Aufladung Motor

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Motor-Turboaufladung ist ein Prozess, bei dem die Leistungsfähigkeit oder der Wirkungsgrad von Brennkraftmaschinen durch Zufuhr von Druckluft steigt. Der höhere Luftdruck führt zu einer Verbesserung des Füllstandes, so dass mehr Druckluft für die Kraftstoffverbrennung zur Verfugung steht, was die Arbeitsleistung pro Arbeitsgang erhoht.

Durch Strömungsvibrationen, Ventilatoren, Turbolader und Verdichter kann der Luftdruck der vom Motor ansaugenden Druckluft gesteigert werden. Aufgrund der hohen Wärme- und Mechanikbelastung des Antriebs sind diese Prozesse material- und konstruktiv begrenzt. Die modernen Turbomotoren haben in der Regel einen niedrigeren Eigenverbrauch als die gleich starken Ansaugmotoren. Das Aufladen ist eine der Möglichkeiten, die Leistungsfähigkeit des Triebwerks zu erhöhen.

Formeln für die indexierte Motorkraft. Triebwerke in ortsfesten Systemen und Sonderfahrzeugen, bei denen eine große Gangreserve vonnöten ist. Für die Komprimierung der Verbrennungsluft eines Triebwerks sind verschiedene Methoden bekannt: Dynamischer Gaskompressor: Die Druckluft wird eingesaugt und mit erhöhtem Luftdruck ohne Innenverdichtung zur Wand gefördert. Im Verdichterinneren erfolgt eine Volumenreduzierung wie bei Wankelschaufelladern, Scroll- und Schraubenkompressoren und Ro-Loadern.

Ladegeräte werden nach ihrem Funktionsprinzip differenziert. Am gebräuchlichsten sind Abgas-Turbolader, Mechaniklader und Druckwellen-Ladegeräte. Die mechanischen Belader werden in der Regel über Zahnräder oder Zahnriemen vom Kompressormotor betrieben, in einigen FÃ?llen haben die Belader einen eigenen Motor, z.B. einen Elektromagnet. Dazu zählt im weiteren Sinn auch die so genannte Dynamic Charging (Resonanzaufladung), bei der die Gasvibrationen bei gewissen Geschwindigkeiten durch Resonanzen über speziell konstruierte Ansaug- und Auspuffrohre unterstützt werden, was den Gasaustausch im Speicher optimiert.

Der gebräuchlichste Turboladertyp ist der Turbo auflader, bei dem eine Gasturbine einen Kompressorantrieb hat. Der Turbinenmantel befindet sich unmittelbar im Abgasfluss und so nah wie möglich am Abgasaustritt des Triebwerks. Jahrhunderts, obwohl sie vorzugsweise in Diesellokomotiven eingesetzt werden, da ihre Abgastemperatur niedriger ist als die von Benzinmotoren und sie normalerweise keine Drosselklappen aufweisen, was ihr Ansprechvermögen erhöht.

Sie ist bei heutigen Benzinmotoren einem Gasstrom von bis zu 1000 C° Celsius und arbeitet mit Geschwindigkeiten von bis zu 400.000 U/min. Erst ab einer gewissen Geschwindigkeit des Turboladers steht das Zusatzmoment zur VerfÃ?gung, der Abgasfluss war erst ab einer gewissen Belastungsstufe groÃ? genug, um den Turbolader hinreichend voranzutreiben.

Die mechanischen Belader, in der Regel Kompressoren oder Kompressoren genannt, werden über Ketten-, Riemen- oder Getriebeantriebe, ggf. mit Zwischenkupplung, vom Motor unmittelbar angesteuert. Die nach den Entwicklern des Roots-Gebläseprinzips benannten Ladegeräte verfügen über zwei gegenläufig rotierende Läufer, deren zwei oder drei keulenförmig angeordnete "Messer" abwechselnd ineinander greifen. Ähnlich wie bei einer Zahnpumpe wird die Druckluft auf der einen und auf der anderen Seite von den " Schaufeln " entlang der Innenwand des Ovalgehäuses gesaugt und ausgepresst.

Wälzkolbenlader funktionieren ohne Innenverdichtung. Sie werden üblicherweise in Mittel- und Großdieselmotoren verwendet. Gerade die Welle des Lebendigen steigt und fällt, der Wellenkamm der Kraft und Kraft wechselt sich ab mit dem Wellentrog des Friedens und der Freude, der den Gehalt und die Anziehungskraft unseres Daseins ausmacht. Aber was nicht existiert und für die Menschheit nicht existieren sollte, existiert schon seit einigen Jahren für den Motor.

"Die in den Zweitakt-Motoren von Krupp und Commer eingesetzten Drehkolbengebläse sind keine wirklichen Auflader. In den 30er Jahren hat DKW einen Zweikolben-Zweitaktmotor für Rennmaschinen entwickelt, der mit einem zusätzlichen Kolben im Kurbelwellengehäuse den Motor spült und auflädt. Die Ladungspumpe wurde nach dem von Arnold Zoller entwickelten Verfahren ständig weiterentwickelt;[1] speziell beim DKW ULD 250 erreichte die Leistungserhöhung eine deutliche Verbesserung (Ende der 30er Jahre) im Motorradrennsport.

