Wissenswertes über Turbomotoren

Haben Sie schon von dem Hochleistungseingangsgerät in einem Verbrennungsmotor gehört, nun, das Geheimnis ist der Turbolader . Es wird auch als Turbo bezeichnet die Anfang des 20. Jahrhunderts von einem Ingenieur in der Schweiz, Alfred Büchi, erfunden wurde. Er stellte einen Prototyp zur Leistungssteigerung von Dieselmotoren vor.

Heute ist die Turboaufladung zu einem Standardgerät für die meisten Benzin- und Dieselmotoren geworden. Die Forschung an Möglichkeiten zur Verbesserung der Konstruktion von Turboladern für eine bessere Leistung bei geringeren Herstellungskosten ist noch im Gange. Obwohl vibrationsinduzierte Belastungen und die Lagerleistung Hauptausfallfaktoren sind. Aus diesem Grund sollte eine rotodynamische Analyse ein wichtiger Bestandteil des Turboladerdesignprozesses sein, naja, vielleicht!

In einem Automotor wird die Leistung im Brennraum mit dem angesaugten Kraftstoff-Luft-Gemisch erzeugt, richtig! Nach der Verdichtung setzt es das Gemisch als Abgas frei, das zu Abfallprodukten wird und sogar die Atmosphäre verschmutzt. Aber anstatt das Abgas nutzlos zu machen, nutzt der Turbolader es, um den Motor schneller laufen zu lassen. Lass es mich erklären.

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Heute beschäftigen wir uns mit der Definition, den Funktionen, Anwendungen, Teilen, der Geschichte, dem Diagramm, den Typen, dem Arbeitsprinzip sowie den Vor- und Nachteilen eines Turboladers. Dieser Artikel ist breit gefächert, daher fordere ich Sie auf, ihn durchzulesen, um das Wissen zu erlangen.

Turbolader-Definition

Ein Turbolader ist eine turbinengetriebene Zwangseinleitungsvorrichtung, die den Wirkungsgrad und die Leistungsabgabe von Verbrennungsmotoren erhöht, indem zusätzliche komprimierte Luft in die Brennkammer gepresst wird. Diese Heißluftansaugung scheint zu funktionieren, da der Kompressor mehr Luft und proportional mehr Kraftstoff in die Brennkammer pressen kann als normaler atmosphärischer Druck.

Ein Turbolader ist ein Gerät, das in den Motor eines Fahrzeugs eingebaut wird, um den Gesamtwirkungsgrad zu verbessern und die Leistung des Motors zu steigern. Turbolader sind ursprünglich als Turbosupercharger bekannt weil alle Aufladungsgeräte als Supercharger klassifiziert werden. Ein Supercharger ist ein Begriff für ein mechanisch angetriebenes Zwangsinduktionsgerät.

Der Unterschied zwischen einem Turbolader und einem herkömmlichen Kompressor besteht darin, dass ein Turbolader von einer Turbine angetrieben wird, die vom Abgas eines Motors angetrieben wird. Wohingegen ein Kompressor mechanisch von der Motorkurbelwelle angetrieben wird, die oft mit einem Riemen verbunden ist. Turbolader sind jedoch effizienter, aber weniger reaktionsschnell. Der Begriff Twincharger bezeichnet einen Motor mit einem Turbolader und einem Kompressor.

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Geschichte

Eine kurze Geschichte über Turbolader, Verdienst gebührt dem Gründer Alfred J. Buchi (1879 – 1932), der in einer Kfz-Ingenieurwerkstatt bei der Gebrüder Sulzer Engine Company in Winterthur, Schweiz, angestellt war. Das Projekt wurde ein Jahr vor dem Ersten Weltkrieg entwickelt und 1905 in Deutschland patentiert. Er setzte die Weiterentwicklung des Projekts bis zu seinem Tod nach vier Jahrzehnten fort.

Auch einige andere Ingenieure verdienen Anerkennung für das Turbolader-Projekt. Einige Jahre zuvor war Sir Dugald Clark (1854 – 1932) ein schottischer Erfinder eines Zweitaktmotors. er experimentierte mit der Trennung der Kompressions- und Expansionsstufen der internen Verbrennung mit zwei separaten Zylindern.

Sein Experiment funktionierte wie eine Aufladung und erhöhte sowohl den Luftstrom in die Zylinder als auch die Kraftstoffmenge, die verbrannt werden konnte. An den Aufladesystemen sind auch andere Ingenieure wie Louis Renault, Gottlieb Daimler und Lee Chadwick beteiligt.

