Turboaufladung

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Die MegaSquirt und Turboaufladung[Bearbeiten]

Grundlegende Informationen und Grundvoraussetzungen[Bearbeiten]

Dieser Beitrag widmet sich der Anpassung einer MegaSquirt auf einen mittels Turbolader zwangsbeatmeten Motor. Ebenso finden sie hier einige Tipps um einen Saugmotor mit Turbolader und MegaSquirt umzurüsten.

Bitte beachten Sie, dass Sie wenn sie einen MS-II Controller verwenden, auch den Beitrag Tuning Theorie und das Kapitel MegaTune Informations (http://www.megamanual.com/mt28.htm) englischen MegaManuals lesen sollten. Dort finden sie Information zum Beispiel über die Zündzeitpunkt-Spätverstellung (http://www.megamanual.com/mt28.htm#ap), IAT Retard (http://www.megamanual.com/mt28.htm#eb) und vielem mehr.


An der MegaSquirt selbst muss für den Einsatz an einem turbogeladenem Motor nichts modifiziert werden, da sie folgendes bereits mitbringt:

  • Einen MPX5350 MAP Sensor – alle Geräte die seit 2003 verkauft wurden tragen diesen Sensor. Sehr frühe Versionen können möglicherweise diesen Sensor nicht enthalten. Sie können stattdessen aber auch den 4-bar sensor verwenden.
  • Sie können einen maximalen Ladedruck („Boost“) von ca. 21 lbs. fahren – das stellt das Maximum des MPX4250 MAP-Sensors dar. Für Ladedrücke über diesem Bereich muss ein anderer MAP-Sensor verbaut und der Code darauf angepasst werden,

Die MS-II ermöglicht es ihnen den Zündzeitpunkt in allen Bereichen zu verstellen (zum Beispiel können sie den Zündzeitpunkt am Spitzenwert wieder zurücknehmen wenn Ladedruck-Spitzen auftreten) und ebenso existiert eine Tabelle zur Rücknahme in Abhängigkeit von der IAT.




Was ist Ladedruck (Boost)?[Bearbeiten]

Ladedruck ist der Überdruck in der Ansaugbrücke gegenüber dem umgebenden Luftdruck. Der Umgebungs-Luftdruck ist vom Wetter und von der Höhe auf der man sich aufhält abhängig, kann sich also jederzeit ändern. Aus diesem Grund verwenden wir stets den Absolutdruck in Kilopascal (kPa).

Wenn zum Beispiel der Luftdruck auf Meeres-Niveau etwa 100 kPa beträgt, dann ist alles oberhalb dieser 100 kPa der Ladedruck. 
Ein Wert von ca. 200 kPa würde in diesem Beispiel einen Ladedruck von 1 Bar bzw. 14,5 psi bedeuten. 
Würde man den selben Wert – die 200 kPa – jedoch in Calgary in Alberta (Kanada) auf einer Höhe von 3.750 Fuß messen, 
wäre es schon ein Ladedruck von 16 psi, da dort der Luftdruck lediglich bei 90 kPa liegt. 
Wenn man ein Tiefdruckgebiet durchfahren würde, dann würde ein gleichgebliebener Druck-Messwert einen höheren Ladedruck signalisieren. 
Der Druck im Motor wäre jedoch in all diesen Fällen derselbe. 
Deshalb lässt der absolute Druck in kPa mehr Rückschlüsse zu auf das was im Motor los ist als der Ladedruck.

Wenn sie den Ladedruck jedoch trotzdem berechnen wollen, gibt es im unter dem Absatz "What is boost?" des originalen MegaManual (http://www.megamanual.com/index.html) einen kleinen Rechenr, welcher den MAP-Wert in kPa in Ladedruck sowohl in psi als auch in Bar konvertiert.

Es gibt eine Reihe von Aspekten bezüglich der Sensoren, dem Programmieren und noch anderen Hard- und Softwareangelegenheiten die sie bei turbo-aufgeladenen Motoren beachten müssen. All das wird im Laufe dieses Beitrags abgehandelt.




Einen Turbolader nachrüsten[Bearbeiten]

Es gibt einige Überlegungen, die man anstellen sollte, wenn man einen Motor mittels Turbolader aufladen möchte. Glücklicherweise sind durch das gleichzeitige Umrüsten auf eine freiprogrammierbare Einspritzung (wie die MegaSquirt) ein paar der Überlegungen leichter nachzuvollziehen.

  • Der Turbolader muss passend zum Hubraum und der anvisierten Leistung dimensioniert sein
  • Die Kompression muss kompatibel zum erwünschten Ladedruck, der Ladeluftkühlung und dem Kraftstoff sein
  • Es muss ausreichend Platz im Motorraum für, den Ladeluftkühler, der Verrohrung und dem Turbolader selbst sein
  • Die Kapazität des Kühlsystems muss ausreichend groß sein, um auch mit der gestiegenen Motorleistung zurecht zu kommen
  • Für einige Entscheidungen und Gesichtspunkten des Set-Ups ist es relevant, ob das Fahrzeug über eine Schalt- oder Automatikgetriebe verfügt.
  • Es wäre hilfreich wenn sie vorab schon entscheiden, ob sie einen Ladeluftkühler, eine Wassereinspritzung oder sogar beides verbauen wollen, da dies den später verfügbaren Platz auch einschränkt.

Diese Anleitung handelt nicht alle Entscheidungen ab, die getroffen werden müssen. In diesem Zusammenhang ist das Buch „Turbochargers“ von Hugh MacInnes sehr zu empfehlen (Herausgeber HPBooks; ISBN 0-89586-135-6). Ein hervorragendes Buch, welches viele dieser Themen behandelt. Ein anderes neueres Buch, welches man empfehlen kann, heißt: „Maximum Boost Designing, Testing, and Installing Turbocharger Systems“ des Autoren Corky Bell. Zusätzlich sind im Internet bei [Hall Turbocharging] einige Rechner für die Auswahl des Turboladers und die Leistungsberechnung verfügbar.

Wenn sie sich von den obigen Empfehlungen leiten lassen wollen, benötigen sie als erstes den/die passenden Turbolader für ihren Motor.

Dieser Beitrag behandelt die Themen: Entwurf und Konstruktion des Abgaskrümmers, Verrohrung des Turboladers (inklusive des Ladeluftkühlers, falls vorhanden) und Abstimmen des aufgeladenen Motors mit der MegaSquirt.


Die Ladeluftkühlung[Bearbeiten]

Der Zweck der Ladeluftkühlung ist es die Luft wieder abzukühlen, denn der Turbolader erhitzt diese wenn er sie komprimiert. Die Temperatur (T2) auf die die angesaugte Luft erhitzt wird hängt von folgenden Parametern ab:

  • Der Verdichtung („Pressure Ratio“) P2/P1: Das Verhältnis des Ausgangsdruck P2 zum Eingangsdruck P1 des Verdichters
  • Der Ansauglufttemperatur („IAT“) T1: Angegeben als absolute Temperatur (also °C + 273 oder °F + 460)
  • Dem adiabatische Wirkungsgrad des Verdichters („Compressor adiabatic efficiency“) c: Die Temperatur würde ansteigen selbst wenn eine vollständige Verdichtung stattfinden würde. Allerdings findet keine vollständige Verdichtung statt, was die Temperatur noch höher ansteigen lässt. Moderne Turbolader liegen bei einem Wirkungsgrad von 65 - 80%, wenn sie für die entsprechende Anwendung ausreichend dimensioniert wurden.

