indem er die aus dem Kompressor austretende Druckluft kühlt, bevor sie in den Motor gelangt. Dies bedeutet, dass, wenn der Turbolader mit einer Aufladung von 7 psi arbeitet, das Ladeluftkühlsystem 7 psi kühlere Luft einspeist, die dichter ist und mehr Luftmoleküle als wärmere Luft enthält.

Ein Turbolader hilft auch bei hohe Höhen, wo die Luft weniger dicht ist. Normale Motoren erfahren in großen Höhen eine verringerte Leistung, da der Motor mit jedem Hub des Kolbens eine geringere Luftmasse erhält. Ein Turbomotor kann auch eine reduzierte Leistung haben, aber die Reduzierung ist weniger dramatisch, da die dünnere Luft für den Turbolader leichter zu pumpen ist.

Ältere Fahrzeuge mit Vergaser erhöhen automatisch die Kraftstoffmenge, um dem erhöhten Luftstrom in die Zylinder zu entsprechen. Moderne Autos mit Kraftstoffeinspritzung werden dies bis zu einem gewissen Punkt auch tun. Das Kraftstoffeinspritzsystem stützt sich auf Sauerstoffsensoren im Abgas, um festzustellen, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis korrekt ist. Daher erhöhen diese Systeme automatisch den Kraftstoffdurchfluss, wenn ein Turbo hinzugefügt wird.

Wenn einem Auto mit Kraftstoffeinspritzung ein Turbolader mit zu viel Ladedruck hinzugefügt wird, liefert das System möglicherweise nicht genügend Kraftstoff - entweder lässt die in der Steuerung programmierte Software dies nicht zu, oder die Pumpe und die Einspritzdüsen können ihn nicht liefern. In diesem Fall müssen andere Änderungen vorgenommen werden, um den maximalen Nutzen aus dem Turbolader zu ziehen.

Weitere Informationen zu Turboladern und verwandten Themen finden Sie unter den Links auf der nächsten Seite.

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