Funktionen des Turboladers

Die Hauptfunktion eines Turboladers besteht darin, die Arbeitseffizienz eines Automotors zu erhöhen. unten sind Gründe, warum Turbo trotz einiger seiner Einschränkungen immer existieren wird.

• Zusätzlicher Schwung wird bereitgestellt, ohne die Motorleistung zu erhöhen.
• Lassen Sie den Motor schneller laufen, ohne die Kraftstoffverbrennungsrate zu erhöhen.
• Kohlenstoff-II-Oxid (Abgas) nutzen, anstatt Umweltverschmutzung zu verursachen.

Anwendungen von Turboladern

Ein Turbolader wird üblicherweise in Kraftfahrzeugmotoren wie Lastkraftwagen, Autos, Zügen, Flugzeugen und Baumaschinen verwendet. Moderne Versionen von Otto- und Diesel-Verbrennungsmotoren verfügen über Turbolader.

Tauchen Sie ein, um einige Anwendungen von Turboladern zu erklären:

Autos mit Benzin- und Dieselantrieb: Wie bereits erwähnt, sind turboaufgeladene Autos bei benzin- und dieselbetriebenen Autos üblich, um ihre Leistungsabgabe für eine gegebene Kapazität zu erhöhen. Es erhöht auch die Kraftstoffeffizienz und ermöglicht einen Motor mit kleinerem Hubraum. Diese Motoren haben etwa 10 % an Gewicht eingespart und bis zu 30 % Kraftstoff eingespart und liefern immer noch die gleiche Spitzenleistung.

Der erste Personenwagen mit Turbolader war die Option Oldsmobile Jetfire. Es verwendet die Komponente zu einem 215 cu in Vollaluminium-V8 und zu einem Chevrolet-Produkt namens Corvairs. Es heißt zunächst Monza Spyder gekühlter Sechszylinder-Boxermotor.

Dieselautos sind seit der Verwendung von verbesserter Effizienz, Fahrbarkeit und Leistung von Dieselmotoren in hohem Maße auf Turbolader angewiesen. Es wird auf Personenwagen produziert, die 1978 von Mercedes mit Garrett-Turbolader eingeführt wurden.

Lkw: Diesel-Lkw-Motoren sind seit 1938 für den gleichen Vorteil mit Turboaufladung ausgestattet.

Flugzeug: Über das Jahr erhöht die Wirkung des Turboladers auch die Effizienz von Flugzeugen.

Motorräder: Die meisten japanischen Unternehmen produzierten seit den frühen 1980er Jahren Hochleistungsmotorräder mit Turbolader. Obwohl es nur wenige Motorräder mit Turbolader gibt, liegt dies an der Fülle an größerem Hubraum. Der verfügbare Saugmotor bietet die Drehmoment- und Leistungsvorteile eines Motors mit kleinerem Hubraum und Turbolader, liefert jedoch eine linearere Leistungscharakteristik.

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Teile von Turboladern

Nachfolgend sind die Hauptteile eines Turboladers und ihre Funktionen aufgeführt:

• Patronen (vollständig montierte und ausgewuchtete Turboladerkerne)
• Vakuumaktuatoren und pneumatische Aktuatoren
• Elektronische Stellantriebe (elektrische Stellantriebe)
• Kompressorgehäuse (die Gehäuse des kalten Abschnitts/Teils des Turboladers)
• Turbolader-Reparaturkits (Ersatzteilkits/-sets für die schnelle Kleinreparatur)
• Kompressorräder (Turboladerkompressorräder)
• Welle und Räder (Turboladerwellen mit Turbinenrad, Turbinenrotoren)
• Düsenringgehäuse (Gehäuse für VNT-Geometriesteuerelemente)
• Lagergehäuse (Kartuschengehäuse, Turbokerngehäuse)
• Backplates (Turbolader-Kernplatte von der Kompressorseite)
• VNT-Düsenringe (Ringe mit Düsen für VNT-Turbolader, VNT-Geometrie-Steuerknoten)
• Hitzeschilde (Hitzeschilde des Turboladerkerns)
• Dichtungssätze (Turbolader-Dichtungssätze/-sätze)
• Aktorsensoren (Drucksensoren, Positionssensoren
• VNT Gaskets (interne Dichtungen für VNT-Turbolader)
• Turbinengehäuse (die Gehäuse des heißen Abschnitts/Teils des Turboladers)
• Elektronische Aktuatorteile (Elektromotoren, Wellen, Zahnräder von Turbolader-Servoantrieben).