Die Beziehung all dieser Parameter schaut so aus:

Formel 1.png


T2 ist ebenfalls eine absolute Temperatur.

Berechnung 1.png


Die durch die Komprimierung erhitzte Luft kann durch einen Ladeluftkühler („intercooler“, manchmal auch „aftercooler“ genannt) wieder etwas abgekühlt werden. Um die ganzen Berechnungen zu vereinfachen, können sie wiederrum einen Rechner auf der MegaManual-Seite http://www.megamanual.com/index.html im entsprechenden Kapitel "Turbocharging" verwenden, um zu bestimmen wie stark die Luft erhitzt wird, basierend auf der Verdichtung und des Wirkungsgrades des Verdichters und dem Wirkungsgrad des Ladeluftkühlers.

Heiße Ansaug-Luft ist der Leistung abträglich und erhöht die die Wahrscheinlichkeit das Klopfen auftritt. Ein Ladeluftkühler reduziert die Ansaugluft-Temperatur indem die Luft durch einen Wärmetauscher (wie ein kleiner Kühler) geführt wird, welcher Temperatur aus der Luft absorbiert und nach außen abgibt. Den Ladeluftkühler in den Luft-Weg zwischen dem Verdichter des Turbos und der Ansaugbrücke zu platzieren bringt zwei Vorteile:

  • Die Temperatur der Luft wird reduziert, was die Dichte der Luft erhöht, was ein größeres Potential für mehr Leistung birgt. Das macht es nämlich möglich - egal bei welchem Ladedruck - mehr Luft und somit mehr Kraftstoff in der Zylinder zu bringen. In der Regel kann man bei einem für den Straßenverkehr durchschnittlichen Ladedruck von 5 bis 15 lbs/in von einem Leistungszuwachs von 10 – 20% ausgehen.
  • Die Gefahr von einer klopfenden Verbrennung wird verringert; was wiederrum einen sicheren Betrieb mit mehr Ladedruck bei gleichbleibender Kraftstoffqualität bedeutet.

Nicht alle Ladeluftkühler sind gleich. Der Wirkungsgrad des Ladeluftkühlers hängt von dessen Aufbau ab. Hierbei gibt es zwei kritische Faktoren:

  • Der thermische Wirkungsgrad (um wie viel kann die Temperatur reduziert werden?)
  • Die Fließbehinderung („flow restriction“) die der Ladeluftkühler für die Luft darstellt (wie viel Druck geht verloren?)

Ungeachtet des thermalen Wirkungsgrades, kann ein Ladeluftkühler der Performance abträglich sein, wenn durch den Strömungswiderstand des Ladeluftkühlers zu viel Druck verloren geht.

Im Automotiv-Bereich gibt es generell zwei Varianten des Ladeluftkühlers: Den Luft-Wasser-Ladeluftkühler, welcher die Ansaugluft mittels Wasser (oder vielmehr dem Motor-Kühlwasser) abkühlt und den Luft-Luft-Ladeluftkühler, wobei die Umgebungsluft verwendet wird um die Ansaugluft abzukühlen, vergleichbar mit dem Kühler des Motors. Es sind viele Ladeluftkühler aus Serienfahrzeugen verfügbar; zum Beispiel sind solche aus Volvos, Saabs und dem Ford 2.31 sehr populär. In Pick-Up-Trucks wurden oftmals noch größere Ladeluftkühler verbaut.

Der Volvo-Ladeluftkühler ist relativ groß und Effizient. Er trägt die Teilenummer 317319. Seine Breite beträgt oben von Einlass- zu Auslassstutzen 73cm und unten inklusive der seitlichen Luftsammler ca. 59cm. Der Kern mit den Kühlrippen ist 45cm breit und 43cm hoch. Er ist 32mm dick. Einer der Stutzen steht rechtwinklig zum Kern, der andere hat einen Winkel dazu von ca. 30 Grad. Die Ein- und Auslassstutzen haben jeweils einen Außendurchmesser von 6,35cm und einen Innendurchmesser von 5,72cm. Diese Ladeluftkühler werden oft schon für ca. 150$ bei den Altteileverwertern gehandelt.

Intercooler.png

Ladeluftkühler von Saab sind für gewöhnlich auch auf den Schrottplätzen und bei eBay erhältlich. Diese gibt es in verschiedenen Größen, abhängig vom jeweiligen Modell.

Ein großer Ladeluftkühler wurde im 93er Dodge Ram am Cummins Turbodiesel-Motor verbaut. Man kann diesen mit der Teilenummer 52004274 oder 637714 über die Dodge-Händler beziehen. Er wiegt gute 9kg und ist ca. 94cm breit. Die Höhe liegt bei guten 32cm und der Kern ist ca. 41mm dick. Die Ein- und Auslassstutzen haben jeweils einen Innendurchmesser von 57,15mm und einen Außendurchmesser von 66,68mm. Offenbar sind diese Kühler schon für um die 200$ bei den Händlern erhältlich.

Ein weiterer „Riese“ ist der gigantische Ladeluftkühler vom 99er Ford „Power Stroke“ Diesel-Motor. Er wird bei Ford unter der Teilenummer F81Z-6K775-BA für etwa 300$ erhältlich. Der Ford Ladeluftkühler ist ca. 99cm breit, knappe 46cm hoch und 63,5mm dick. Der Innenteil ist 46cm hoch, gute 76cm breit und 50,8mm dick. Der Anschluss erfolgt über 3-Zoll-Stutzen (7,62cm), welche 88,9cm (Rohrmitte zu Rohrmitte gemessen) voneinander entfernt abgebracht sind.

Auf der Seite DDG - The Intercooler Identification Page (http://www.thedodgegarage.com/turbo_coolers.html) sind eine Menge OEM-Ladeluftkühler abgebildet.


Wasser-Einspritzung[Bearbeiten]

Eine Wasser-Einspritzung ist sehr nützlich um wirksam das Klopfen bei hochaufgeladenen Motoren (etwa 0,69Bar) zu verhindern. Die Wasser-Einspritzung ist völlig unabhängig von der Kraftstoff-Einspritz-Anlage.

In der Regel wird das Wasser mit Methanol gemischt um den Kühl-Effekt noch zu verbessern. Gemische von bis zu 50% funktionieren recht gut. Verblüffender Weise funktioniert es sogar mit herkömmlichen Scheibenwischer-Wasser, vorausgesetzt sie verwenden das blau Zeug. Wenn sie eines auftreiben können, welches zu 50% aus Methanol und zu 50% aus destilliertem Wasser besteht, wäre das natürlich perfekt. Sie können aber auch Methyl Hydrat mit Wasser mischen.

