Verhalten von Turbomotoren

Auto, Rad & Mobilität Auto
#1

Hallo,

momentan stelle ich mir die Frage wie ein Turbolader genau funktioniert, bzw. wie verhalten sich Turboaufgeladene Motoren im Betrieb richtig?
Konkret geht es um einen Ford Cosworth 2Liter-Motor, Bj. ca. 1990.

Folgendes Verhalten habe ich beobachtet:
Die Ladedruckanzeige zeigt im Leerlauf -0,7bar. Beim gasgeben im Stand (von 1000 auf ca. 2500U/min) steigt der Ladedruck auf bis zu 0 bar.
Sobald die vorgegebene Drehzahl erreicht ist sinkt der Druck wieder auf -0,7bar.

Im Betrieb ergibt sich folgendes Verhalten:
Beim beschleunigen steigt der Ladedruck von -0,7 auf bis zu +0,8bar (lt. Handbuch sind 0,7-0,9 bar Ladedruck ok).
Sobald man den Fuß nur leicht vom Gas nimmt spricht sofort das
PopOff-Ventil an und lässt den kompletten Ladedruck entweichen (hört man deutlich).
Fährt man dann ganz gemütlich mit gleichbleibender Drehzahl bleibt auch der Druck bei -0,7 bis -0,5 bar stehen.
Sobald man wieder aufs Gas tritt ist der Druck relativ schnell wieder da (Zeitspanne bis der Druck aufgebaut ist wird aber länger, je höher die Geschwindigkeit ist).
Fährt man mit konstanter Drehzahl, z.B. 2500U/min und tritt leicht aufs Gas, steigt die Drehzahl und der Ladedruck steigt auch (z.B. von -0,7 auf 0 bar). Wenn man die jetzt erreichte Drehzahl hält, ohne dabei vom Gas zu gehen, bleibt auch der Ladedruck konstant auf dem Wert stehen, den er bis dahin erreicht hat. Sobald man aber nur ganz leicht das Gas weg nimmt spricht eben sofort das PopOff-Ventil an.

Nun zur eigentlichen Frage: ist dieses Verhalten normal oder stimmt hier was nicht, bzw. wie sollte es richtig sein?
So wie ich das bisher verstanden hab sollte der Turbomotor kontinuierlich Ladedruck bereitstellen und ein Überdruckventil sollte erst ansprechen wenn der Ladedruck zu hoch wird.
In meinem Fall sieht es aber so aus als ob der Motor, sobald man den Fuß vom Gas nimmt, als Saugmotor arbeitet?

Falls ich mit meiner Vermutung recht habe, weiß einer wo der Fehler liegen könnte?
Warum spricht dieses PopOff-Ventil sofort an wenn man vom Gas geht?

Evtl. sollte noch erwähnt werden das der Motor in einem SuperSeven-Bausatzauto verbaut ist und die Elektrik, wie so oft, stiefmütterlich behandelt wurde.
Habe die Verkabelung soweit aber überarbeitet und die notwendigen Sensoren fürs Motormanagement nach Anleitung durchgemessen.

Bin für jeden Tipp dankbar.

Gruß raicer

#2

Moin!

momentan stelle ich mir die Frage wie ein Turbolader genau
funktioniert, bzw. wie verhalten sich Turboaufgeladene Motoren
im Betrieb richtig?

Folgendes Verhalten habe ich beobachtet:
Die Ladedruckanzeige zeigt im Leerlauf -0,7bar. Beim gasgeben
im Stand (von 1000 auf ca. 2500U/min) steigt der Ladedruck auf
bis zu 0 bar.
Sobald die vorgegebene Drehzahl erreicht ist sinkt der Druck
wieder auf -0,7bar.

Ein Turbolader braucht den Abgasmassenstrom zum Antrieb der Turbine. Wenn du also den Motor im Stand auf Drehzahl bringst gehört dazu nicht viel Leistung, die Drosselklappe ist nur ein ganz klein wenig geöffnet. Es kommt wenig Luft in die Zylinder, wird wenig Sprit verbrannt und demzufolge gibt es auch nur wenig Abgas und damit wenig Ladeluftdruck. Der Motor läuft wie ein Saugmotor.

Im Betrieb ergibt sich folgendes Verhalten:
Beim beschleunigen steigt der Ladedruck von -0,7 auf bis zu
+0,8bar (lt. Handbuch sind 0,7-0,9 bar Ladedruck ok).