Arten von Turboladern

Nachfolgend sind die verschiedenen Arten von Turboladern aufgeführt, die es gibt:

Einzelner Turbo:

Der Single Turbo ist die einfachste, gebräuchlichste und billigste Art von Turboladern, die es gibt. Es hat grenzenlose Variabilität und ist ein kleinerer Turbo, der ein besseres Low-End-Grunzen liefert, da sie schneller spulen. Der einzelne Turbo hat ein Kugellager und ein Zapfenlager, die für weniger Reibung sorgen, damit sich der Kompressor und die Turbine drehen können.

Die Vorteile der Single-Turbolader sind, dass auch kleinere Motoren mit einem Turbo ausgestattet werden dürfen, die Wirtschaftlichkeit ebenfalls berücksichtigt wird, die Einfachheit und der einfachere Einbau. Es erhöht auch die Motoreffizienz.

Trotz seiner Vorteile treten immer noch einige Einschränkungen auf, darunter:mit einem ziemlich schmalen effektiven Drehzahlbereich. Einzelne Turbos machen die Dimensionierung zu einem Problem, da man zwischen besserer High-End-Leistung oder gutem Low-End-Drehmoment wählen muss. Schließlich kann die Reaktion im Vergleich zu anderen Turbotypen langsam sein.

Twin Turbos:

Der Twin-Turbo ist eine weitere Option, die einen einzelnen Turbolader für jede Zylinderbank (V8, V12 usw.) ermöglicht. Alternativ könnte ein einzelner Turbolader für niedrige Drehzahlen verwendet werden und für hohe Drehzahlen zu einem größeren Turbolader umgeleitet werden. Zwei ähnlich große Turbos, von denen einer bei niedrigen Drehzahlen und beide bei höheren Drehzahlen verwendet werden (14, 16). BMW x5 M und x6 M verwenden Twin-Scroll-Turbos, einen auf jeder Seite des V8.

Der Vorteil von Twin-Turbo, wenn es sequentiell oder auf dem Turbo bei niedrigen Drehzahlen und beiden bei hohen Drehzahlen ist. Es ermöglicht eine breitere, flachere Drehmomentkurve und ein besseres Drehmoment im unteren Drehzahlbereich, aber die Leistung lässt bei hohen Drehzahlen nicht nach wie bei einem einzelnen Turbo. Einschränkungen bei diesen Turboladern umfassen Kosten und Komplexität, da die Komponente fast verdoppelt wird. Und es gibt andere Alternativen, um ein ähnliches Ergebnis zu erzielen, das leichter ist.

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Twin-Scroll-Turbo:

Twin-Scroll-Turbolader sind in fast jeder Hinsicht besser als Single-Scroll-Turbolader, da bei Verwendung von zwei Scrolls die Abgasimpulse geteilt werden. Beispielsweise können bei Vierzylindermotoren mit einer Zündreihenfolge von 1 3 4 2 die Zylinder 1 und 4 einer Spirale eines Turbos zugeführt werden. Während die Zylinder 2 und 3 einer separaten Spirale zugeführt werden. Der Zweck dieser Arten von Turboladern besteht darin, dass es im Zylinder eine Überschneidung gibt. Angenommen, der Zylinder beendet seinen Arbeitshub, wenn der Kolben den unteren Totpunkt erreicht, und das Auslassventil öffnet sich. Während dieser Zeit beendet Zylinder zwei seinen Auslasstakt, indem er das Ventil schließt und das Einlassventil öffnet.

Ein herkömmlicher Single-Scroll-Turbokrümmer ist ganz anders, der Abgasdruck von Zylinder eins stört Zylinder zwei beim Ansaugen der Frischluft, da beide Auslassventile vorübergehend geöffnet sind. Dadurch wird verringert, wie viel Druck den Turbo erreicht, und es wird beeinträchtigt, wie viel Luft der zweite Zylinder ansaugt.

Die Vorteile des Turboladers bestehen darin, dass mehr Energie an die Abgasturbine gesendet wird und ein breiterer Drehzahlbereich mit effektiver Aufladung erreicht wird. Dies liegt an den unterschiedlichen Scroll-Designs. Grundsätzlich gibt es mehr Ventilüberschneidung, ohne die Abgasreinigung zu behindern, was zu mehr Abstimmungsflexibilität führt.

Einschränkungen bestehen darin, dass Kosten und Komplexität im Vergleich zu den einzelnen Turbos hoch sind und ein spezifisches Motorlayout und Auspuffdesign erforderlich sind.