Für eine Wasser-Einspritzung brauchen sie einen Flüssigkeits-Tank, eine kleine Pumpe (Wischerwasser-Pumpen machen sich da gut) und einen Hobbs switch um das Wasser in den Ansaugtrakt zu spritzen. Dieser Schalter schließt sich bei einem bestimmten Druck und wird direkt in die Ansaugbrücke geschraubt. Ein solcher Schalter ist der NAPA Teilenummer 7011577, dieser entspricht dem Hobbs Teilenummer 76052. Dabei handelt es sich um einen zweipoligen Schließer-Kontakt, werksseitig auf 15psi (ca. 1,03bar). Er lässt sich aber auch in einem Bereich von 14psi (ca. 0,97bar) bis 24psi (ca. 1,65bar) verstellen. Bei Hobbs sind im Rahmen der 5000er Serie aber auch kleinere oder höhere Bereiche erhältlich.

PressureSwitch.png

Eine Alternative hierzu wäre ein Öldruck-Sicherheitsschalter von „Summit Racing“. Gefertigt aus Stahl und anschließend verzinkt ist er für nur 13$ erhältlich. Er öffnet bei einem festen Schaltpunkt von 7psi den Kontakt. Anstatt diesen in den Öl-Kreislauf zu schrauben, kann er für unseren Zweck auch in die Ansaugbrücke montiert werden, so dass der Ladedruck das An- und Ausschalten bewirkt. Ähnlicher Schalter sind bei Holley (PN 12-810 für 20$) und Mr. Gasket (MRG-7872 für 13$) erhältlich.

Sie sollten ihre Wasser-Einspritzung sehr sorgfältig planen und verbauen. Wenn diese durch ein elektrisches Problem zum Beispiel bei stehendem Motor einspritzt, kann das zu einer Art „hydraulischer Blockade“ führen und erheblichen Schaden am Motor verursachen.

Um die Durchflussmenge des Wassers auf den Bedarf ihres Motors abstimmen zu können, müssen sie eine Drossel in die Wasserleitung zwischen Pumpe und Ansaugbrücke einbauen (normalerweise mit einem Innendurchmesser von 0,8 bis 1,3mm).


Wastegates und Blow-Off-Ventile[Bearbeiten]

Ein sogenanntes Wastegate-Ventil ermöglicht dem Abgas an der Turbine vorbeizuströmen (Bypass), wenn der Ladedruck einen maximalen Wert übersteigt. Dieses Bypass-Ventil verhindert das der Turbolader den Motor mit zu viel Druck beaufschlägt, was unweigerlich zu Schäden führen würde. Viele der neueren Turbolader haben ein Wastegate-Ventil fest im Abgas-Gehäuse verbaut und müssen lediglich zum Ansteuern über einen Schlauch mit dem Unterdruck-System verbunden werden. Andere Turbolader hingegen verfügen nicht über ein solches integriertes Wastegate. In diesem Fall muss eine externes Wastegate in den Abgaskrümmer gebaut werden, welches dann überschüssiges Abgas am Lader vorbei direkt in das Abgasrohr nach dem Turbolader leitet.

Ein Blow-Off-Ventil (BOV) verhindert dass zu hohe Drücke im Ansaugsystem entstehen können. Das Blow-Off-Ventil wird in den Ansaugtrakt noch vor der Drosselklappe verbaut und soll Druckstöße verhindern, welche durch hohe Drücke im Verdichter-Gehäuse verursacht werden, wenn die Drosselklappe schlagartig geschlossen wird wenn der Lader noch auf Drehzahl ist. Das Blow-Off-Ventil öffnet bei einem Druck von einigen psi oberhalb des maximalen Ladedrucks und schützt vor Schäden durch starke Druckschwankungen (genannt „Surge“ = Druckwelle/Druckstoß) im Verdichter.

Gebräuchliche OEM Blow-Off-Ventile von Bosch findet man unter folgenden Teilenummern:

  • 0 280 142 001
  • 0 280 142 102
  • 0 280 142 103
  • 0 280 142 104
  • 0 280 142 105
  • 0 280 142 106
  • 0 280 142 108

Die Porsche Turbomotoren sind mit einem Ventil ausgestattet baugleich mit dem 0 280 142 108, jedoch tragen diese eine Porsche Teilenummer 993.110.337.50 und werden dort „Air Cut-Off“-Ventil genannt. Der Saab 9000 Turbo von 1999 arbeitet mit dem 0 280 142 103. Auch das 0 280 142 110 könnte für sie interessant sein; bei Saab trägt es die Nummer 4441895, wird als Bypass-Ventil oder „Compressor over-pressure“-Ventil bezeichnet und hat einen höheren Schwellwert für den Ladedruck. Jedes dieser Ventile hat Ein- und Auslassstutzen für 1-Zoll-Schläuche. Das 0 280 142 103 BOV ist für ca. 37$ erhältlich. In Kanada bekommt man es unter der Saab-Teilenummer 30544792 für ca. 75 kanadische Dollar.

Obendrein sind im Internet eine Vielzahl an Aftermarket BOVs erhältlich.

Ein gut konstruiertes Turbolader-Setup benötigt sowohl ein Wastegate- als auch ein Blow-Off-Ventil, wenn es hohen Ladedrücken standhalten soll.


Die Verrohrung[Bearbeiten]

Ein Turbolader muss mit einer Vielzahl an Rohren verbunden werden; zur Ansaugbrücke, vom Abgaskrümmer, vom Luftfilter, zum Abgassystem hin, Ölversorgung und teilweise – je nach Ladertyp - auch Verbindung zum Motor-Kühlkreislauf. Diese Rohre sollten allesamt der Strömung so wenig wie möglich Widerstand entgegensetzen, den spezifischen Temperaturen standhalten können, ebenso wie dem jeweiligen Ladedruck, und auch den Vibrationen des vorgelagerten Ansaugtrakts.

Schema.png

Enge Biegungen drosseln den Luft-Strom stark ein, also versuchen sie den Turbolader so zu platzieren, dass weniger enge Bögen in den Ansaug- und Abgasrohren von Nöten sind. Das wird allerdings einige Kompromisse erfordern, zum Beispiel bei den Rohrlängen des Abgastrakts usw. Was sie finden müssen ist der beste Kompromiss aus allem.

Die Ölzufuhr auf der Druckseite etwas einzudrosseln ist generell in Ordnung, denn die meisten Motoren können wesentlich mehr Druck bereitstellen als der Turbo benötigt. Eine Drosselung der Rücklaufleitung kann dazu führen, dass Öl zurück in die Hülsen für die Lager gepresst wird, was zu einigen Problemen führen kann. Das rückströmende Öl könnte durch die Drehbewegung der Lager und geringe vorbeiströmende („blow-by“) Luft sowie vom Verdichter- als auch vom Abgas-Gehäuse, schaumig geschlagen werden. Wenn es der Aufbau zulässt, kann dieses Öl dann an den Dichtungen vorbei in das Verdichtergehäuse gedrückt werden, wenn kein Ladedruck ansteht. Um solche Probleme zu vermeiden, sollte die Rücklaufleitung einen Innendurchmesser von 19mm (3/4“) besitzen und sollte vom Lader Richtung Motor kontinuierlich nach unten führen. Horizontale und ansteigende Verlegung sollte stets vermieden werden. Weiterhin ist wichtig, dass die Rücklaufleitung nicht unterhalb des Levels des Pumpensumpfs ins Kurbelgehäuse eintritt.