Das ist m.E. so richtig.

Sobald man den Fuß nur leicht vom Gas nimmt spricht sofort das
PopOff-Ventil an und lässt den kompletten Ladedruck entweichen
(hört man deutlich).

Wenn du den Fuss vom Gas nimmst schließt sich die Drosselklappe und der Verdichter weiß nicht wohin mit seiner Luft. Um zu verhindern daß die Luftströmung im Verdichter zusammenbricht und der Turbolader pumpt läßt man den Ladeluftdruck über dieses PopOff-Ventil entweichen.
Bei wieviel Druck genau dieses Ventil bei deinem Motor öffnen soll weiß ich nicht.

Fährt man dann ganz gemütlich mit gleichbleibender Drehzahl
bleibt auch der Druck bei -0,7 bis -0,5 bar stehen.
Sobald man wieder aufs Gas tritt ist der Druck relativ schnell
wieder da (Zeitspanne bis der Druck aufgebaut ist wird aber
länger, je höher die Geschwindigkeit ist).
Fährt man mit konstanter Drehzahl, z.B. 2500U/min und tritt
leicht aufs Gas, steigt die Drehzahl und der Ladedruck steigt
auch (z.B. von -0,7 auf 0 bar). Wenn man die jetzt erreichte
Drehzahl hält, ohne dabei vom Gas zu gehen, bleibt auch der
Ladedruck konstant auf dem Wert stehen, den er bis dahin
erreicht hat. Sobald man aber nur ganz leicht das Gas weg
nimmt spricht eben sofort das PopOff-Ventil an.

Nun zur eigentlichen Frage: ist dieses Verhalten normal oder
stimmt hier was nicht, bzw. wie sollte es richtig sein?

Also für mich sieht die Beschreibung absolut normal aus, ich kann auf den ersten Blick kein Fehlverhalten erkennen. Aus der Ferne und ohne den Motor zu kennen: Es kann natürlich sein daß der Schaltpunkt des PopOff-Ventils nicht stimmt und das Ventil zu früh öffnet.

So wie ich das bisher verstanden hab sollte der Turbomotor
kontinuierlich Ladedruck bereitstellen und ein Überdruckventil
sollte erst ansprechen wenn der Ladedruck zu hoch wird.
In meinem Fall sieht es aber so aus als ob der Motor, sobald
man den Fuß vom Gas nimmt, als Saugmotor arbeitet?

Wie gesagt, der Verdichter muss die Luft auch loswerden können.Ich hab kein besseres Beispiel gefunden, aber schau dir hier mal bei 8 und bei 49 sek die blaue Luftfiltermatte an: http://youtu.be/D5heJ-ggIqU Das ist nun ein Diesel und ja, ich weiß, der hat gar keine Drosselklappe. Aber auch hier kommt es dazu, daß der Turbolader mehr Luft liefert als der Motor in diesem Augenblick gerade braucht. Den selben Effekt hast du, wenn die Drosselklappe schließt. Und ohne dieses PopOff-Ventil würde der Lader pumpen.

Falls ich mit meiner Vermutung recht habe, weiß einer wo der
Fehler liegen könnte?

Warum spricht dieses PopOff-Ventil sofort an wenn man vom Gas
geht?

Ich denke das soll so sein, siehe oben.

Gruß

heavyfuel

#3

Hallo,

erstmal danke für deine hilfreiche Antwort, leider kann ich diese noch nicht ganz nachvollziehen:

Wenn du den Fuss vom Gas nimmst schließt sich die
Drosselklappe und der Verdichter weiß nicht wohin mit seiner
Luft. Um zu verhindern daß die Luftströmung im Verdichter
zusammenbricht und der Turbolader pumpt läßt man den
Ladeluftdruck über dieses PopOff-Ventil entweichen.
Bei wieviel Druck genau dieses Ventil bei deinem Motor öffnen
soll weiß ich nicht.

Das verstehe ich noch nicht ganz, warum bricht die Luftströmung zusammen?
Der Turbo fördert ja nicht gegen eine Wand, würde der Druck über die zulässigen 0,8 bar steigen würde das Bypassventil ansprechen und die Abgase am Turbo vorbeileiten - dann würde ich ein Zusammenbrechen vom Druck verstehen.
So hoch wird der Druck aber gar nicht, er bläst auch ab wenn nur -0,3 bar anstehen. und man ganz sanft vom Gas geht.

