Optimierung des Turbosystems

Die Website GarrettMotion.com enthält viele hilfreiche Informationen. Es enthält Produktinformationen zu Turbos, Ladeluftkühlern und Turbo-Kits. Es erklärt die Modellnomenklatur von Garrett, geht auf Garretts Technologie- und Produktentwicklung sowie auf unser Engagement bei OEMs und im Motorsport ein. Es enthält technische Tutorials, die von den Ingenieuren geschrieben wurden, von der Ebene „Einfach“ über „Erweitert“ bis hin zur Ebene „Experte“, in der detaillierte Formeln verwendet werden, um Betriebspunkte auf Verdichterkennfeldern darzustellen, um bei der Auswahl des richtigen Turbos zu helfen.

Es enthält außerdem Neuigkeiten und die Veranstaltungen, an denen wir das ganze Jahr über teilnehmen werden, sowie eine Händlersuche. Die Website bietet umfangreiche allgemeine und technische Informationen. Unabhängig von Ihrem Erfahrungsniveau finden Sie Informationen, die Ihnen bei Ihrer spezifischen Anwendung helfen oder einfach Ihr Wissen über Turbos und Turbosysteme erweitern.

Das Wichtigste, was Sie vor dem Entwurf eines Systems verstehen sollten, ist der Anwendungszweck und Ihr Leistungsziel. Wird es für Straßenrennen, Drag Racing oder Driften verwendet oder vielleicht als Straßenauto? Der Einsatzzweck hat großen Einfluss auf die Turboauswahl sowie auf die Systemkomponenten.

Ein Turbosystem, das für ein 9-Sekunden-Drag-Car gut funktioniert, wird für ein Drift- oder Straßenrennauto höchstwahrscheinlich nicht gut funktionieren (erfahren Sie mehr über die Funktionsweise eines Turbos). Sie müssen auch eine Zielleistung für das Schwungrad im Auge behalten. Der PS-Wert wird zur Konstruktion des gesamten Systems verwendet. Ein zu großer Turbo dreht sehr langsam und ein zu kleiner Turbo bringt nicht die gewünschte Leistung.

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Jeder Turbo verfügt über einen Leistungs- und Hubraumbereich. Diese Werte stehen auf allen Leistungs-Turbo-Seiten. Der Schlüssel zur Identifizierung Ihrer potenziellen Turbo-Matches liegt in diesen Bereichen. Was ist Ihre angestrebte PS-Zahl? Welchen Hubraum haben Sie? Suchen Sie als Nächstes nach den Turboladern, die Ihren Anforderungen entsprechen.

Es ist wichtig, den Luftfilter entsprechend der maximalen Durchflussrate der Anwendung zu dimensionieren. Eine angestrebte Anströmgeschwindigkeit von ≤ 130 ft/min an der Redline wird verwendet, um Einschränkungen zu minimieren und den Turbo mit der Luft zu versorgen, die er für eine optimale Funktion benötigt. Wenn der Turbo nicht auf die richtige Luftmenge zugreifen kann, kommt es zu einer übermäßigen Verstopfung, die Folgendes verursacht:

• Ölleckage am kompressorseitigen Kolbenring, was zu Ölverlust, einem verschmutzten Ladeluftkühler und möglicherweise Rauch aus dem Auspuffrohr führt. • Erhöhtes Druckverhältnis, das zu einer Überdrehzahl des Turbos führen kann Turbofehler.

Beispiel: Einströmgeschwindigkeit = 130 ft/minMassenstrom = 40 lbs/minLuftdichte = 0,076 lbs/ft³Massenstrom (lbs/min) = Volumenstrom (CFM) x Luftdichte (lbs/ft³)

Volumenstrom (CFM) = Massenstrom (lbs/mn) / Luftdichte (lbs/ft³)

Volumenstrom = 526 CFMTeilen Sie bei Doppelanwendungen die Durchflussrate durch 2

Einströmgeschwindigkeit (ft/min) = Volumenstrom (CFM) / Fläche (ft²)

Fläche (ft²) = CFM / Anströmgeschwindigkeit (ft/min)

Fläche (ft²) = 526 / 130 = 4,05

Fläche (in²) = 4,05 x 144

Fläche = 582 in²

So ermitteln Sie die Filtergröße, sobald Sie die berechnete Fläche kennen

Fläche (in²) = Faltenhöhe x Faltentiefe x Faltenanzahl x 2

Fläche (in²) = 9,00 x 0,55 x 60 x 2

Fläche = 594 in²

Tatsächliche Filterfläche (594 Zoll²) > Berechnete Fläche (582 Zoll²)