Was die Turbinenseite angeht, so ist bei dem ankommenden Abgas mit deutlich höheren Temperaturen und Drücken zu rechnen, als im Abgassystem nach dem Turbo. Das sind die Faktoren, die sie beim Finden des richtigen Kompromisses berücksichtigen müssen. Das kann auch erfordern, dass sie einige Sachen im Motorraum neu platzieren, oder andere Komponenten schützen müssen.


Weiter Überlegungen[Bearbeiten]

Der Turbolader sollte nicht zu nah an Motor, Lenkung, Bremsen und allen anderen Komponenten montiert werden, welch durch die Strahlungswärme des Turbos oder dessen Verrohrung negativ beeinflusst werden können. Berücksichtigen sie auch, dass sich der Motor bewegt, wenn Drehmoment an den Reifen aufgebracht wird. Sie sollten in jedem Fall mindestens 50 bis 75mm (2 – 3“) Platz haben. Das gilt sowohl für das Verdichtergehäuse, als auch für das Turbinen- (Abgas-) Gehäuse.

Zwar bleibt das Verdichter-Gehäuse bei laufendem Motor relativ kühl, da die angesaugte Luft einen gewissen Kühleffekt hat, jedoch erhöht sich diese Temperatur aufgrund der Ineffizienz der Verdichtung (deswegen verwenden wir auch einen Ladeluftkühler).

Wird der Motor jedoch abgestellt, breitet sich die Temperatur des Abgas-Gehäuses über das Lagergehäuse bis hin zum Verdichter-Gehäuse aus und erhitzen dieses auf nahezu dieselbe Temperatur wie das Turbinen-Gehäuse. Ist der Motor abgestellt findet unter der Haube nur eine sehr geringe bis gar keine Luftbewegung statt. Das komplette Turbolader-Setup kann sehr heiß werden. Eventuell sollten sie ein Wärme-Schild für den Turbolader verbauen. So ein Schild kann man aus Metallblech anfertigen. Ordentlich montiert erfüllt dies sehr gut seinen Zweck und verdeckt unansehnliche Teile.

Ein Turbolader wird durch die Geschwindigkeit des Abgases angetrieben. Ist es dem Abgas möglich, noch vor Erreichen der Turbine abzukühlen, so fällt auch dessen Geschwindigkeit. Deshalb ist das Beibehalten der Temperatur des Abgases zwischen Zylinderkopf und Turbolader sehr wichtig. Den Turbolader so nah wie möglich an den Abgaskanälen des Kopfes zu montieren, führt zur besten Performance. Manchmal ist es jedoch nicht möglich, den Turbo derart nah am Motor zu verbauen. In diesem Fall sollten sie versuchen die Temperatur zu erhalten, indem sie den Abgaskrümmer isolieren. Das setzt voraus, dass sie den Abgaskrümmer und/oder das Sammelrohr aus einem sehr ermüdungsfreien Material gebaut haben.

Wenn sie nach einem geeigneten Platz für den Lader suchen, bedenken sie auch, dass jeder Einbauort und jede Einbaulage auch Einfluss auf jede Routine-Wartungsarbeit haben kann. Wenn sie zum Beispiel regelmäßig das Ventilspiel nachstellen müssen, sollte man natürlich den Ventildeckel herunterheben können, ohne jedes Mal den Turbo demontieren zu müssen. Könne sie dann noch die Zündkerzenstecker ohne große Probleme abziehen? Wenn sie das Modell ihres Abgaskrümmers anpassen, sollten alle Stecker und Kabel an ihrem Platz sein, damit man auch da sehen kann, on später genug Platz zur Verfügung steht. Schnell hat man solche Kleinigkeiten vergessen, die jedoch eine große Wirkung haben.


Den Turbo-Abgaskrümmer bauen[Bearbeiten]

Das erste was sie beim Bau eines Abgaskrümmers machen müssen, ist sorgfältigst zu planen. Der Krümmer muss so gestaltet werden, alle Anschlüsse in einem guten Kompromiss zueinander stehen. Folgende Anschlüsse müssen vorhanden sein:

  • Den Auslassstutzen zum Verdichter des Turbos hin (das ist die Stelle, wo die meisten Leute aufhören zu lesen – lesen sie bitte trotzdem weiter!)
  • Das Abgassystem vom Auslass des Verdichters kommend (d.h. die Down Pipe + Verbindungsrohr(e) + Endtop + Endrohr)
  • Den Auslassstutzen am Verdichter Richtung Drosselklappe bzw. Ladeluftkühler
  • Den Einlassstutzen vom Luftfilter kommend
  • Die Öl-Vorlaufleitung (Druckseite) zum „CHRA“ („center housing rotating assembly“ / Lagergehäuse) des Turboladers
  • Die Öl-Rücklaufleitung (mindesten ¾“ / 19mm Innendurchmesser) vom Lagergehäuse kommend zur Ölwanne oder zum Motorblock hin
  • Das Wastegate-Ventil (falls ihr Lader kein internes hat) in der „Upstream“- (Zuleitung) sowie in der „Downstream“- (Auslass) Seite der Turbine
  • Verrohrung zum Ladeluftkühler hin und zurück (falls vorhanden)
  • Verrohrung der Wassereinspritzung (falls vorhanden)
  • Falls ihr Turbolader ein wassergekühltes Lagergehäuse hat, brauchen sie auch noch Wasser-Vor- und Rücklaufleitungen

All diese Komponente sind wiederrum vom Aufbau des Abgaskrümmers abhängig, welche ja mehr oder weniger die Position des Laders selbst festlegt.

Jede dieser Anschlüsse, der Aufbau des Laders, des Krümmers, das Wastegate-Ventils müssen so geplant werden, dass:

  • Sie zwischen den Innen-Kotflügeln, der Radaufhängung, dem Lüfter, der Spritzwand und unter der Haube noch Platz finden
  • Sie die Bewegungen des Motors auf seinen Lagern noch zulassen (in vielen Fällen sind das 50 bis 70mm)
  • Sie keine empfindlichen Komponenten, wie zum Beispiel die Zündkabel, den Kabelbaum, Plastikteile hoher Strahlungswärme aussetzen
  • Sie die Nebenaggregate und deren Antriebe nicht behindern
  • Sie Teilen nicht berühren oder zu nahe kommen, welche sie nicht beschädigen möchten. Wie zum Beispiel den Hauptbremszylinder, Kraftstoffleitungen, Bremsleitungen, Gaszug, Wasserschläuche, Wischermotor usw.