Kann mir zwar schon vorstellen das das Verhalten des Motors normal ist, evtl. weil die Regelung damals nichts anderes zuließ oder einfach üblich war. Da aber wie gesagt an dem Auto auch viel gebastelt wurde will ich eine Fehlfunktion auch (noch) nicht ausschließen.
So wie ich es in diversen Erklärungen gefunden habe arbeiten heutige Turbomotoren dauerhaft mit ihrem möglichen Überdruck (soweit dieser aufgebaut ist) und blasen nur ab wenn dieser überschritten wird.
Finde ich eigentlich logisch, da ja dadurch eine bessere Verbrennung erzielt wird?

Gruß raicer

#4

Hallo Raicer,

meine Erfahrung mit Turbomotoren hält sich zwar in Grenzen, aber das hört sich für mich alles super an, oder nicht? Im Leerlauf herrscht Unterdruck (aufgrund der Anzeigewerte nenne ich es mal „Minusdruck“), danach geht es hoch bis mitten in den Toleranzbereich. Und wenn ich ohne Belastung (z.B. bergauf) mit konstanter Drehzahl fahre, brauche ich auch keinen Turbo. Der würde doch nur dafür sorgen, dass der Motor unnötig Kraftstoff vernichtet.

Und dass ein Turbolader erst mal gewisse Drehzahlen braucht, damit er richtig funktioniert, ist auch normal, was ja schon erklärt wurde. Nicht ohne Grund wird bei modernen Motoren teilweise neben einen Turbolader zusätzlich noch ein Kompressor eingebaut.

Beste Grüße
Guido

#5

Hallo noch mal,

So wie ich es in diversen Erklärungen gefunden habe arbeiten
heutige Turbomotoren dauerhaft mit ihrem möglichen Überdruck
(soweit dieser aufgebaut ist) und blasen nur ab wenn dieser
überschritten wird.
Finde ich eigentlich logisch, da ja dadurch eine bessere
Verbrennung erzielt wird?

Naja, was heißt „bessere Verbrennung“? Beispiel: Du beschleunigst im niedrigen Gang und gehst dann vom Gas. Beim modernen Motor ist dann gleich die Schubabschaltung aktiv. Wie viel Luft dann durch den quasi leer laufenden Motor geht, ist egal. Nicht so bei Deinem alten Motor. Der haut dann noch unnütz Kraftstoff rein und beschleunigt vermutlich sogar noch weiter, weil ja noch genug Luft im Motor vorhanden ist.

Beste Grüße
Guido

#6

Hallo Guido,

Und wenn ich ohne Belastung (z.B.
bergauf) mit konstanter Drehzahl fahre, brauche ich auch
keinen Turbo. Der würde doch nur dafür sorgen, dass der Motor
unnötig Kraftstoff vernichtet.

Aus Wikipedia:
…Die an der Kurbelwelle messbare Leistungssteigerung beruht zu einem kleinen Teil auf einem verbesserten Wirkungsgrad, zum größten Teil aber darauf, dass mehr Kraftstoff verbrannt werden kann, weil mit der verdichteten Luft mehr Sauerstoff in die Brennräume geleitet wird. Infolge des höheren Druckes gelangt damit (bei gleichbleibendem Öffnungsintervall des Ventils) eine größere Menge Sauerstoff in die Zylinder als bei einem Saugmotor, die für die Verbrennung einer entsprechend größeren Kraftstoffmenge zur Verfügung steht…

Warum würde nun unnötig Kraftstoff vernichtet? Durch den Turbo wird lediglich der Verbrennungsvorgang optimiert, d.h. wenn ich nun bergauf fahre mit gleichbleibedner Drehzahl brauche ich eine Energie X.
Beim Saugmotor wie auch beim Turbomotor ist diese Energie dieselbe (wenn wir mal vom gleichen Fall ausgehen).
Da aber der Turbomotor effektiver ist wird für die selbe Leistung also weniger Sprit benötigt, auch wenn ich die Leistung konstant abrufe.
Ob das die alte Steuerung meines Motors hergibt steht sicherlich auf einem anderen Blatt…

Gruß raicer

#7

Hallo auch nochmal :smile:

das mit der Schubabschaltung klingt einleuchtend…
Da dann ja aber eigentlich „nur“ Luft eingespritzt wird findet ja keine Verbrennung mehr statt, die Schubabschaltung würde auch unter erhöhtem Druck funktionieren?
Vorteil wäre doch wenn der Druck aufrecht erhalten werden würde, könnte sofort beim erneuten Gas geben eine höhere Leistung abgerufen werden da sich der Druck nicht erst wieder aufbauen muss?
Dann ist da natürlich wieder die Frage ob das dem Motor (gerade so einem älteren) schaden würde?

