Kapitel 6 - Leistungssteigerung - Aufladung, Abgasturboaufladung

Abgasturboaufladung
Für die Abgasturboaufladung wird die Strömungs­energie der Abgase ausgenutzt. Bevor die Abgase durch den Abgastrakt ins Freie strömen geben sie ihre Strömungsenergie, an eine Turbine ab. Diese Turbine treibt dann einen Verdichter an. Dieser sitzt der auf derselben Welle. Der Verdichter, auch Kreiselläufer ge­nannt, saugt somit die Frischluft an und leitet diese mit hohem Druck in den Verbrennungsraum.
Arten der Abgasturboaufladung:
• Stauaufladung,
• Stoßaufladung und
• kombinierte Aufladung
Die Wahl des Verfahrens hängt entscheidend von der Zahl der Zylinder und der Motorbauart ab (luftgekühlter oder wassergekühlter Ottomotor, Dieselmotor oder Zweifakt­motor).
Der Vorteil des Dieselmotors ist, dass durch die Aufladung wahrend des Ladungswechsels kein Dieselkraft­stoff verloren geht. Eine vollständige Spülung des Verbrennungsraums ist somit möglich.
Das erklärt auch warum Turbo-Diesel Fahrzeuge einen bessern Durchzug als Benzinmotoren haben.

Kapitel 6 - Leistungssteigerung - Aufladung

Ein Vorverdichten der Ansaugluft in einem Kom­pressor (Verdichter) oder Gebläse und durch zusätz­liches Kühlen durch einem Ladeluftkühler der komprimierten Luft vergrößert entscheidend den Liefergrad eines Verbrennungs­motors.
Der Liefergrad beschreibt bei einem Verbrennungsmotor das Verhältnis von tatsächlicher, nach dem Ladungswechsel im Zylinder verbleibender Frischladung zur möglichen Füllung bei gegebenem Hubraum.
Der Druck vor Beginn des Verdichtungstakts wird durch das Vorverdichten auf den Ladedruck, angehoben. Die Arbeitsfläche wird größer.
Eine Aufladung des Verbrennungsmotors erhöht seine Leistung die mit einer Minderung des spezifischen Kraftstoffver­brauchs verbunden ist und das bei gleichen Motorabmessungen und Drehzahlen
Die Aufladung eines Verbrennungsmotors kann durch mehrere Verfahren erfolgen.
• Abgasturboaufladung.
• Fremdaufladung.
• mechanische Aufladung,
• Druckwellenaufladung.
Die Vorteile der Aufladung eines Verbrennungsmotors sind:
• geringes Leistungsgewicht.
• günstiger Verlauf des Drehmoments.
• keine Leistungsverluste in hohen Drehzahlen.
• geringer Kraftstoffverbrauch,
• laufruhe.

Kapitel 6 - Leistungssteigerung - Mehrventiltechnik

Mit Hilfe einer Mehrventiltechnik wie
z.B.
· 2 Einlaßventile und 1 Auslaßventil.
· 2 Einlaßventile und 2 Aus­laßventile
· 3 Einlaßventile und 2 Auslaßventile
kann der mittlere indizierte Druck und somit die Leistung eines Verbrennungsmotors gesteigert werden. Denn die Leistung eines Verbrennungsmotors hängt mitunter auch von der Luftmasse ab, die im Zylinder bzw. Verbrennungsraum für die Verbren­nung einer bestimmten Kraftstoffmenge zur Verfü­gung stehen sollte.
Leider führt die Mehrventiltechnik zu einem erhöhter spezifischen Kraftstoffverbrauch.

Kapitel 6 - Leistungssteigerung - Vergrößerung des mittleren indizierten Drucks

Es bleibt noch die Möglichkeit, die Leistung durch eine Vergrößerung des mittleren indizierten Drucks zu steigern. Hierbei erfolgt zunächst die Ver­größerung des Verdichtungsverhältnisses. Als Verdichtungsverhältnis bezeichnet man das Verhältnis des gesamten Zylinderraumes vor der Verdichtung zum verbliebenen Raum nach der Verdichtung.
Die Grenze für das Verdichtungsverhältnis ergibt sich für Ottomotoren aus der Forderung nach einer nicht klopfenden Verbrennung. Ein Verdichtungsver­hältnis größer als 14:1 ist deshalb kaum möglich. Der Dieselmotor arbeitet aufgrund eines anderen Verbrennungsverfahrens mit einem sehr hohen Ver­dichtungsverhältnis. Eine weitere Steigerung des Verdichtungsverhältnisses bringt nur eine geringe Leistungssteigerung, und eine sehr hohe mechani­sche Belastung aller Motorbauteile.

Kapitel 6 - Leistungssteigerung - Hubraumvergrößerung, Erhöhung der Motordrehzahl

Durch eine Vergrößerung des Hubraums z.B. durch Aufbohren der Zylinder, wird die Kolben­Fläche und damit auch die Kolbenkraft größer. Das aufbohren führt auch zu einer Erhöhung der mittleren Kolbengeschwindigkeit sowie der Massen­kräfte im Kurbeltrieb und zur Verringerung des Hub­verhältnisses .
Die mittlere Kolbengeschwindigkeit kann aber nicht bis in das unendliche gesteigert werden, da
• die dabei größer werdenden Massenkräfte am Kurbeltrieb z.B. zur Zerstörung der Kurbelwelle führen kann
• der Verschleiß an Kolben, Zylinderlaufflächen und Lagerstellen zunimmt
• in den Ansaugkanälen hohe Drosselverluste ent­stehen und den Verbrennungsräumen zu wenig Frischladung zugeführt wird was zum Absinken der Leistung führt.
Die Leistungssteigerung eines Hubkolbenmotors durch Hubraumvergrößerung erfolgt deshalb am besten durch die Erhöhung der Zylinderzahl. Also anstatt eines 4 Zylindermotor, einen V6 oder V8 Motor einbauen Dies ist aber nur in Fahrzeugen möglich, in denen genügend Einbauraum vorhanden ist und die größere Motor­masse des Austauschmotors das Fahrverhalten des Fahrzeugs nicht beeinflusst Durch eine Änderung der Motorsteuerung (z.B. Nockenform, Ventilfedern, etc) kann die Motordrehzahl, und damit die Leistung gesteigert werden.

Kapitel 6 - Leistungssteigerung

Eine Leistungssteigerung eines Verbrennungsmotors erfolgt durch:
• Vergrößerung des Motorhubraums
• Erhöhung der Motordrehzahl und
• Vergrößerung des mittleren indizierten bzw eingeführten Drucks. Die Leistungsgleichung für einen Zweitaktmotor er­gibt die Möglichkeit einer Verdoppelung der Innen-Leistung. Da jedoch der mittlere indizierte Druck in einem Zweitaktmotor wesentlich geringer ist, wird durch diese Art von Anwendung keine nennenswerte Leistungssteigerung gegenüber dem Viertaktmotor erzielt. Eine Lei­stungssteigerung kann bei einem Zweitaktmotor durch die Verringerung der Strömungsverluste wah­rend des Gaswechsels, z.B. durch Polieren der Ein- und Auslaßkanäle, oder eine Vorverlegung des Zündzeitpunktes erreicht werden.