Der beste Weg um sicher zu stellen das ihr Setup funktioniert, ist die sorgfältige Planung. Um diese zu erreichen, können sie:

  • Fertigen Sie Zeichnungen ihres Setups an (speziell den Abgaskrümmer) um diese mit den Gegebenheiten am Motor abzugleichen und Notizen zu machen. Eine sehr gute Möglichkeit biete ein Zeichenprogramm auf dem Computer. Es kostet zwar einige Zeit auf diese Weise Zeichnungen zu erstellen, dafür sind eventuelle Änderungen wesentlich schneller gemacht, als eine neue Zeichnung auf dem Papier anzufertigen. Im Internet sind eine Menge von kostenlosen bzw. kostengünstigen Zeichenprogrammen erhältlich. Sie könnten zum Beispiel ein universelleres Programm wie das „draw package“ von OpenOffice verwenden (diese ist sogar kostenlos).
  • Bauen Sie ein simples Holzmodell ihres Krümmers aus kurzen Schnittholzstücken (5 x 10cm) oder etwas Ähnlichem. Dadurch können sie den Turbolader schon mal provisorisch exakt an die geplante Stelle montieren, bevor sie ihn aus Metall nachbauen

Das kann spätere sehr teure Fehler vermeiden und wenn sie den Krümmer schweißen lassen, wird der Schweißer sich über die hilfreichen Zeichnungen und das Modell freuen.

Als nächstes müssen sie das richtige Material auswählen.

Material Dehngrenze Dichte Wärmeleitfähigkeit
Aluminium 6061-T6 > 241 Mpa 2,7 g/ccm 170 – 200 W/mK
Aluminium 6061-T8
Baustahl 185 – 355 N/qmm 7,85 g/ccm 40 – 60 W/mk
304 Stainless Annealed
321 Stainless Annealed
Titan 4,5 g/ccm 22 W/mK
Inconel 625

Rohre aus dünnwandigem Baustahl sind günstig und leicht zu verarbeiten, zeigt aber bei den hohen Temperaturen und den mechanischen Belastungen des Turboladers schnell Materialermüdung und reißt. Zusätzlich leitet es schnell die Hitze nach außen ab, was ja die Effizienz des Laders mindert. Man könnte die Rohre mit isolierendem Material umwickeln, aber das bedeutet auch wieder mehr Thermische Belastung für die Rohre und somit noch mehr Materialermüdung.

Eine exzellente Wahl wäre eine Verrohrung aus Edelstahl – sowohl für die Zuverlässigkeit, als auch für die Hitzebeständigkeit. Allerdings benötigt man dann auch die jeweiligen Flansche aus Edelstahl und die notwendigen Geräte und Fähigkeiten das Ganze auch schweißen zu können. Die Mehrkosten und die Schwierigkeiten beim Schweißen machen Edelstahl für viele Leute eher zur schlechten Alternative.

Eine Alternative zu Edelstahle wäre dickwandiges Baustahl. Die mechanische und thermische Belastbarkeit lassen sich wesentlich verbessern wenn man das Material dicker auslegt. 40mm (1 ½ Zoll) Rohr-Formstücke mit Stoßnähten wären eine geeignete Wahl. Sie sind günstig, leicht über lokale Klempner zu beziehen und leicht zu schweißen.

Der Turbo-Abgaskrümmer kann aus 40mm-Bögen und 40mm-Formstücken zusammengeschweißt werden. Solche Formstücke mit einer Wandung von 3,175mm sind sehr robust und halten ewig wenn sie richtig verbaut wurden. Solche Bögen kann man bei den meisten industriellen Klempnern bekommen und sind sehr preiswert. Sie werden aus einer hochfesten Stahllegierung gefertigt und haben an jedem Ende eine Phase. Wenn man zwei Stücke aneinander hält, entsteht ein V indem man sehr gut eine stabile Schweißnaht setzen kann. Sie sind in 45° und 90° erhältlich und jeweils nochmal mit einem normalen und einem großen Radius. Sie sollten wann immer möglich auf den großen statt dem kleineren Radius zugreifen, da dieser dem Abgas weniger Strömungswiderstand entgegensetzt. Diese Bögen sind mit verschiedenen Innendurchmessern erhältlich, abgestimmt auf die unten gelisteten Rohrgrößen:

Materialien.png

Die geraden Rohre werden verwendet um die Bögen miteinander zu verbinden. Diese Rohre sind sehr dickwandig, deshalb kann es passieren, dass der geschweißte Krümmer nahezu genauso schwer wird wie ein normaler gusseiserner Abgaskrümmer.

Die Flansche zum Turbo hin sollten mindesten 8mm dick sein, 12mm wären besser. Das Problem hierbei ist, dass sich die Flansche durch die Hitze beim Schweißen sehr schnell verziehen. Die hohe Temperatur im Betrieb stellt weniger ein Problem dar, als wenn sie so plötzlich auftritt wie beim Schweißen.

Wollen sie dennoch Flansche aus einem dünneren Material verschweißen, spannen sie diese in einen Schraubstock ein. Dadurch wird viel Temperatur abgeleitet. Falls sie ein altes Turbinengehäuse übrig haben, können sie den Flansch auch daran festschrauben. Sind sie kein professioneller Schweißer, sollten sie dickere Flansche nehmen, da diese wesentlich einfacher zu verarbeiten sind. Legen sie ihre Flansche jedenfalls um 1,5mm dicker aus, als das Turbinengehäuse an den Befestigungsbohrungen ist.

Zeichnen sie die Konturen ihres Flansches auf dem Rohmaterial auf und markieren sie jeweils die Mittelpunkte der Bohrungen und des Kanals mit einem Körner. Dann markieren sie die Kanten des Flansches ca. alle 6mm mit einem Körnerpunkt. Dann können sie die Markierungen selbst dann noch erkennen, wenn ihn das Kühlmittel der Lochsäge bereits angerostet hat. Um die Löcher reinzubekommen, verwenden sie eine Bohrmaschine und eine Lochsäge. Sie können auch eine Handbohrmaschine verwenden, aber dadurch dauert es länger und ist frustrierender. Um viereckige Löcher zu erhalten, müssen sie vier kleinere Löcher an den Ecken bohren und den Rest mit einer Feile in die viereckige Form bringen. Mit einem Schweißbrenner oder einem Plasma-Schneider könnten sie sich natürlich viel Zeit sparen. Wenn sie den Flansch am Zylinderkopf auch selber anfertigen, so ist ein 8mm dickes Material eine gute Wahl. Sie können eine Abgaskrümmer-Dichtung als Loch-Schablone für den Flansch verwenden.

Können oder wollen sie ihre Flansche gar nicht selber herstellen, gibt es einige Möglichkeiten wo man diese erwerben kann. Die Firma „Turbo Techniques“ (www.turbocharged.com) hat neben sehr schönen 12mm dicken Flanschen so gut wie alles um ihr Turbo-System zu komplettieren. Zum Beispiel ist ein T04B-Flansch für 28$ unter der Nummer 20167 im Programm. Ebenso führen sie Auslass-Flansche um den entsprechenden Abgas-Trakt zu gestalten.