Turbolader mit variabler Geometrie (VGT):

Die Typen von Turboladern mit variabler Geometrie sind bei Dieselmotoren üblich und ihre Produktion ist begrenzt. Dies liegt an seinen Kosten und exotischen Materialanforderungen. Interne Leitschaufeln innerhalb des Turboladers ändern das A/R-Verhältnis von Fläche zu Radius, um der Drehzahl zu entsprechen. Das heißt, bei einer niedrigen Drehzahl wird ein niedriges A/R-Verhältnis verwendet, um die Abgasgeschwindigkeit zu erhöhen und den Turbolader schnell hochzuspulen. Wenn die Drehzahl steigt, erhöht sich das A/R-Verhältnis, um den Luftstrom zu erhöhen, was zu einem geringen Turboloch führt. Es führt auch zu einer niedrigen Boost-Schwelle und einem breiten und gleichmäßigen Drehmomentband.

Der Vorteil dieses Turbotyps besteht darin, dass eine breite, flache Drehmomentkurve erzeugt wird. Was in einem sehr breiten Drehzahlbereich wirksam ist. Es erfordert einen einzigen Turbo, was ein sequenzielles Turbo-Setup zu etwas Kompakterem vereinfacht. Seine Einschränkungen bestehen darin, dass es nur in Dieselanwendungen verwendet wird, bei denen die Abgase niedriger sind, damit die Schaufeln nicht durch den Kopf zerstört werden. Bei Verwendung des Turbos eines Benzinmotors werden teure exotische Metalle verwendet, um die Zuverlässigkeit aufrechtzuerhalten.

Variabler Twin-Scroll-Turbolader:

Der variable Twin-Scroll-Turbo ist deutlich billiger als VGTs, was ihn zu einer bevorzugten Wahl für die Benzinturboaufladung macht. Es kombiniert ein VGT mit einem Twin-Scroll-Setup, sodass bei einer niedrigen Drehzahl eine der Scrolls vollständig geschlossen ist und die gesamte Luft in die andere gedrückt wird. Wenn der Motor beschleunigt, öffnet sich ein Ventil, um Luft in die andere Schnecke zu lassen, und es wird eine gute High-End-Leistung erzielt.

Vorteile des Turboladers sind, dass er eine breite, flache Drehmomentkurve ermöglicht und robuster konstruiert ist als der VGT. Kosten und Komplexität sind auch seine Grenzen und Technologie war bisher unerwünscht.

Elektrische Turbolader:

Durch die Anwendung eines Elektromotors in einem Turbolader werden dessen Eigenschaften verbessert und der Motor wird sofort aufgeladen. Low-End-Drehmoment wird leicht erzeugt, Verzögerung wird eliminiert. Dieser Turbolader ist einfach der Beste von allen, vielleicht bringt ihn eine neue Version zu Fall.

Seine Vorteile sind, dass ein breiterer effektiver Drehzahlbereich mit durchgehend gleichmäßigem Drehmoment erzeugt wird. Verschwendete Energie wird zurückgewonnen, da ein Elektromotor direkt mit der Abgasturbine verbunden ist. Und wie bereits erwähnt, können Turboloch und unzureichende Abgase praktisch eliminiert werden, indem der Kompressor bei Bedarf mit elektrischer Energie gedreht wird.

Komplexität und Kosten sind einer der Nachteile des Turboladers, da jetzt der Elektromotor berücksichtigt wird. Verpackung und Gewicht sind ebenfalls ein Thema, insbesondere wenn eine Batterie an Bord hinzugefügt wird, die den Turbo bei Bedarf mit ausreichend Strom versorgt. Ähnliche Vorteile können von anderen Typen wie den VGTs oder Twin-Scrolls erhalten werden.

Funktionsprinzip

Mit Grundkenntnissen über die Funktionsweise eines Strahltriebwerks wird es viel einfacher, Autos mit Turbolader zu verstehen. Lassen Sie mich erklären, ein Düsentriebwerk saugt vorne Frischluft an und verwendet sie in der Kammer, um sie mit Kraftstoff zu mischen und zu verbrennen. Dann bläst es heiße Luft durch seinen Rücken. Die Hitze dröhnt an einer Turbine vorbei, die aus einem kompakten Windrad aus Metall besteht, das den Kompressor (Luftpumpe) an der Vorderseite des Motors antreibt. Der Motor drückt damit Luft in den Motor, damit der Kraftstoff richtig verbrennt.

Ein ähnlicher Prozess wird beim Turbolader eines Pkw-Kolbenmotors angewendet. Abgase werden verwendet, um die Turbine anzutreiben, die einen Luftkompressor dreht, der zusätzliche Luft in die Zylinder drückt. Es bewirkt, dass in Sekundenschnelle mehr Kraftstoff verbrannt wird, weshalb ein Auto mit Turbolader mehr Leistung erzeugen kann. Das ist mehr Energie pro Sekunde.

