Variable-Turbinengeometrie-Lader

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Schnittbild durch eine Francisturbine mit den verdrehbaren Leitschaufeln, der das Verfahren Variable-Turbinengeometrie-Lader entlehnt wurde

siehe auch Turbolader mit VTG

Ein Variable-Turbinengeometrie-Lader (VTG-Lader) oder englisch Variable Nozzle Turbocharger (VNT) ist ein Abgasturbolader, der nach dem gleichen Prinzip wie ein Wastegate-Turbolader arbeitet. Er besitzt ebenfalls ein Turbinen- und ein Verdichterrad, die auf einer Welle miteinander verbunden sind. Der Unterschied zum herkömmlichen Turbolader besteht darin, dass der VTG-Lader auf der Eingangsseite verstellbare Leitschaufeln besitzt.

Die Leitschaufeln sind mit ihren Wellen auf einem Trägerring befestigt. Auf der Rückseite des Trägerrings haben die Wellen der Leitschaufeln einen Führungszapfen, der in einen Verstellring greift. Alle Leitschaufeln werden gleichzeitig über den Verstellring verdreht. Der Verstellring wird entweder über einen Stellmotor oder durch eine Unterdruckdose bewegt.

Beim größten Unterdruck an der – außen am Turbolader befestigten – Druckdose erreichen die Leitschaufeln ihre flachste Stellung. Bei niedrigem Unterdruck an der Druckdose werden die Leitschaufeln durch eine Feder in der Druckdose steiler gestellt. Sie erreichen ihre steilste Stellung. Die Verstellung bewirkt, dass das Turbinenrad immer optimal durch das Abgas angeströmt wird, auch wenn unterschiedliche Abgasmengen zu Verfügung stehen. Bei kleiner Abgasmenge werden die Leitschaufeln auf flach gestellt, es ergibt sich für die Abgase ein geringerer Querschnitt in den Schaufeln. Damit in derselben Zeit trotzdem die gleiche Abgasmenge durch die Leitschaufeln strömen kann, müssen die wenigen Abgase schneller strömen. Das führt zur schnelleren Anströmung und damit schnelleren Drehung des Turbinenrads, wodurch auf der anderen Seite mehr Frischluft gefördert und ein höherer Ladedruck erreicht wird. Das geschieht also beispielsweise bei niedrigen Drehzahlen und Volllast, wenn ein schneller 'Ladedruckaufbau' (= Steigerung des Ladedrucks) benötigt wird.

Mit zunehmender Abgasmenge werden die Leitschaufeln steiler gestellt. Der Querschnitt vergrößert sich, die Anströmung des Turbinenrades bleibt aber optimal und der Ladedruck, sowie die Turbinenleistung bleiben annähernd konstant.

Da die meisten VTG-Lader mit Unterdruck oder elektrisch gesteuert werden, muss er – im Gegensatz zu Wastegateladern (die sich mit eigenem Überdruck steuern) – ständig geregelt werden. Die steilste Stellung der Leitschaufeln und somit der größtmögliche Eintrittsquerschnitt ist gleichzeitig die Notlaufstellung des VTG-Laders bei Ausfall der Regelung. Diese Stellung ermöglicht meist einen vernachlässigbaren Ladedruck und verhindert so eine unkontrollierte zu starke Aufladung des Motors.

Vorteile des VTG-Laders:

Nachteile des VTG-Laders:

  • Bei falscher Motoreinstellung ist eine Verunreinigung der VTG-Verstellung durch Abgasrückstände möglich, häufig bei Kurzstreckenbetrieb oder zu „gemütlicher“ Fahrweise.
  • Die beweglichen Teile im heißen Abgasstrom können störanfällig sein

Literatur[Bearbeiten]

  • John D. Humphries: Automobiltechnisches Handbuch für Turbolader und Kompressormotoren. 1. Auflage, Schrader Verlag GmbH, Suderburg-Hösseringen 1993, ISBN 3-921796-05-9.
  • Gert Hack, Iris Langkabel: Turbo- und Kompressormotoren. 1. Auflage, Motorbuch Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-613-01950-7.
  • Richard van Basshuysen und Fred Schäfer: Handbuch Verbrennungsmotor: Grundlagen, Komponenten, Systeme, Perspektiven. Vieweg+Teubner Verlag, 2009.

Quellen[Bearbeiten]