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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