Vorgefertigte Zylinderkopf-Flansche bekommen sie möglicherweise bei „Hedman“, „Hooker“ und anderen Herstellern die Flansche in ihrem Programm führen. Des öfteren findet man dort Flansche mit 8mm Dicke für die gängigsten amerikanischen Motoren.

Sind für ihren Motor jedoch nirgends passende Flansche verfügbar und sie wollen aber keine eigenen bauen, dann können sie diese bei „Headers by Ed“ nach ihren Spezifikationen fertigen lassen. „Stainless Works“ bietet Flansche für populäre V8-Motoren in Edelstahl für etwa 125$ an, ebenso wie nach Zeichnung oder der Dichtung als Vorlage angefertigte Flansche aus 19mm Baustahl oder 12mm Edelstahl.

Sie müssen selbst entscheiden, wie sie sich ihren Abgas-Krümmer zusammenstellen. Wenn sie sich eine gute Auswahl an 90°-Bögen besorgen, können sie diese sowohl in kleinere Winkel zerschneiden, als auch zu größeren Winkeln zusammenschweißen. Die 90°-Bögen sind für gewöhnlich ein bisschen billiger und leichter zu bekommen als 45 oder 180°-Bögen.

Bei einem turbo-aufgeladenem Motor sollte die Lambdasonde hinter dem Lader sitzen, wo sie nicht dem hohen Abgasdruck ausgesetzt ist, welcher die Genauigkeit beeinflussen könnte. Sollten sie sich trotzdem dafür entscheiden die Lambdasonde noch vor dem Lader zu platzieren (was generell nicht zu empfehlen ist), dürfen sie nicht vergessen eine Gewindemuffe in den Krümmer zu schweißen. Sie sollte so nahe wie nur irgend möglich am Lader sitzen, dass sie die Abgase aller Zylinder erfassen kann. Ihre Turbolader hat möglicherweise schon ein Einschraubgewinde für eine Sonde am Auslass-Gehäuse, welches sich dann gut dafür eignet.

Wenn sie einen Lader mit internem Wastegate einsetzen, müssen sie am Krümmer keine weiteren Anschlüsse vorsehen. Mal abgesehen vom Auslass zur Turbine; den Flansch hierfür können sie direkt auf das Sammelrohr des Krümmers schweißen.

Manche Turbolader benötigen ein externes Wastegate. Sie müssen dann eine Montagemöglichkeit für diese Wastegate vor dem Turbo vorsehen, damit überschüssige Abgase über einen Bypass den Turbo umgehen können.

Anmerkung: Als Schutz vor Korrosion und als Wärmeisolierung können Krümmer beschichtet werden. Suchen sie im Internet einfach mal nach „header coating“ um Firmen zu finden die solche Dienstleistungen anbieten. Wenn sie die entsprechende Ausrüstung (Sandstrahlmaschine, Spritzpistole und Kompressor) besitzen, können sie den Krümmer auch selbst mit „Caswell's Black Satin (BHK) 2000°F exhaust system coating“ beschichten.


Überlegungen zur Hard- und Software der MegaSquirt[Bearbeiten]

Einspritzdüsen dimensionieren[Bearbeiten]

Die Einspritzdüsen eines Turbo-Motors sind müssen 10 – 20% größer als bei einem Saugmotor mit der gleichen Leistung gewählt werden. Das rührt daher, dass Turbo-Motoren einen kleineren „BSFC“ (brake specitic engine consumption) haben. BSFC ist die Kraftstoffmenge die benötigt wird um 1hp (horsepower) für eine Stunde bei WOT auf einem Motorenprüfstand zu leisten. Turbo-Motoren profitieren von einem fetter AFR, da dies die Kolben und die Ventile herunterkühlt und eine Maßnahme gegen Klopfen bietet. Zusätzlich lässt ein fettes Gemisch – welches im Abgastrakt noch nachverbrennt – den Turbo schneller drehen.

Verwenden sie folgende Tabelle als Auswahlhilfe für die richtigen Einspritzdüsen zu ihrem Turbo-Motor:

Flowrates.png


MAP Sensor[Bearbeiten]

Ladedruckbereich, alternativer Sensor. Der MPX4250AP wurde mit den „Turbo“-Geräten vom ersten Gruppenkauf und ALLEN Geräten vom zweiten und den folgenden Gruppenkäufen ausgeliefert; im Digi-Key Katalog (http://www.digikey.com/) auf Seite 1098 zu finden. Dabei handelt es sich um einen 2,50bar-Absolutdrucksensor. Das heißt der Messbereich geht von einem vollständigen Vakuum bis zu 2,50bar, also ca. 1,5bar über dem Atmosphärendruck. Angegeben wird ein Druckbereich von 2,9 bis 36,3psi absolut, was in etwa einem Ladedruck von 21,6psi entspricht.

Wenn sie höhere Ladedrücke fahren wollen, erhalten sie [[1]] Informationen darüber, wie man andere Sensoren mit der MegaSquirt verwendet. Oder besuchen Sie die entsprechenden Websites der Händler (http://www.megamanual.com/v22manual/mintro.htm#group) um mehr über deren 4-Bar-Sensor für die MegaSquirt zu erfahren.


IAT Sensor[Bearbeiten]

Dieser sollte im Ansaug-System irgendwo nach dem Verdichter und dem Ladeluftkühler platziert werden. Denn er soll ja die Temperatur der Luft erfassen, die in die Zylinder strömt. Sie können ihn vor die Drosselklappe oder in den Luftsammler der Ansaugbrücke montieren, beide Positionen eignen sich hervorragend. Sie müssen darauf achten, dass sie einen offenen Sensor verbauen. Normale geschlossene Bauformen sind mit einem Messinggehäuse ummantelt, was die Reaktionszeit stark verzögert und die schnell ansteigenden Lufttemperaturen bei ansteigendem Ladedruck zu spät registrieren. Weitere Informationen hierrüber finden im Kapitel [and Wiring] des original MegaManual.


Speed Density oder Alpha-N[Bearbeiten]

Bei einem aufgeladenem Motor können sie aussschließlich das Speed Density-Verfahren einsetzen. Bei aufgeladenen Motoren gibt es keinerlei Beziehung zwischen der Drosselklappenstellung und der Drehzahl gegenüber dem Kraftstoffbedarf. Deswegen ist eine Verwendung von Alpha-N nicht möglich.


Einen Turbo-Motor mit der MegaSquirt abstimmen[Bearbeiten]

Um die Einspritz-Kennlinie eines aufgeladenen Motors mit der MegaSquirt zu erstellen, müssen sie mit einigen Parametern hantieren. Auch hier sind am wichtigsten der Req_Fuel-Wert und die VE-Tabelle (8x8 oder 12x12 Liefergrad-Tabelle). Unter Ladedruck sollten sie versuchen ein AFR von 11,0 – 12,5:1 zu erreichen, unter leichten Lasten 15 – 17:1.