Für eine optimale Leistung bei kugelgelagerten Turboladern wird ein Ölbegrenzer empfohlen. Es wird ein Öldruck von 40 – 45 psi bei maximaler Motordrehzahl empfohlen, um Schäden an den Innenteilen des Turboladers zu vermeiden. Um diesen Druck zu erreichen, reicht normalerweise eine Drossel mit einer Öffnung von 0,040 Zoll aus. Sie sollten jedoch immer den Öldruck überprüfen, der nach der Drossel in den Turbo eintritt, um sicherzustellen, dass die Komponenten ordnungsgemäß funktionieren. Die empfohlene Ölzufuhr ist eine Leitung mit -3AN oder -4AN Schlauch/Schlauch mit einem ähnlichen Innendurchmesser. Verwenden Sie wie immer einen Ölfilter, der die OEM-Spezifikationen erfüllt oder übertrifft.

Bei einem ordnungsgemäß funktionierenden System sollte es nicht zu Öllecks kommen, wenn die Drossel nicht verwendet wird, es sei denn, der Systemdruck ist übermäßig hoch.

Gleitlager funktionieren ähnlich wie Stangen- oder Kurbellager in einem Motor – es ist Öldruck erforderlich, um die Komponenten getrennt zu halten. Ein Ölbegrenzer ist im Allgemeinen nicht erforderlich, außer bei öldruckbedingten Leckagen. Die empfohlene Ölzufuhr für Turbolader mit Gleitlagern ist -4AN oder ein Schlauch/Rohr mit einem Innendurchmesser von ca. 0,25 Zoll. Achten Sie darauf, einen Ölfilter zu verwenden, der die OEM-Spezifikationen erfüllt oder übertrifft.

Generell gilt: Je größer der Ölablass, desto besser. Normalerweise reicht jedoch ein -10AN für eine ordnungsgemäße Ölableitung aus. Achten Sie jedoch darauf, dass der Innendurchmesser nicht kleiner ist als das Ablassloch im Gehäuse, da dies wahrscheinlich dazu führt, dass sich das Öl im mittleren Gehäuse staut. Apropos Ölstau im Mittelgehäuse: Eine Schwerkraftzufuhr muss genau das sein! Der Ölauslass sollte bei Einbau im Fahrzeug auf ebenem Untergrund der Schwerkraftrichtung +/- 15° folgen. Wenn eine Schwerkraftzufuhr nicht möglich ist, sollte eine Spülpumpe verwendet werden, um sicherzustellen, dass das Öl ungehindert vom Mittelgehäuse wegfließt.

Stellen Sie beim Einbau Ihres Turboladers sicher, dass die Rotationsachse des Turboladers innerhalb von +/- 15° parallel zum ebenen Boden verläuft. Das bedeutet, dass der Öleinlass/-auslass innerhalb von 15° senkrecht zum ebenen Boden liegen sollte.

Wasserkühlung ist ein wichtiges Konstruktionsmerkmal für eine verbesserte Haltbarkeit. Wir empfehlen, die Wasserleitungen anzuschließen, wenn Ihr Turbo über eine Möglichkeit zur Wasserkühlung verfügt. Die Wasserkühlung eliminiert das zerstörerische Auftreten von Ölverkokung, indem sie den thermischen Siphoneffekt nutzt, um die maximale Rückwärmetemperatur am Kolben auf der Turbinenseite nach dem Abschalten zu reduzieren. Um den größtmöglichen Nutzen aus Ihrem Wasserkühlungssystem zu ziehen, vermeiden Sie Wellen in den Wasserleitungen, um den thermischen Siphoneffekt zu maximieren.

Um optimale Ergebnisse zu erzielen, stellen Sie die Ausrichtung des Mittelgehäuses auf 20° ein. Durch unsachgemäße Installation der Wasserleitungen kann es zu erheblichen Schäden am Turbo kommen.

