Die mechanische Aufladung

Beschreibung

1.GESCHICHTE Beginn - Rennmotoren - Motorradrennmotoren - Flugmotoren Großmotoren - Nutzfahrzeugmotoren - Marinemotoren PKW-Motoren - Forschungsmotoren 2.THEORIE 2.1 Aufladesysteme Schwingrohr-, Abgasturbo-,Kombinierte, Mechanische, Comprex-, Pulse-, Staudruck-, Impulsaufladung 2.2 Einflussgrößen auf Motordrehmoment und Leistung Drehzahl, Liefergrad, Hubraum, Ladeluftdichte, Kraftstoff, Luftzahl, Wirkungsgr. 2.3 Thermodynamik der Verdichtung Zustandsänderungen, Verdichtungsarbeit, Ladungswechselarbeit Kolbenverdichter, Strömungsverdichter, Thermodynamische Größen, Verdichterkennfeld 3.LADERBAUARTEN 3.1 Einwellige Drehkolbenmaschinen (Kreiskolbenmaschinen) 3.2 Zweiwellige Drehkolbenmaschinen 3.2.1 Außenachsig 3.2.2 Innenachsig 3.3 Strömungsverdichter 3.3.1 Von der Motorkurbelwelle getrieben 3.3.2 Mit einem Elektromotor getrieben 3.3.3 Mit einer Hydraulikturbine getrieben 4.LADELUFTKÜHLUNG 4.1 Theorie: Temperaturerhöhung durch die Verdichtung der Ladeluft Formeln für die Berechnung des Druckverlustes, der Kühlleistung, des Austauschgrades, und des Wirkungsgrades. Einfluss der Ladeluftkühlung auf die Motoreigenschaften 4.2 Bauarten: Einteilung nach der Art des Kühlmittels, dem Kühlsystem, dem Einbauort. 4.3 Systemauswahl 4.4 Ausführung und Einbau des Ladeluftkühlers 4.5 Hersteller von Ladeluftkühlern und Ladeluftkühlsystemen 5.REGELUNG 5.1 Anforderungen (Aufbau, Ausführung,.) 5.2 Maßnahmen (Vor oder, nach dem Lader, im Lader, zweistufige Aufladung für 2Takt Diesel und 4Takt Benzinmotor(Twincharger) 6.ANALYSE 6.1 Anforderungen an den mechanischen Lader 6.2 Vergleich der einzelnen Laderbauarten 6.2.1 Einbauumriss - Arbeitsflächenanteil 6.2.2 Totvolumen 6.2.3 Antrieb 6.2.4 Arbeitsräume - Ungleichförmigkeitsgrad 6.2.5 Reibungsflächen - Reibungsverluste 6.2.6 Rückströmverluste 6.2.7 Regelung 7.ANWENDUNGSBEISPIELE - KOMPRESSOR 7.1 Tuning-, und Rennmotoren 7.1.1 Strömungsverdichter, mechanisch und elektrisch getrieben, Radial- (centrifugal compressor), Axialgebläse 7.1.2 Schraubenverdichter 7.1.3 Rootsverdichter 7.1.4 Spirallader 7.1.5 Motorradmotorentuning 7.2 Serienmotoren (PKW, Marine, Zweirad, Modellmotor, Flugmotor) 7.3 Mechanisch aufgeladene Oldtimer (Supercharged Classic Cars) 7.3.1 Classic Supercharger (Judson, Shorrock, Wade, McCulloch, Allard, MAG, Marshall.) 7.3.2 Oldtimerfahrzeuge mit neuen Ladegeräten. VW-Käfer, Citroen 2CV, Austin-Mini, MG, Porsche-Carrera u.a. 8.ZUSAMMENFASSUNG Chronik Gegenüberstellung der einzelnen Laderbauarten: - Arbeitsflächenanteil Af - Stirnseitige Reibflächen - Umfangreibflächen - Form und Größe des Totvolumens - Laderantrieb - Verlauf Lader-Arbeitsräume über eine Antriebswellenumdrehung - Verlauf beim Füllen und Entleeren einer Kammer - Unterbringung einer Regelung/Steuerung - Verkleinerung des Rückströmens Überblick Auswertung 9.ERGÄNZUNGEN ZUR AUFLADUNG 9.1 Höchstleistungsaufladung 9.1.1 Wassereinspritzung 9.1.2 Nitrouseinspritzung 9.1.3 Overboost 9.2 Anpassung, Regelung, und Tuning von Serienladegeräten 9.3 Stand der Technik beim Abgasturbolader - Überblick 9.4 Berechnungsbeispiele, 4Takt - 2,3L Benzinkompressormotor, Luftdurchsätze, Ladelufttemp, Antriebsleistung, Leistungssteigerung durch LLK. Berechnung der Zielleistung. Umrechnung US und UK - Maßeinheiten in metrische Einheiten. 9.5 Vergleich Mechanische Aufladung - Abgasturboaufladung 10.NEUERUNGEN MECHAN. AUFLADUNG Kurzbeschreibung einiger veröffentlichter Erfindungen. 