Gruß raicer

#8

Hallo,

hier noch etwas zur Erläuterung:

Wenn du den Fuss vom Gas nimmst schließt sich die
Drosselklappe und der Verdichter weiß nicht wohin mit seiner
Luft. Um zu verhindern daß die Luftströmung im Verdichter
zusammenbricht und der Turbolader pumpt läßt man den
Ladeluftdruck über dieses PopOff-Ventil entweichen.
Bei wieviel Druck genau dieses Ventil bei deinem Motor öffnen
soll weiß ich nicht.

Das verstehe ich noch nicht ganz, warum bricht die
Luftströmung zusammen?
Der Turbo fördert ja nicht gegen eine Wand, würde der Druck
über die zulässigen 0,8 bar steigen würde das Bypassventil
ansprechen und die Abgase am Turbo vorbeileiten - dann würde
ich ein Zusammenbrechen vom Druck verstehen.
So hoch wird der Druck aber gar nicht, er bläst auch ab wenn
nur -0,3 bar anstehen. und man ganz sanft vom Gas geht.

Mal sehr bildhaft erklärt:
Der Druck wird im Saugrohr hinter der Drosselklappe gemessen. Ist die Klappe nur wenig geöffnet, kann dort noch Unterdruck herrschen, selbst wenn der Lader auf der anderen Seite schon beginnt, Druck aufzubauen. Geht man vom Gas, wird die Klappe geschlossen (bis auf einen kleinen Spalt) und der Verdichter würde quasi gegen eine Wand arbeiten und dadurch „Drehenergie“ verlieren. Deshalb macht das Wastegate auf (mechanisch/pneumatisch oder elektrisch gesteuert und nicht erst bei Übersteigen des maximalen Ladedrucks!) und schickt den überschüssigen Druck direkt ins Abgasrohr, der Verdichter muss somit nicht gegen eine Wand arbeiten und behält seine „Drehenergie“. Sobald Du Gas gibst und die Drosselklappe öffnest, wird diese Energie wieder zur „Luftförderung“ ins Saugrohr genutzt. Ohne Wastegate würdest Du auf einer Seite Druck aufbauen, beim Öffnen der Klappe käme es zum raschen Druckausgleich und diese schlagartige Druckwelle könnte nicht „sinnvoll“ genutzt werden. Mit dem Wastegate hingegen kann wieder ein stetiger Druckaufbau erfolgen, was der Motorcharakteristik eher entgegen kommt.

Gruß
hps

#9

Ich noch mal,

…damit (bei gleichbleibendem Öffnungsintervall des
Ventils) eine größere Menge Sauerstoff in die Zylinder als bei
einem Saugmotor, die für die Verbrennung einer entsprechend
größeren Kraftstoffmenge zur Verfügung steht…

Warum würde nun unnötig Kraftstoff vernichtet?

Steht doch oben, das mit mehr Kraftstoff meine ich. Zumindest in dem Moment, wo man vom Gas geht oder konstant fährt, also die Mehrleistung des Turbos nicht braucht, wäre das ein unnütz hoher Verbrauch.

Beste Grüße
Guido

#10

Und noch mal ich, :wink:

die Schubabschaltung würde auch unter erhöhtem Druck funktionieren?

Ich sehe keinen Grund dagegen.

Vorteil wäre doch wenn der Druck aufrecht erhalten werden
würde, könnte sofort beim erneuten Gas geben eine höhere
Leistung abgerufen werden da sich der Druck nicht erst wieder
aufbauen muss?

Bei Motoren mit Schubabschaltung: Ja. Wäre da nicht das inzwischen erklärte Problem mit dem „gegen die Wand fördern“.
Wobei man im Allgemeinen (gerade bei modernen, auf Verbrauch optimierten Turbomotoren) eh versucht, dass der Turbo möglichst sanft anläuft und man nicht bei jedem kleinen Gasstoß einen Schlag in den Nacken bekommt. Zugegeben, bei so einem Auto wie Deinem möchte man das vermutlich doch haben. :wink:

Dann ist da natürlich wieder die Frage ob das dem Motor
(gerade so einem älteren) schaden würde?