Haben sie keine MegaSquirt, benötigen sie ein Steuergerät für den zusätzliche benötigten Kraftstoff, eine Kraftstoffdruckregler welcher den Druck erhöht, oder sie müssen sich einen anderen Trick einfallen lassen, wie sie zusätzlichen Kraftstoff bei Ladedruck zuführen. Mit einer MS jedoch müssen sie dazu lediglich längere Pulsbreiten in die VE-Tabelle programmieren.

Startet ihr Motor und läuft im Leerlauf, können sie mit dem Abstimmen fort.

Mit Beginn des Tunings (Abstimmens) sorgen sie dafür, dass sie:

  • Eine Ladedruck- und Kraftstoffdruckanzeige eingebaut haben. Das Geld sollten sie investieren, wenn sie einen bestimmten Ladedruck (z.B. über 5 – 7psi) erzielen wollen. Sie werden froh sein, so etwas verbaut zu haben.
  • Nie mehr als eine Änderung zu ein und demselben Zeitpunkt durchführen und das sie stets die Möglichkeit offen lassen, zum ursprünglichen Zustand zurückzukehren.
  • Nie mit einem Fahrzeug fahren, bei dem sie noch keinen stabilen Leerlauf zustande bekommen haben. Kümmern sie sich immer erst um den Leerlauf.
  • Die Beschleunigungsanreicherung (accel) nicht tunen, bevor ihre VE-Tabelle fertig abgestimmt ist.
  • Das Fahrzeug nie fahren wenn sie einen klopfende Verbrennung wahrnehmen können. Finden sie erst die Ursache und beheben sie das Problem. Ursachen können sein: Zu mageres Gemisch, zu viel Frühzündung, zu heiße Zündkerzen (http://ngksparkplugs.com/tech_support/spark_plugs/index.asp), oder eine zu hohe Kompression.
  • Immer genug Kraftstoff zur Verfügung haben. Ihr komplettes Kraftstoffsystem – von der Pumpe über die Schläuche bis hin zu den Düsen selbst – müssen die benötigte maximale Durchflussmenge immer liefern können. Nur eine einzige Komponente, welche das System drosselt, kann dazu führen, dass sich ihr Motor selbst zerstört.
  • Ein 82° oder 71°C Thermostat verbaut haben. Ein um einige Grade kühlerer Motor kann helfen Klopfen zu verhindern.
  • Ihre Zündung auf Spät gestellt haben. Versuchen sie es zu Beginn mit 5 – 8° später als original. Sie können später noch damit experimentieren.
  • Guten Kraftstoff gekauft haben. Zumindest zum Abstimmen sollten sie das beste Benzin besorgen, dass sie bekommen können (mindestens 92 oder 93 Oktan). Das Abstimmen ist nicht der richtige Zeitpunkt um herauszufinden, mit was sie Leben können.
  • Wenn der Motor unter Ladedruck betrieben wurde, er mindestens 2 Minuten im Leerlauf Zeit bekommt, bevor sie ihn abschalten. Das kühlt den Turbo herunter, lässt ihn herunterdrehen und hilft ein „Kochen“ zu verhindern. Ein Turbolader wird durch das Motoröl (und eventuell auch durch Kühlerwasser) gekühlt. Unter Druck können Turbolader sehr heiß werden. Wenn sie nun den Motor plötzlich stoppen würden, würde auch das Öl und die Kühlerflüssigkeit nicht mehr zirkulieren und das Öl kann im Zentrum des Laders verbrennen und sich langsam aufbauen – die sogenannte Ölkohle. Das kann zu Ölleckagen am Lader führen, was das weitverbreitetste Problem an Turboladern ist.

Um alle Parameter der MegaSquirt so zu tunen, dass sie das bestmögliche aus ihrem Motor rausholen, müssen sie folgendes tun:

  1. Als erstes: Lernen sie mit MegaTune umzugehen.
  2. Als nächstes stellen sie die Konstanten ein.
  3. Bringen sie den Motor zum Laufen und stellen sie den Leerlauf ein.
  4. Stellen sie die Kriterien der PWM (Pulsweitenmodulation) ein.
  5. Stellen sie die Kaltstart- und Aufwärmanreicherung ein.
  6. Stimmen sie die VE-Tabelle ab.
  7. Stellen sie die Beschleunigungsanreicherung ein.
  8. Überprüfen sie einige bestimmte Widerstände auf ihre Betriebstemperatur.

Sie sehen, dabei handelt es sich um dieselben Schritte, wie bei einem Saugmotor. Denn die Prozedur ist bei einem Turbo-Motor auch dieselbe, ausgenommen das Abstimmen der VE-Tabelle und der Zündzeitpunkttabelle. Alle anderen der obigen Schritte werden im Kapitel Tuning des MegaManuals für die MS-I und MS-II ausgiebig behandelt, lesen sie die Details bitte dort nach.

Das Abstimmen gestaltet sich mit einer Breitband-Lambdasonde wesentlich einfacher. Bei einem Turbo-Motor kann die Sonde entweder im Abgaskrümmer oder im „Downstream“ (auslassseitiges Rohr Richtung Abgastrakt) vom Turbo platzieren. Oftmals besteht das abgasseitige Gehäuse, das bei modernen Turboladern angeflanscht ist (und ggf. das Wastegate enthält) nicht nur aus einem 90°-Bogen der das Anschließen des Abgastrakts sehr viel einfacher macht, sondern verfügt auch über eine Gewindemuffe für eine Lambdasonde.


Die VE-Tabelle auf einen aufgeladenen Motor abstimmen[Bearbeiten]

Um die Einspritz-Kennlinie eines Motors mit der MegaSquirt zu erstellen, müssen sie mit einigen Parametern arbeiten. Die beiden wichtigsten sind der Req_Fuel und die VE-Tabelle (8x8 oder 12x12 „Volumetric Efficiency Table“ = Liefergrad-Tabelle). Sie sollten versuchen ein AFR von 12,5 – 13,1:1 unter Volllast und 15 – 17:1 unter leichter Last mit einem Saugmotor zu erreichen. Ein aufgeladener Motor hingegen benötigt zum Teil ein fetteres Gemisch und Last.

Wenn sie beginnen die VE-Tabelle abzustimmen, stellen sie zunächst den Ladedruck so niedrig wie möglich ein, wenn sie ein verstellbares Wastegate haben. Aktivieren sie das Datalogging in MegaTune. Fahren sie ein paarmal vorsichtig die Straße auf und ab, vermeiden sie hierbei so gut es geht hohen Ladedruck indem sie die Drehzahl niedrig halten und nur wenig Gas geben. Stellen sie nun die VE-Tabelle so ein wie es der Mega Log Viewer (http://www.ideasandsolutions.biz/MegaLogViewer/download/) vorgibt. Noch ein bisschen mehr Abstimmarbeit und sie können schon ein wenig mehr zur Sache gehen. Erhöhen sie die Drehzahlen oder erhöhen sie den Ladedruck ein bisschen. Tun sie das keinesfalls' wenn irgendwelche Probleme auftauchen; Fehlzündungen weil das Gemisch zu mager ist, wiederwillige Hochdrehen weil das Gemisch zu fett ist, o.ä.