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Der Durchmesser des Kanals sollte so bemessen sein, dass er einen Durchfluss von ca. 200 – 300 Fuß/Sek. ermöglicht. Wird ein Strömungsdurchmesser kleiner als der berechnete Wert gewählt, sinkt der Strömungsdruck aufgrund des eingeschränkten Strömungsquerschnitts. Wenn der Durchmesser stattdessen über den berechneten Wert hinaus erhöht wird, dehnt sich der Kühlstrom aus, um den größeren Durchmesser auszufüllen, was das Einschwingverhalten verlangsamt. Bei Biegungen im Rohr besteht ein guter Konstruktionsstandard darin, den Biegeradius 1,5-mal größer als den Rohrdurchmesser zu dimensionieren. Der Strömungsbereich muss frei von einschränkenden Elementen wie scharfen Größen- oder Konfigurationsübergängen sein.

Für unser Beispiel: Geschwindigkeit (ft/min) = Volumenstrom (CFM) / Fläche (ft²) • Schlauchdurchmesser: Eine Geschwindigkeit von 200 – 300 ft/sec ist wünschenswert. Ein zu kleiner Durchmesser erhöht den Druckabfall, ein zu großer kann zu einer Verlangsamung führen Einschwingverhalten.• Geschwindigkeit (ft/min) = Volumenstrom (CFM) / Fläche (ft2) Teilen Sie bei Twin-Turbo-Konfigurationen die Durchflussrate erneut durch (2). Das Design der Ladeleitungen beeinflusst die Gesamtleistung, daher gibt es eine Einige Punkte, die Sie beachten sollten, um die beste Leistung Ihres Systems zu erzielen.

Die Auswahl eines Ladeluftkühlers (auch Ladeluftkühler genannt) wurde mit der Ladeluftkühler-Kernseite vereinfacht. Jeder Kern verfügt über eine PS-Angabe, sodass Sie ganz einfach Ihr gewünschtes Leistungsziel an den Kern anpassen können. Verwenden Sie im Allgemeinen den größten Kern, der den Verpackungsbeschränkungen der Anwendung entspricht.

Ein weiterer wichtiger Faktor bei der Auswahl des richtigen Ladeluftkühlers ist die Gestaltung des Endtanks. Die richtige Krümmerform ist sowohl für die Minimierung des Ladeluftdruckabfalls als auch für eine gleichmäßige Strömungsverteilung von entscheidender Bedeutung. Gute Verteilerformen minimieren Verluste und sorgen für eine gleichmäßige Strömungsverteilung. Das Over-the-Top-Design kann jedoch dazu führen, dass die Oberrohre ausgehungert werden. Der seitliche Eingang ist sowohl für den Druckabfall als auch für die Strömungsverteilung ideal, ist jedoch aufgrund von Platzbeschränkungen im Fahrzeug normalerweise nicht möglich.

Die richtige Montage des Ladeluftkühlers erhöht die Haltbarkeit des Systems. Luft-Luft-Ladeluftkühler sind in der Regel „weich montiert“, d. h. sie verwenden Isoliertüllen aus Gummi. Diese Montageart wird auch für das gesamte Kühlmodul verwendet. Die Konstruktion schützt vor Vibrationsausfällen, indem sie Vibrationsbelastungen dämpft. Es reduziert auch die thermische Belastung, indem es für die Wärmeausdehnung sorgt.

Die Verwendung des richtigen Turbolader-Abblasventils (BOV) wirkt sich auf die Systemleistung aus. Es sind zwei Haupttypen zu berücksichtigen.

Der MAP-Sensor (Manifold Absolute Pressure) verwendet entweder ein Entlüftungsventil zur Atmosphäre oder ein Rückführungsventil. – Schließen Sie die Signalleitung an die Verteilerquelle an. – Wenn die Federhärte zu steif ist, kann es zu Druckstößen kommen

Der MAF-Sensor (Mass Air Flow) verwendet ein Umwälzventil (Bypass) für beste Fahreigenschaften. – Signalleitung an Verteilerquelle anschließen – Ventil für beste Leistung nahe am Turboauslass positionieren (sofern das Ventil hohe Temperaturen verträgt). – Überspannung kann auftreten, wenn Ventil- und/oder Auslassleitungen sind restriktiv.

Interne Wastegates sind Teil des Turbos und in das Turbinengehäuse integriert. Für die Signalleitung gibt es zwei Anschlussmöglichkeiten. Die erste besteht darin, die Leitung vom Kompressorauslass (nicht vom Verteiler – Vakuum) mit dem Aktuator zu verbinden. Die zweite besteht darin, eine Leitung vom Kompressorauslass zum Boost-Controller (PWM-Ventil) und dann zum Aktuator anzuschließen. Der Verteilerdruck wird durch die Federrate des Aktuators begrenzt. Die meisten Aktuatoren im OEM-Stil sind nicht für Vakuum ausgelegt und daher kann die Membran beschädigt werden, was zu einem übermäßigen Krümmerdruck und Motorschäden führen kann.

