Variable-Turbinengeometrie-Lader

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

Ein Variable-Turbinengeometrie-Lader (VTG-Lader) oder englisch Variable Nozzle Turbocharger (VNT) ist ein Abgasturbolader, der sich von herkömmlichen Turboladern durch verstellbare Leitschaufeln am Turbineneingang unterscheidet. Er hat wie herkömmlicher Lader ein Turbinen- und ein Verdichterrad, die auf einer Welle miteinander verbunden sind.

Die schwenkbaren 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 von einem 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. Die Verstellung bewirkt, dass das Turbinenrad auch bei geringen Abgasmengen, also bei niedriger Last und geringer Motordrehzahl noch mit hoher Umfangsgeschwindigkeit durch das Abgas angeströmt wird und die Verluste an den Schaufeln durch den Eintrittsstoß klein bleiben. Bei kleiner Abgasmenge werden die Leitschaufeln 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. Dadurch ist die Drehzahl des Laders bei diesem Betriebszustand höher und bei einem Lastwechsel (plötzliches Gasgeben) baut der Lader schneller Druck auf, weil er nicht erst noch hochdrehen muss (das „Turboloch“ wird verringert).

Mit zunehmender Abgasmenge steigt die radiale Geschwindigkeit des Abgases, die Leitschaufeln werden steiler gestellt, der Querschnitt vergrößert sich, die Umfangsgeschwindigkeit des Gases ändert sich weniger und der Ladedruck sowie die Turbinenleistung bleiben annähernd konstant.

Da ein VTG-Lader meist mit Unterdruck oder elektrisch gesteuert wird, 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 | Quelltext 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 | Quelltext bearbeiten]