10.1 Strömungsverdichter 10.1.1 Einbau in das Schwungrad 10.1.2 Anbau an den Drehstromgenerator 10.1.3 Antriebsbauarten 10.1.4 Elektromotorgetriebene Strömungsverdichter 10.2 Ladereinbau-Motorrad 10.3 Drehkolbenlader 10.4 Hubkolbenlader 10.5 Ladeluftkühlsysteme 10.6 Laderregelung 10.7 Zweistufige Aufladung mit mechanischem Lader 11.ANHANG - Bewegungsabläufe - Formelzeichenverzeichnis - Literaturverzeichnis - Internetadressenliste von Laderherstellern, Ladeluftkühlerherstellern, Abgasturboladerherstellern. - Patentliteraturliste - Grafikverzeichnis - Stichwortverzeichnis. VORWORT 1. AUFLAGE - 1998 Diese Studie entstand auf der Grundlage einer langjährigen praktischen Erfahrung in der Motorenentwicklung und der Aufladung von Verbrennungsmotoren, sowie einer mehrjährigen theoretischen Bearbeitung dieses Themas. Das Prinzip dieser Kompressoren für die Aufladung von Verbrennungsmotoren ist schon seit 1630 Pappenheimsche Pumpe (sechsflügeliger Rotor) 1859 Rootsprinzip als Wasserpumpe erfunden 1878 Krigar (Schraubenmaschine), 1901 Cooley Corp.(Epitrochoidenmaschine), und 1905 Le Creux (Spiralverdichter) 1950 McCulloch (Radialverdichter mit Kugelplaneten-Reibgetriebe) bekannt. Zu Beginn der Motorenentwicklung war diese Aufladung weit verbreitet. Später, wegen des hohen Antriebsleistungsbedarfes und des Verbotes im Rennmotorenbau im Jahre 1951 (Motorrad) und der argen Benachteiligung ab 1954 (für Formelrennwagen), in Vergessenheit geraten - Aber heute wieder aktuell und mehrfach in Serienfahrzeugen und Tuningmotoren angewendet. Besonders bei den mechanisch getriebenen Radialverdichtern gibt es mehrere neue Produkte. Die, für die Analyse notwendigen Zeichnungen und Berechnungen wurden nach dem Stand der Technik und den Auslegungskriterien des Autors angefertigt. Es wurden keine Firmenprodukte analysiert, sondern nur die Vor- und Nachteile bekannter Prinzipien aufgezeigt und verglichen. 2. AUFLAGE: Aktualisierungen und Ergänzungen im Kapitel Strömungsverdichter -Lader, und Ergänzungen im Kapitel Theorie, zusätzliches Kapitel über Tuning mit mechanischen Ladern (Performance Engineering, Supercharging). Für die Recherche wurden die Möglichkeiten des Internetes reichlich genutzt. Es werden auch allgemeine Themen zur Aufladung behandelt wie: Höchstleistungsaufladung (Wassereinspritzung, Nitrous-Einspritzung), und der Stand der Technik beim Abgasturbolader (Überblick). 3. AUFLAGE: Überarbeitung mit der neuesten Computersoftware. Ergänzung der theoretischen Ausführungen durch Rechenbeispiele. Berechnungsbeispiele für die Auswahl der Ladergröße. Umrechnungsschaubildern von US/UK Maßeinheiten in metrische Einheiten. Der Ladegeräte - Überblick wurde mit dem neuesten Stand der Technik ergänzt. 4. AUFLAGE 2001: Aktualisierung und Ergänzungen von: Internetadressen, Ladegerätebeschreibungen, Theorie und Berechnungen. - Neue Internetadressenliste über mechanische Lader (Kompressoren), Ladeluftkühler und Abgasturbolader. - Neues Kapitel über interessante Neuerungen in Erfindungshöhe auf dem Gebiet der Aufladung. - Neue Auflistung über in der Studie erwähnte Patentveröffentlichungen. 5.AUFLAGE 2002: Durch das stets ansteigende Interesse an dem mechanischen Lader in den letzten Jahren wird es notwendig die Aktualität dieses Buches immer öfter zu verbessern. In den Entwicklungsabteilungen großer Automobilhersteller (z.B.Daimler Benz) wird wieder öfter an der Verbesserung der Aufladung mit mechanisch getriebenen Ladegeräten geforscht. Es gibt auch eine Reihe von neuen Patentveröffentlichungen auf diesem Gebiet. Das Informations- angebot über Supercharging (Kompressoraufladung) im Internet ist im letzten Jahr überproportionalgestiegen. Dementsprechend wurde diese Auflage überarbeitet und erweitert. 