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Dynamische Aufladung
Aus Kefk.
Im Kraftfahrzeug-Bereich wird neben der Fremdaufladung per Turbolader die Dynamische Aufladung zur Leistungssteigerung eingesetzt. Die Dynamische Aufladung kommt ohne Zusatzaggregate aus, daher muss der Motor keine Zusatzaggregate betreiben, die Abgase müssen keine Turbinenräder eines Turboladers antreiben, der Bauaufwand und die Baukosten sind dadurch wesentlich geringer und die Zuverlässigkeit ist höher.
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Funktion
Die im Saugrohr strömenden Frischgase besitzen Bewegungsenergie. Durch das Öffnen des Einlassventils, wird eine zurücklaufende Druckwelle ausgelöst. Die Frischgase strömen mit Schallgeschwindigkeit zurück und treffen am offenen Ende des Saugrohrs auf die stehende Luft. Dort wird die Druckwelle wieder reflektiert und läuft zurück in Richtung Einlassventil. Erreicht die zurücklaufende Druckwelle das Einlassventil, wenn dies geradeoffen ist, bewirkt dies eine Verbesserung der Zylinderfüllung. Es entsteht ein Aufladeeffekt. Die Frequenz der entstehenden Schwingung häng ab von Saugrohrlänge, Saugrohrquerschnitt und Motordrehzahl.
Folgende Motoreigenschaften werden durch den Aufladeeffekt verbessert:
- Höheres Drehmoment
- gleichmäßigerer Drehmomentverlauf
- höhere Motorleistung bei mittleren und hohen Drehzahlen
- günstigere Abgaswerte
Man unterscheidet je nach Gestaltung des Saugrohrs und der damit verbundenen Aufladung:
- Schwingsaugrohr-Aufladung
- Resonanz-Aufladung
Beide Systeme können miteinander kombiniert werden.
Systeme Übersicht
Schwingsaugrohr-Aufladung
Jeder Zylinder hat ein Saugrohr mit bestimmter Länge. Die Gasschwingung wird durch die Saugarbeit des Kolbens angeregt. Durch geeignete Wahl der Saugrohrlänge wird die Schwingung so beeinflusst, dass die Druckwelle durch das geöffnete Einlassventil läuft und eine bessere Füllung bewirkt. Im unteren Drehzahlbereich sind lange, dünne Saugrohre günstig, im oberen Drehzahlbereich kurze, weite Saugrohre.
Schwingsaugrohrsysteme
Hier werden kurze und lange Saugrohre kombiniert. Im unteren Drehzahlbereich strömt die Luft durch lange und dünne Schwingsaugrohre. Die kurzen Saugwege sind durch Klappen oder durch Drehschieber verschlossen. Bei hohen Drehzahlen werden die Klappen elektropneumatisch oder elektrisch geöffnet; alle Zylinder saugen durch die kurze, weite Saugrohre.
Resonanz-Aufladung
Wenn die Einlasssteuerzeiten mit den Gasschwingungen übereinstimmen, kommt es zur Resonanz. Diese bewirkt, angeregt durch den Rhythmus der Ansaugtakte der Zylindergruppe, eine zusätzliche Drucksteigerung. Bei mittleren Drehzahlen bewirken lange Saugrohre in Verbindung mit einem Resonanzbehälter lange schwingende Gassäulen mit großem Druck vor dem Einlassventil. In diesem Drehzahlbereich bewirkt die Resonanzschwingung eine Aufladung und damit eine bessere Füllung. Die Bildung von Zylindergruppen vermeidet eine Überschneidung der Strömungsvorgänge durch den in der Zündfolge nächsten Zylinder. Jeder Resonanzbehälter ist deshalb an einem Resonanzsaugrohr angeschlossen.
Resonanz- und Schwingsaugrohrsystem
Um die Aufladeeffekte der einzelnen Systeme ausnutzen zu können, werden Resonanz-Aufladesysteme und Schwingsaugrohr-Systeme miteinander kombiniert. Resonanzsaugrohre für mittlere Drehzahlen werden für hohe Drehzahlen zu einem Schwingsaugrohr-System umgeschaltet. Die Klappe zwischen den Resonanzbehältern wird elektropneumatisch oder elektrisch geöffnet; dieser wird dadurch zu einem Luftsammler für das Schwingsaugrohr.
Eine Füllungsverbesserung erfolgt z.B. im unteren Drehzahlbereich durch die Resonanzaufladung, im oberen Drehzahlbereich durch die Schwingsaugrohraufladung. Die Zylinder saugen dabei durch kurze, weite Rohre an.
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