So entstehen geschlossene Hohlräume zwischen angrenzenden Tragflächen, auch bekannt als Zelle, in denen die Raumluft transportiert wird. Diese komprimiert die Druckluft und leitet sie in das Ansaugsystem des Antriebs. Der Exzentrizitätswechsel und die Einstellung der Aufladung erfolgt über leicht umsetzbare Einstelleinrichtungen. Bereits 1928 wurde dieser Radlader (Kardanantrieb) von BMW auf der Rekordmaschine WR 750 verwendet.

Durch die Rotorbewegung nimmt das Volumen zwischen den Stäben, in denen die Druckluft transportiert wird, ab. Sie wird zwischen den spiralförmigen Bahnen des Gehäuses und des Verdrängers umschlossen und in die Mitte des Gehäuses geleitet, von wo aus sie in axialer Richtung in den Saugtrakt einströmt.

Aufgrund des komplizierten Herstellungsprozesses und der damit verbundenen Reparatur- und Wiederbeschaffungskosten konnten sie sich nicht aufstellen. Bei einem Zentrifugallader (auch Radialkompressor oder Radialkompressor genannt) wird die Druckluft durch rasch rotierende Lamellen mit Windleitblechen komprimiert, die die Druckluft in Drehung setzen und durch die Zentrifugalkraft in radialer Richtung nach aussen wirft.

Die Kompaktlader werden über Keilriemen, Riemen oder Achsen vom Motor mitgenommen. Der Direktantrieb macht den Umgang mit heißen Abgasen überflüssig. Ein Nachteil dieser Art der Turboaufladung liegt darin, dass die Fördermenge nicht mit der Geschwindigkeit des Turboladers, die im Verhältnis zur Motorendrehzahl zunimmt, wächst.

Im Idealfall sollte der Radialkompressor über ein stufenlos regelbares Schaltgetriebe betrieben werden, um für jeden Arbeitspunkt des Antriebsmotors die optimale Luftleistung zur Verfügung zu haben. Auch als Comprex Loader (von Compression/Expansion) oder DWL (Pressure Wave Loader) bekannt, verwendet die Auslegung die kinetische Kraft der heissen Auspuffgase ( "Expansion") im Gegensatz zum Turbo.

Er ist als Zellenrad ausgeführt (ähnlich der Walze eines Trommelrevolvers) und wird vom Luftund Gaskasten mit einem Gehäuse umgeben. Zwei Be- und Entlüftungsöffnungen in Kreisform befinden sich an den Gegenseiten. Werden die gerade mit Druckluft befüllten Küvetten vor dem Abgaseintritt (vom Motor kommend) verdreht, drückt das heiße, unter Luftdruck stehende Abgas die Druckluft auf die gegenüberliegende Fläche.

Während sich der Rotor weiter dreht, gelangen die Küvetten in die Ladeluftöffnung, die Druckluft fließt in den Motor. Noch bevor das Rauchgas die Öffnungen ebenfalls berührt, sind die Küvetten bereits durch die Ladeluftführung geführt und geschlossen. Nach einer weiteren Rotation tritt das unter hohem Luftdruck stehendes Gas in das Auspuffrohr aus, das kurz darauf wieder freigegeben wird.

Obgleich die beiden Gase in direktem Zusammenhang stehen, mischen sie sich nur in einem engen Bereich der Zellmembran. Weil es im Gegensatz zum Abgasturbolader einen Gasaustausch in den Batterien gibt, ist es notwendig, das Zellenrad mit der Drehzahl zu synchronisieren. Dies geschieht entweder über Zahn- oder Zahnriemen oder über einen geschwindigkeitsgeregelten E-Motor unmittelbar von der Kurbeln.

Im Falle einer schlechten Synchronisierung mit der Drehzahl sinkt die Kraft merklich. Vorteil der Druckwellenaufladung: Hohe Saugkraftanteile und damit gute Wirkungsgrade bei reduzierter Verdrängung. Nur mit erheblichem Kraftaufwand können die geltenden Abgasbestimmungen erfüllt werden (Vermischung von Abgasen mit frischem Gas sowie geringe Resonanzproblematik des Abgases, also Ruß). Druckabfall bei hoher Geschwindigkeit.

Nur während der Aufwärmphase möglich (Gefahr des Eindringens von Abgasen in das Ansaugsystem). Die Firma Irish Automobilebau baute 1.709 Opel Rennwagen vom Typ A2 mit einem 2,3 l Comprex-Dieselmotor. Bei der Abgasfüllpumpe handelt es sich um eine Membrankammerpumpe, die durch Abgasdruckschwankungen angesteuert wird, die beim öffnen von Abgasventilen oder Abgasschlitzen in der Abgasanlage auftreten und mit dieser Kraft vorkomprimiert.