Ich glaube nicht, dass das dem Motor schaden würde. Aber auch hier ist wieder das Problem: Mehr Luft = mehr Kraftstoff.

Beste Grüße
Guido

#11

Hallo again :smile:

Ok, habe jetzt kapiert warum der Turbo abbläst wenn man vom Gas geht.

Warum würde nun unnötig Kraftstoff vernichtet?

Steht doch oben, das mit mehr Kraftstoff meine ich. Zumindest
in dem Moment, wo man vom Gas geht oder konstant fährt, also
die Mehrleistung des Turbos nicht braucht, wäre das ein unnütz
hoher Verbrauch.

Das kann ich allerdings immer noch nicht nachvollziehen.
Wenn ich konstant fahre habe ich eine gleichbleibende Leistung.
Entweder hole ich diese aus einem Saugmotor mit einer gewissen Einspritzmenge oder eben aus einem Turbomotor wo die eingespritzte Benzinmenge für dieselbe Leistung eben geringer ist.
Wie soll hier ein höherer Verbrauch zustande kommen?
Die Öffnungsdauer der Einspritzdüsen kann also mit Turbo reduziert werden gegenüber dem Saugmotor. Folglich wird weniger Gemisch eingespritzt, was zu einem geringeren Verbrauch führt.
Oder anders gesagt: um dieselbe Leistung aus dem Turbomotor herauszuholen wie aus dem Saugmotor muss ich das Gas nicht so weit durch treten.
Wäre eine „Mehrleistung“ vorhanden würde das Auto doch nicht konstant fahren sondern beschleunigen?

Wir einigen uns bestimmt noch :smile:

Gruß raicer

#12

Hallo Raicer,

Du gehst davon aus, dass ein Turbomotor bei der selben Leistungsentfaltung einen geringeren Kraftstoffverbrauch hat, als ein Saugmotor, richtig?
Bei den modernen Softturbos ist das eigentlich auch so. Bei Deinem älteren Motor gehe ich davon aus, dass das nicht so ist, da die Kraftstoffausnutzung nicht so gut ist. Wie sagte man früher so passend: Turbo läuft, Turbo säuft.

Beste Grüße
Guido

1 Like
#13

Hallo Guido,

Bei den modernen Softturbos ist das eigentlich auch so. Bei
Deinem älteren Motor gehe ich davon aus, dass das nicht so
ist, da die Kraftstoffausnutzung nicht so gut ist. Wie sagte
man früher so passend: Turbo läuft, Turbo säuft.

wie wahr, wie wahr!
Ich erinnere mich noch an die ersten Benzin-Turbo in D. (wehmut, wehmut)
BMW 2002, (170 PS), Porsche Turbo (260 PS) anfänglich…
So richtig etablieret wurde er aber erst in den Dieselmotoren: Golf II GTD 70 PS, Audi 80 (90PS) u. 100 TDI (C4) 115PS, BMW 525 TD etc.).
Dort dienten sie erstmals effektiv der Verbrauchsreduzierung und nebenher, Leistungssteigerung. In Benzienern waren sie lange Zeit (u.z.T. auch noch heute) Säufer! Hier stand aber auch die reine, primäre Leistungsteigerung im Vordergrund.

Turbos an und für sich waren im Prinzip damals schon ein alter Hut (LKWs).

Beste Grüße
Guido

Ebensolche
rollifern

#14

Hallo Guido,

Du gehst davon aus, dass ein Turbomotor bei der selben
Leistungsentfaltung einen geringeren Kraftstoffverbrauch hat,
als ein Saugmotor, richtig?

Ja

Bei den modernen Softturbos ist das eigentlich auch so. Bei
Deinem älteren Motor gehe ich davon aus, dass das nicht so
ist, da die Kraftstoffausnutzung nicht so gut ist. Wie sagte
man früher so passend: Turbo läuft, Turbo säuft.

Vielen Dank für die hilfreichen Erklärungen (auch wenn ich etwas länger gebraucht habe zum begreifen).

Im Prinzip war ich also nicht ganz verkehrt mit meiner Annahme das der Turbo spritsparender ist, außer er kommt aus der Steinzeit :smile:

Jetzt bin ich wieder ein Stück schlauer geworden und freue mich einen gesunden Motor zu haben…

viele Grüße
raicer