6.AUFLAGE 2003: Das Downsizing im modernen Verbrennungsmotorenbau ist zum bestimmenden Schlagwort bei der Neuentwicklung geworden. Die Verbesserung der Aufladung ist zur Erreichung der ehrgeizigen Ziele in der Motorenentwicklung ein wichtiger Faktor. Mit der weiteren Verbreitung des Benzindirekteinspritzmotors wird die Abgasturboaufladung auch für den Ottomotor stärker gefördert. Aber auch der Kompressormotor hat für diese Motorbauart seine Vorteile. In dem neuen Kapitel Vergleich der Mechanischen Aufladung mit der Turboaufladung wurde diesen Entwicklungstendenzen Rechnung getragen. Das Angebot an mechanischen Ladegeräten wird immer größer. Besonders die leicht adaptierbaren Radialverdichterlader werden ständig verbessert. Auch neue elektromotorgetriebene Lösungen werden entwickelt.Durch die immer stärker werdende Bedeutung der Ladeluftkühlung für Leistungsdaten, Verbrauch und Abgas wurde das Kapitel Ladeluftkühlung in dieser Auflage weiter ausgebaut. Wie in jeder neuen Auflage wurden Internetadressen und Ladegerätebeschreibungen auf Letztstand gebracht. 7.AUFLAGE 2004: Aktualisierung des Geräteangebotes, der Internetadressen, der Neuerungen auf dem Gebiet der mechanischen Aufladung und der Ladeluftkühlung. Der Abschnitt Berechnungsbeispiele wurde weiter ausgebaut. 8.AUFLAGE 2005: Der Kreis der interessierten Leser dieser Studie soll mit dieser Auflage vergrößert werden. Sowohl für den Ausbildungsbereich auf Universitäts-, und Fachhochschulniveau, als auch für den privaten Autobastler und den professionellen Motorentuner soll dieses Taschbuch ein nützliche Literatur sein. Es ist daher notwendig mindestens einmal jährlich ein Update von Literaturstellen, Internetadressen und Neuerungen zu veröffentlichen. Technische Zusammenhänge noch umfangreicher zu erklären, aber dennoch auf den theoretisch, wissenschaftlichen Hintergrund nicht zu vergessen. Der zunehmenden Bedeutung des Schraubenladers in der Serienanwendung wurde Rechnung getragen. Einige weitere interessante Patentveröffentlichungen werden kurz dargestellt. Der Text wurde mit zahlreichen zusätzlichen Grafiken und Fotos verständlicher gemacht. 9.AUFLAGE 2006: Neben dem üblichen Update von Internetadressen, Literaturstellen, Ladegeräteüberblicken., wurde dem Thema zweistufige Aufladung, und Ladeluftkühlung mehr Aufmerksamkeit gewidmet. Um die Übersichtlichkeit zu verbessern wurden die Ladegeräteüberblicke von Rootsladern, Schraubenladern und Strömungsverdichterladern in Schaubildern dargestellt. Die Berechnungsbeispiele wurden überarbeitet und ergänzt. Zahlreiche neue Grafiken und Fotos erleichtern das Verständnis beim Lesen des Textes. Gottfried Haider Dieses Werk (Computerdokument) wird fallweise im geringen Ausmaß und nicht periodisch dem neuesten Stand der Technik angepasst. Der Ausdruck erfolgt nach Bestellung und nicht in Massenherstellung. Größere Aktualisierungen, Ergänzungen und Erweiterungen werden mit einer neuen Auflage gewürdigt.Trotz sorgfältiger Recherche und Ausführung können fehlende Vollständigkeit, Rechenfehler, und Druckfehler nicht ausgeschlossen werden. Es kann daher, für aufgrund der in dieser Studie gemachten, Aussagen und Ergebnissen, keine Haftung für Schäden und Folgeschäden übernommen werden.

Autor*in

Gottfried Haider

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