Externe Wastegates sind vom Turbo getrennt und in den Abgaskrümmer und nicht in das Turbinengehäuse integriert. Der Anschluss an den Krümmer hat großen Einfluss auf die Durchflussfähigkeit und die korrekte Ausrichtung des Wastegates zum Krümmer ist von entscheidender Bedeutung. Wenn Sie beispielsweise das Wastegate im 90°-Winkel zum Krümmer platzieren, verringert sich die Durchflusskapazität um bis zu 50 %! Dadurch wird die Kontrolle, die Sie über das System haben, erheblich eingeschränkt und Ihr gesamter Antriebsstrang gefährdet. Stattdessen liegt die ideale Verbindung bei 45° mit fließendem Übergang.

Es gibt zwei Anschlussmöglichkeiten für die Signalleitung zu einem externen Wastegate: • Schließen Sie eine Leitung vom Kompressorausgang (nicht Verteiler – Vakuum) an den Aktuator an. • Schließen Sie eine Leitung vom Kompressorausgang an einen Boost-Controller (PWM-Ventil) und dann an den an Aktuator. Auch hier wird der Krümmerdruck durch die Federkonstante des Aktuators begrenzt.

Bei einem ordnungsgemäß installierten Turbolader sollte KEIN Öl auslaufen. Es gibt jedoch Fälle, in denen Öllecks auftreten. Hier sind die häufigsten Ursachen, abhängig vom Ort des Lecks.

– Übermäßig hoher Öldruck – Unzureichender Abfluss – der Abfluss ist zu klein, fließt nicht kontinuierlich bergab oder der Abfluss in der Ölwanne befindet sich in einem Abschnitt, in dem Öl aus der Kurbel geschleudert wird, wodurch sich Öl im Abflussrohr staut . Platzieren Sie den Ölablass immer an einer Stelle in der Ölwanne, an der das Öl aus der Kurbel durch die Ölwanne blockiert wird. – Unzureichende Entlüftung des Kurbelgehäusedrucks. – Übermäßiger Kurbelgehäusedruck. – Ölablass über die empfohlenen 35° hinaus gedreht.

Übermäßiger Druck am Einlass des Kompressorgehäuses verursacht durch: – Luftfilter ist zu klein. – Ladeluftschlauch ist zu klein oder weist zu viele Biegungen zwischen Luftfilter und Kompressorgehäuse auf. – Verstopfter Luftfilter.

– Eingefallener Turbinenkolbenring aufgrund übermäßiger EGTs. – Der Turbo ist über die empfohlenen 15° hinaus um seine Achse zurückgekippt

Viele Probleme mit Turbosystemen können durch einfache Systemtests erkannt werden, bevor die Katastrophe eintritt.

Das Turbosystem in Ihrem Auto sollte überwacht werden, um sicherzustellen, dass jeder Aspekt ordnungsgemäß funktioniert, damit Sie eine störungsfreie Leistung erhalten.

– Kalibrieren Sie die Stellantriebseinstellung, um den Krümmerdruck zu erreichen, der zum Erreichen des PS-Ziels erforderlich ist. – Erkennen Sie einen Überladezustand. – Erkennen Sie eine beschädigte Stellantriebsmembran

– Überwachen Sie Druckänderungen im Turbinengehäuseeinlass – Auswirkungen verschiedener A/Rs im Turbinengehäuse – Erhöhter Gegendruck verringert den volumetrischen Wirkungsgrad und verringert somit die Endleistung

– Überwachen Sie die Abgastemperatur (EGT) im Krümmer/Turbinengehäuse. – Passen Sie die Kalibrierung basierend auf der Temperaturbewertung des Turbinengehäusematerials oder anderer Abgaskomponenten an. Turbogeschwindigkeit – Bestimmen Sie Betriebspunkte auf dem Verdichterkennfeld. – Bestimmen Sie, ob der aktuelle Turbo für die Anwendung und das Ziel richtig ist PS – Vermeiden Sie eine Überdrehzahl des Turbos, die den Turbo beschädigen könnte