Der Motor wird mit seiner Pumpenfrequenz im Verhältnis zur Zündungsfrequenz des Triebwerks getaktet. Der Anschluss der Abgasfüllpumpe an den Motor erfolgt ohne mechanische Kupplung, sondern nur über eine Abgasstutzenleitung und eine Druckspeicherstrecke für das vorverdichtete Frischestaub. Der Abgasstrang, in dem das Gas nur hin- und hergeschoben wird, gewährleistet eine großflächige Wärmedämmung der Abgasfüllpumpe vom heissen Verbrennungsmotor.

Die Aufladung erfolgt dabei nicht über eine unabhängige Aufladeeinheit, sondern über die kinetische Kraft der im Saugtrakt fließenden Abluft und die Vibrationen der Gassäule, die durch die unterbrochene Anströmung erregt werden. Der maximale erzielbare Drehmomentanstieg ist deutlich niedriger als bei der Kompressoraufladung und erfordert eine besondere Auslegung des Einlassrohres.

Bei einfachen Anlagen wird die Zuluft durch ein Rohr angesaugt, dessen Baulänge so gewählt ist, dass sich die in das Rohr strömende Abluft am Zulaufventil ansammelt, sobald das Rohr geöffnet wird. So wird die Bewegungsenergie der Raumluft für die Erhöhung des Füllgrades ausgenutzt. Mit der Änderung der Saugrohrlänge kann eine Aufladung über einen größeren Geschwindigkeitsbereich bei gleichzeitiger Reduzierung der Motordrosselung bei höheren Geschwindigkeiten erzielt werden.

Bei niedrigerer Drehzahl durchströmt die Druckluft den längeren Einlassweg. Die Dämpfer werden bei hoher Geschwindigkeit elektro-pneumatisch oder elektromotorisch betätigt. Die Resonanzschwingungen bewirken in diesem Geschwindigkeitsbereich eine Aufladung und damit eine verbesserte Auffüllung. Bereits in den 1950er Jahren setzte BMW dieses Konzept in Motorrad-Motoren ein. Beim Wankel-Motor war dieses Verfahren besonders effizient: Durch das Fehlen von Einlassventilen konnte der NSU Spider bereits Anfang der 60er Jahre mit einer geeigneten Gestaltung des Einlasstraktes (d.h. dem Mengenverhältnis von angesaugtem Frischgemisch zu der durch den Hubraum bedingten Menge) eine Förderleistung von mehr als einem erreichen.

Viele andere Bauwerke gibt es, die jedoch als technisches Konzept - nahezu ausschliesslich als mechanischer Belader - vorliegen und in der Realität kaum an Gewicht gewonnen haben. Andernfalls werden detaillierte technologische Verbesserungen und diverse Kombinationsmöglichkeiten der oben erwähnten Ladegeräte zur weiteren Steigerung der Leistung genutzt, z.B. eine stufenlose Eingangsregelung, die Anordnung mehrerer Ladegeräte in paralleler oder serieller Anordnung (Register, Kaskadenladung) und andere.

In Rennwagen und einigen Serien-Motorrädern wird eine Leistungserhöhung teilweise durch Ram-Air-Systeme mit besonderen Einlassöffnungen erzielt, die den Gegendruck der Druckluft bei hoher Geschwindigkeit nutzen, um die Luftversorgung zu erhöhen. Der Motor hat eine proportionale Kraft zum Luftstrom, den der Motor aufnimmt. Die oben genannten Beschickungsarten erhöhen somit den Ausstoß.

Mit steigender Lufttemperatur und abnehmender Luftdichte würde sich der Ladeeffekt verringern. Der mit der sinkenden Betriebstemperatur einhergehende Dichteanstieg wird in größere Leistungen umgewandelt, der Wirkungsgradverlauf steigt und die geringere Betriebstemperatur reduziert die Motorwärme. Die geringere Abgastemperatur reduziert auch den NOx-Gehalt und vergrößert die erlaubte Kompression des Triebwerks im gleichen Abstandsbereich.

Das Verdichtungsverhältnis des Benzinmotors ist durch unerwünschte Selbstentzündungen eingeschränkt. Zudem können die neuen Abgasgrenzwerte nur durch einen großen Luftüberschuß erfüllt werden, der seinerseits nur mit Hilfe eines Turboladers ohne großen Drehmomentabfall erreicht werden kann. Das Verdichtungsverhältnis von Verbrennungsmotoren ist größer, sie können mit dem effizientesten Verdichtungsverhältnis gefahren werden, das bei turboaufgeladenen Verbrennungsmotoren mit direkter Einspritzung bei etwa 16:1 ist.

Nahezu alle Neuzulassungen von Diesel-Pkw verfügen über turboaufgeladene Antriebe, da ein niedriger Verbrauch durch einen verbesserten thermodynamischen Wirkungsgrades zu Kosteneinsparungen und geringeren CO2-Emissionen beiträgt. Nur seit den 90er Jahren, mit der Weiterentwicklung der leistungsstarken digitalen Motorsteuerung und eines kleineren, leichteren, effizienteren und langlebigeren Ladegeräts, wird die Motorenaufladung (zusammen mit anderen Maßnahmen) in größeren Stückzahlen in Serienfahrzeugen eingesetzt.