Variable Turbinengeometrie (VTG)
Ein Ziel einer geregelten
Turbine ist, den in der Praxis nutzbaren Durchsatzbereich bei guten Wirkungsgraden
zu erweitern. Dazu wird die Turbinenleistung durch Veränderung von Anströmungswinkel
und –geschwindigkeit am Turbinenradeintritt geregelt. Im Fall der VTG>-Turbolader
von BWTS geschieht dies durch vor dem Turbinenrad angeordnete Leitschaufeln.
In geschlossener Leitschaufel-Position führen hohe Umfangskomponenten der Strömungsgeschwindigkeit
und ein hohes Enthalpiegefälle zu einer hohen Turbinenleistung und damit einem
hohen Ladedruck. In voll geöffneter Position der Leitschaufeln erschließt
sich der maximale Durchsatz der Turbine bei hohem zentripetalem Anteil des Geschwindigkeitsvektors
der Strömung. Der Vorteil dieser Leistungsregelung gegenüber einer Bypass-Regelung
liegt darin, dass immer der volle Abgasmassenstrom über die Turbine geleitet
und zur Leistungsumsetzung genutzt wird.
Die Ansteuerung der Leitschaufelverstellung kann über eine Reihe von verschiedenen
pneumatischen oder elektrischen Stellern erfolgen..
BorgWarner Turbo Systems bietet zur Zeit verschiedene Baugrößen von Turboladern
mit variabler Turbinengeometrie für Dieselmotoren in Pkw und leichte Nfz an,
die eine Bandbreite von 1,2l bis 3,2l Hubraum pro Turbolader abdecken. Dies entspricht
einer Spanne in Motorleistungen von 50kW bis 180kW pro Turbolader.
Die Anforderungen an Turbolader mit variabler Turbinengeometrie sind in den vergangenen
Jahren stetig angestiegen. War vor einiger Zeit noch eine Literleistung von 35kW/l
ausreichend, so liegt der aktuelle Stand der Technik bei 50-58kW/l. Mit verbesserter
Turboladertechnik wird eine literspezifische Leistung von Werten bis 65kW/l erreicht
werden.
Als Folge dieser höheren Anforderungen steigen Abgastemperaturen und Druckverhältnisse
im Abgassystem. Zur Zeit bietet BorgWarner Turbo Systems Turbolader mit variabler
Turbinengeometrie für Abgastemperaturen bis 850°C an. In Zukunft wird es
Turbolader mit VTG für Dieselmotoren mit Abgastemperaturen bis zu 900°C
geben. Die weitere Entwicklung der VTG-Technologie für den Einsatz bei noch
höheren Abgastemperaturen wird das Anwendungsgebiet auch auf Ottomotoren ausweiten.
Die mechanischen Anforderungen an eine VTG im Nutzfahrzeug sind deutlich höher
als im Pkw, da die Drehschaufeln auch als hocheffiziente Motorbremse dienen sollen.
Dies ist erforderlich, da zukünftige Nutzfahrzeugmotoren über immer weniger
Hubraum verfügen werden und die bisherige Bremsklappe im Auspuff allein nicht
mehr ausreichen wird. Darüber hinaus wird die variable Turbinengeometrie, insbesondere
bei modernen Nfz-Motoren, zur Steuerung der Abgasrückführung eingesetzt.
Hierbei wird mittels der VTG der Druck vor Turbine so geregelt, dass ein ausreichendes
Druckgefälle zwischen Abgasseite und Frischgasseite nach Verdichter besteht.
Nur dann können die Abgasse über eine AGR-Ventil in den Ansaugtrakt gelangen.
BorgWarner Turbo Systems bietet auch für den Einsatz an Nfz-Motoren eine breite
Palette von VTG-Turboladern an, die allen Anforderungen gerecht werden.
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