Drehmomentkurve bei modernen turbogeladenen Benzinmotoren

Wie können moderne turbogeladene Benzinmotoren über einen breiten Drehzahlbereich so konstante Drehmomentplateaus haben? Gilt hier noch die mathematische Beziehung zwischen Drehmoment und Leistung? Dies sieht völlig anders aus als bei einem Saugmotor, bei dem Drehmoment und Leistung allmählich zunehmen.

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Das erzeugte Motordrehmoment ist eine Funktion der aufgenommenen Luftmenge und des in den Zylindern verbrannten Luft / Kraftstoff-Verhältnisses, kombiniert mit „statischen“ Variablen wie Kompressionsverhältnis, Bohrung / Hub, Kurbelwellendesign, Ansauglänge, Nockenprofil , Einlass- und Auslassdimensionierung usw.

Mit allen anderen Parametern, die jetzt statisch (nicht variabel) sind, sobald der Motor gebaut und zusammengebaut ist, und mit der ECU, die die dem Gemisch zugesetzte Kraftstoffmenge (Luft / Kraftstoff-Verhältnis) steuert, ist das in diesem Motor erzeugte Drehmoment in Benzinmotoren jetzt fast ausschließlich eine Funktion des Luftstroms. Mehr Luft in den Zylindern = mehr Drehmoment, weniger Luft in den Zylindern = weniger Drehmoment (hier spricht man von Masse, nicht von Volumen).

Natürliche Aspiration (nicht variabel)

Aus diesem Grund gibt es in einem Verbrennungsmotor mit Saugmotor und nicht variablem Nocken und nicht variablem Einlass eine (und nur eine) Drehzahl, bei der der Durchfluss basierend auf dem Nockenprofil und der Einlasslänge (ein Buckel in der Graph). Sie können mit verschiedenen Nocken, Köpfen und Ventilgrößen einstellen, wo diese Spitze auftritt, aber es gibt nur eine. (Hinweis: Dies schließt variable Einlasslängen und variable Nockensysteme aus, siehe unten)

Natürliche Aspiration (variable Nocke und / oder Ansaugung)

Bei variablen Nockenprofilen kann es zwei oder mehr Spitzen geben (oder theoretisch sogar einen stufenlosen Aufbau), bei denen jedes unterschiedliche Nockenprofil oder jede Einlasslänge einen Spitzenfluss erfährt (größte Massenladung in den Zylindern). Dies kann den Hub, die Dauer oder beide Ventile variieren. Beispiele hierfür sind Hondas VTEC , Toyotas VVT-i , allgemein bekannt als variable Ventilsteuerung .

Die Einlasslänge kann zusätzlich zu oder anstelle des Nockenprofils auch für weitere (wenn auch normalerweise kleinere) lokale Maxima entlang des Diagramms (Teilspitzen) variiert werden. Beispiele hierfür sind Mazdas VRIS , der variable Ansaugkrümmer von VW beim VR6 , Yamahas YCC-I

Erzwungene Induktion (reguliert)

Betrachten wir nun die erzwungene Induktion. Mit einem leistungsfähigen Kompressor (entweder Lader oder Turbolader) kann eine variable Massenladung über den Drehzahlbereich erfolgen. Aus einer Reihe von Gründen begrenzen Bypass- / Abblaseventile, Wastegates, Kupplungen und ähnliche Geräte die Menge auf einen bekannten Wert, der typischerweise auf dem Druck basiert (z. B. 21 psi). Wenn wir bei diesem Druck eine konstante Temperatur annehmen können (was wir in der Praxis nicht können), würde dies eine theoretisch konstante Luftmasse ergeben, die unter ausreichendem Schub in die Zylinder eintritt. Mit einer festgelegten Luftmasse und einer ECU, die eine entsprechende Kraftstoffmenge einspritzt, erzeugt der Motor ein konstantes Drehmoment .