Turbolader bestehen aus zwei Hälften, die durch eine Welle miteinander verbunden sind. Eine davon enthält eine Turbine, die von heißen Abgasen angetrieben wird, die andere enthält auch eine Turbine, die Luft ansaugt und in den Motor komprimiert. Diese Verdichtung verleiht dem Motor zusätzliche Leistung und Effizienz. Wenn mehr Luft in die Verbrennungskammer eintritt, wird mehr Kraftstoff hinzugefügt, was zusätzliche Leistung erzeugt.

Beachten Sie, dass die Druckluft heiß ist, weniger dicht ist und über die Heizkörper aufsteigt. Diese heiße Luft trägt weniger effektiv zur Verbrennung des Kraftstoffs bei. Aus diesem Grund muss die vom Kompressor kommende Luft gekühlt werden, bevor sie in die Zylinder eintritt. Aus diesem Grund strömt die heiße Luft aus dem Kompressor über einen Wärmetauscher, der überschüssige Wärme abführt, bevor sie in die Brennkammer eintritt.

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Woher die zusätzliche Leistung kommt und wie viel Sie bekommen können

Die meisten Leute denken, dass der Turbinenmotor zusätzliche Leistung aus dem empfangenen Abgas bietet, aber das stimmt nicht. Das Abgas wird verwendet, um den Kompressor anzutreiben, der Luft in die Brennkammer befördert, wodurch der Motor jede Sekunde mehr Kraftstoff verbrennen kann. Die zusätzliche Leistung wird aus dem zusätzlichen Kraftstoff gewonnen, der schneller verbrannt wird.

Die Menge an zusätzlicher Leistung, die ein Turbolader abgibt, wird durch die Größe der Komponenten bestimmt. Turbolader können verbessert werden, um den Motor leistungsfähiger zu machen, je nachdem, wie viel Leistung man wünscht. Aber es gibt eine Grenze der Verbesserung. Die Zylinder sind so groß, dass sie viel Luft und Kraftstoff zum Mischen aufnehmen können.

Vor- und Nachteile von Turboladern

Vorteile:

Nachfolgend sind die Vorteile von Turboladern aufgeführt:

• Der Motor erhält zusätzliche Leistung.
• Der Motor erhält durch die Abgase kostenlose Energie. es benötigt keine Motorkraft, um es anzutreiben.
• Es wird sowohl in Diesel- als auch in Benzinmotoren verwendet.
• Verbesserung der Kraftstoffeffizienz von Motoren.

Nachteile:

Trotz der Vorteile von Turboladern treten immer noch zwei Haupteinschränkungen auf. Nachfolgend die Nachteile des Turboladers:

Eines der großen Probleme mit einem Turbolader ist das sogenannte Turboloch. Dies passierte, wenn der Gashebel heruntergedrückt wurde, es dauerte eine Weile, bis der Motor beschleunigte. Das heißt, Turbolader brauchen Zeit, um die Motordrehzahl wiederzugeben.

Wenn die Drehzahl des Motors niedrig ist, gibt es nicht genug Abgase, um den Kompressor so zu drehen, dass er die benötigte Leistung liefert. Der erforderliche Auspuff wird erzeugt, nachdem der Gashebel gedrückt wird. Dieser Effekt wird durch Herunterschalten in einen niedrigeren Gang reduziert, aber erfahrene Fahrer bemerken manchmal die geteilte Verzögerung der Reaktion.

Die zweite Limitierung von Turboladern tritt im Alltagsbetrieb nicht auf. Es passiert nur, wenn der Motor an seine Grenzen geht. Durch die entstehende Wärme der Abgase wird es sehr heiß und lässt den Turbolader rot glühen.

Aus diesem Grund sind die meisten Sportwagen mit Turbolader mit Lüftungsschlitzen an der Unterseite des Motors ausgestattet. Diese Belüftung hält die Luftzirkulation konstant und kühlt die Teile.

Lesen Sie:Funktionsweise und Wirksamkeit einer Kardanwelle

Abschließend haben wir Ihnen die verschiedenen Funktionen von Turboladern näher gebracht. Eine davon besteht darin, die Arbeits- und Kraftstoffeffizienz von Motoren zu erhöhen. Wir sehen auch die verschiedenen Arten von Turbos und ihr Funktionsprinzip. Auch Vor- und Nachteile werden aufgezeigt.

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