Aufladungtechnik für 1050°C Abgastemperatur
Auch in Verbindung mit dem Ottomotor findet der Turbolader zunehmende Akzeptanz. Durch die fortschrittliche Aufladetechnik wird der Anteil der Turbofahrzeuge stetig steigen. Die Abgastemperatur zukünftiger aufgeladener Ottomotoren wird steigen. Das Luftverhältnis im Nennleistungspunkt beträgt heute ca. λ=0,75–0,85 , da ein Teil des Kraftstoffes zur inneren Kühlung des Motors verwendet wird. Wird das Luftverhältnis auf Werte zwischen λ=0,9-1,0 erhöht, so erschließt sich ein Einsparpotential im Kraftstoffverbrauch bis zu 20% in diesem Punkt. Dies führt jedoch zu einem Anstieg der Abgastemperatur auf bis zu 1050°C und stellt u.a. neue Herausforderungen an den Turbolader.
Turbolader für 1050 °C Abgastemperatur erfordern einen Werkstoff für das Turbinengehäuse, der dieser hohen Bauteiltemperatur während der gesamten Lebensdauer des Fahr-zeugs standhält. Hierfür bietet sich hitzebeständiger Stahlguß an. Turbinengehäuse aus hitzebeständigem Stahlguß werden schon heute von BorgWarner Turbo Systems bei Kundenmotoren in Serie eingesetzt.
Neben den Turbinengehäusen bedeuten die steigenden Abgastemperaturen vor allen Dingen auch für die Turbinenräder extreme Bedingungen. Hier auch kann BorgWarner Turbo Systems Dank konsequenter Weiterentwicklung der bisher eingesetzten Werkstoffe und Verbindungstechnologie eine Lösung anbieten. Das Lagergehäuse wurde im Hinblick auf eine hoch effiziente Wasserkühlung neu konstruiert. Um eine sichere Anbindung des Lagergehäuses an das Turbinengehäuse auch bei hohen Temperaturen sicherzustellen wurde die V-Band-Schelle eingeführt.
Die thermische Trägheit des Turbinengehäuses ist für höchst schadstoffarme Fahrzeuge von Bedeutung. Durch eine geringe thermische Trägheit steigt die Temperatur im Katalysator während der Kaltstartphase des Motors schneller an. Die Konvertierung der Schadstoffe im Abgas beginnt schon zu einem früheren Zeitpunkt. Aus Emissionsgründen sollte die thermische Trägheit und die Oberfläche des Turbinengehäuses daher möglichst gering sein.
Das Dünnwand-Turbinengehäuse
Der hohe Aufwand bei der Herstellung und Bearbeitung von Turbinengehäusen aus Stahlguß und die damit verbundenen hohen Kosten hat die Frage nach einem Zusatznutzen für den Kunden aufkommen lassen. Wünschenswert sind dünne Wandstärken, die das Gewicht des Turbinengehäuses deutlich reduzieren und gleichzeitig die thermische Trägheit des Turbinengehäuses verringern. Dies führt zu einem schnelleren Anspringen des Katalysators während der Kaltstartphase des Motors, was die Emissionen des Fahrzeuges deutlich verbessert.
Das Blech-Turbinengehäuse
Eine weitere vielversprechende Lösung stellt das Blech-Turbinengehäuse dar. Es besteht aus mehreren gestanzten Blechteilen, die miteinander verschweißt werden. Das Turbinengehäuse kann sowohl einfach, als auch doppelwandig mit Luftspaltisolierung ausgeführt werden.
Die Befestigung des Turbinengehäuses im Abgassystem des Motors kann sowohl durch Flansche als auch durch Schweißverbindungen mit den angrenzenden Rohren erfolgen. Hierdurch ist eine durchgängige Luftspaltisolierung des Abgasstromes vom Zylinderkopf bis zum Katalysator möglich. Als Materialien stehen hitzebeständige Stahlbleche zur Verfügung, die eine Abgastemperatur bis zu 1050°C ermöglichen. Im Wirkungsgrad- und Durchsatzverhalten sind Blech-Turbinengehäuse gleichwertig zu den gegossenen Turbinengehäusen bei weitaus geringerer thermischer Trägheit und damit schnellerem Anspringen des Katalysators beim Kaltstart.
Die neueste Generation der Aufladesysteme von BorgWarner Turbo Systems erfüllt die höhere Anforderungen zukünftiger Ottomotorengenerationen mit Turboaufladung und bietet den Kunden Lösungen für alle Ottomotorenanwendungen.
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