Bei jedem Detonationsereignis wird der Expansionsdruck dieser eingestellten Menge an Luftmasse und Kraftstoff erfahren, und Ihre Drehmomentlinie wird flach, wenn 21 psi Luft konstant durch den unter Druck stehenden Einlass gedrückt werden (im Gegensatz zum variablen Zug der natürlichen Aspiration). Dies ist nicht "flach", wenn der Kompressor nicht mehr Druck als die regulierte Menge erzeugen kann. Dies tritt sowohl auf, wenn der Kompressor nicht schnell genug dreht (zu niedrige Drehzahl) als auch wenn die Luftmenge den Motor strömt erfordert bei einer Drehzahl mehr, als der Kompressor liefern kann (zu hohe Drehzahl).

Erzwungene Induktion (nicht reguliert)

Wenn Ihre Motorkomponenten theoretisch überbaut wären, um viel mehr Drehmoment zu bewältigen, als sie sonst benötigen würden, könnten Sie das Wastegate / Kupplungssystem entfernen und den Spitzendruck deregulieren, sodass die Strömungseigenschaften des Kompressors im Wesentlichen die Spitze definieren können könnte den ganzen Weg produzieren, bis der Kompressor so außerhalb seines Wirkungsgrades liegt, dass er die Luftladung so stark erwärmt (und damit erweitert), dass sie entweder eine Prädetonation verursacht, zum Ausfall von Bauteilen führt oder die effektive Luftmasse selbst bei höherem Druck verringert oder eine Kombination davon.

Erzwungene Induktion - Theorie gegen Praxis

Beachten Sie auch, dass es einen großen Unterschied zwischen einem "theoretischen" Dyno-Diagramm mit perfekt flachen / glatten Linien und einem "echten" Dyno-Diagramm wie in der Praxis gibt. Selbst bei einem perfekt geregelten Zwangsansaugsystem bei einem eingestellten Druck (21 psi im obigen Beispiel, 7,5 psi in der folgenden Grafik) treten geringfügige Abweichungen aufgrund der Temperatur- und Fließeigenschaften des Einlass- und Nockensystems bei verschiedenen Drehzahlen auf. Dies kann zu Hängen und kleinen Gipfeln / Tälern in der "flachen" Region führen.

Warum flaches Drehmoment?

Theoretisch wäre es möglich, künstliche variable Beschränkungen in einen Saugmotor einzuführen, um die gleichen Ergebnisse zu erzielen, aber es wäre nur verschwenderisch. Wenn Sie alternativ ein perfektes stufenloses Nocken- und Ansaugsystem entwerfen könnten, könnte dieses System (theoretisch) möglicherweise eine konstante Luftmasse und damit eine flache Kurve erreichen.

Der Grund, warum die Druckregelung mit erzwungener Induktion durchgeführt wird, hängt typischerweise mit Konstruktionsbeschränkungen zusammen, wie dem Preis für den Überbau der Komponenten zur Bewältigung der kurzen Drehmomentspitze, einschließlich möglicherweise alles von der Dimensionierung des Einspritzventils bis zur Kolben- und Stangenmetallurgie und dem entsprechenden Treffer Das wird in der Zuverlässigkeit für sehr kleine Gewinne genommen.

PS = (Drehmoment * U / min) / 5252 immer.

In der Regel müssen Motoren Luft und Kraftstoff ansaugen, damit sie nur in einem bestimmten Bereich eine optimale Menge ansaugen können. Mit einem Turbo drücken Sie die Luft ein, damit der Motor über einen größeren Bereich mehr Drehmoment erzeugen kann. Wenn der Hersteller ein maximales Drehmoment einstellen möchte (für die Drehmomentbegrenzung am Getriebe / Antriebsstrang), kann er eine Ladedruckbegrenzung festlegen, sodass eine flache Drehmomentlinie vorhanden ist. Shelby tat dies mit dem GLHS, sie machten maximales Drehmoment über einen Bereich von 2000 U / min.

Das ist kein realistischer Graph mit flachem Drehmoment. In der realen Welt sollte es eher so aussehen:

Obwohl Sie feststellen werden, dass das Drehmoment zwischen Leistung und Leistung zutrifft, wenn Sie die Berechnung an einem beliebigen Punkt im Drehzahlbereich anwenden.