Die VE-(Liefergrad-)Werte die in die 8x8 bzw. 12x12 große VE-Tabelle der MegaSquirt eingegeben werden, sind tatsächlich eigentlich das Produkt VE x Gamma. Gamma ist hierbei das Verhältnis aus dem stöchiometrischen AFR (Air Fuel Ratio) zu dem aktuellen AFR, also stöch. AFR / akt. AFR. VE selbst wird in Prozent angegeben (d.h. ein VE-Wert von 65 steht für 65% Liefergrad bei 14,7:1 AFR) – es sei denn sie haben „seperate AFR & VE tables“ in der MS-II angewählt.

Wie bei den meisten auf MAP basierenden EFIs („Electronic Fuel Injection“) bezieht sich dieser VE-Wert (prozentuale Zylinderfüllung) auf den Ansaugrohrdruck, gemäß folgender Formel:

Luftmasse im Zylinder = ( VE x MAP x Zylindervolumen ) / R(Konstante) x MAT

Demnach erhöht sich die Masse der Luft im Zylinder mit ansteigendem Ladedruck, aber VE – die Effizienz der Motorgeometrie und der Ventil-Steuerzeiten – steigt nicht weiter an. Dafür gibt es viele Gründe. Einer der wichtigsten ist, der Rest an Abgasen der im Zylinder verbleibt und den Platz für die Luft wegnimmt, die man versucht in den Zylinder zu befördern. Der Mechanismus der diese „EGR“ („Exhaust Gas Recirculation“ = Abgasrückführung) bewirkt ist die Überschneidung des Einlass- und Auslassventiles. Wenn der Ladedruck ansteigt, fließt Abgas während diesem Fenster des gleichzeitig geöffnetem Ein- und Auslassventils in den Zylinder zurück, da der Abgasgegendruck bei hohen Ladedrücken ansteigt, bis hin zu einem Druck der sogar höher liegt als der Druck im Ansaugrohr. In der Praxis drückt sich das so aus, dass die VE-Werte nie über 130% ansteigen. Mehr über die Formel welche die MegaSquirt zur Berechnung der notwendigen Kraftstoffmenge anwendete können sie hier nachlesen: www.megamanual.com/v22manual/mfuel.htm#equation.

Mit einer Schmalband-Lambdasonde ist es möglich ihren Motor auf ein stöchiometrisches Gemisch abzustimmen. Mit einer einfachen Rechnung kann man dieses Gemisch auch korrigieren. Wenn sie zum Beispiel eine stöchiometrische Verbrennung mit einem VE von 65% bei einer bestimmten Drehzahl und einem bestimmten MAP-Wert erzielen, müssen sie – um ein magereres Gemisch von 16,0:1 – wie folgt rechnen:

65% x ( 14,7 / 16,0 ) = 60%

Um ein VE von 80% auf 12,5:1 anzureichern:

80% x ( 14,7 / 12,5) = 94%

Bedenken sie, dass der MLV ein stöchiometrisches Gemisch anzeigt wenn die „Crossover Voltage“ auf 0,45 – 0,50 Volt (für eine Schmalbandsonde) eingestellt ist. Sie sollten den „EGO Switchpoint“ auf der „Enrichments“-Seite von MegaTune auf denselben Wert einstellen. Sie können dann den vom MLV vorgeschlagenen VE-Wert als Grundlage für die Errechnung nach obiger Formel benutzen.

Jedoch ist eine Schmalbandsonde nicht ausreichend um den Motor und Ladedruck oder hohen Drehzahlen abzustimmen. Das könnte zu ernsthaften Schäden am Motor führen! Sie sollten sicherstellen, dass sie unter hohen Lasten / hohen Drehzahlen stets ein fettes Gemisch fahren. Hierfür ist eine Schmalbandsonde ziemlich nutzlos. Als Starthilfe sollten sie mindestens ein Signal von 0,8 – 0,9 Volt von der Sonde bei Vollgas (WOT = „Wide Open Throttle“) bekommen. Beginnen sie mit einem sehr fetten Gemisch und magern sie es sehr vorsichtig ab, bis sie ihr Ziel erreicht haben.

Beim abstimmen ihrer VE-Tabelle müssen sie, gerade in der höheren Ladedruck- und Drehzahlbereichen, sehr behutsam vorgehen. Überstürzen sie es nicht; halten sie sich an einer angemessenen Vorgehensweise. Sie können ihren Motor zerstören, wenn sie sich nicht vorsichtig ein die korrekten VE-Werte „heranpirschen“. Um mit dem Abstimmen der Tabelle zu beginnen, bringen sie zunächst einmal den Motor auf seine Betriebstemperatur. Verwenden sie neue Zündkerzen und dann gehen sie auf eine „schwungvolle“ Fahrt.

Gehen sie sofort vom Gas, wenn sie Klopfen wahrnehmen können oder der Ladedruck höher ansteigt als sie geplant hatten. Nach dieser Fahrt entfernen sie wieder die Zündkerzen und untersuchen sie diese. Suchen sie nach Anzeichen von klopfender Verbrennung auf der Porzellan-Nase der Zündkerze, welche die mittlere Elektrode umgibt. Die Klopf-Explosionen machen sich als „Salz & Pfeffer“ bemerkbar; winzige Kohlenstoff- und/oder Aluminium-Flecken. Führen sie sich vor Augen, dass diese winzigen Aluminium-Flecken Stückchen ihrer Kolben sind, die angegriffen wurden – also haben sie stets ein Auge auf solche Anzeichen und beseitigen sie das Problem so schnell wie möglich!!!)


Wenn sie keine Flecken und „Salz & Pfeffer“ feststellen konnten, dann erhöhen sie den Ladedruck um ein paar psi und wiederholen das Ganze. Überprüfen sie die Zündkerzen nach jeder Testfahrt. Wenn sie immer weiter den Ladedruck erhöhen, werden sie irgendwann entweder das Klopfen hören können (gehen sie dann sofort vom Gas), oder sie werden die Anzeichen dafür auf den Zündkerzen sehen können. Daraufhin erhöhen sie entweder den Wert der VE-Tabelle an dieser Stelle, gehen sie etwas mehr auf Spätzündung (in der 12 x 12 Zündzeitpunkttabelle nur bei der MS-II, ansonsten mit den ihnen gegebenen Möglichkeiten), oder sie reduzieren den Ladedruck wieder. Betreiben sie keinen Motor der klopft, selbst wenn es nur kurz ist.

Gehen sie nicht übermäßig in die Spätzündung um das Klopf zu bekämpfen. Zu viel Spätzündung, lässt die Abgastemperatur sehr stark ansteigen und kann sogar zu einem hell rot glühenden Abgaskrümmer führen. Noch schlimmer wären die Schäden an den Auslassventilen, dem Turbinenrad, dem Katalysator und am Krümmer selbst. Es kann auch zu Feuer im Motorraum kommen!

Bei OEM-Anwendungen von Turboladern, sind die Motoren so sorgfältig geplant, dass sie Abgastemperaturen von 870°C nie überschreiten. Wenn sie sich selbst dabei ertappen, wie sie mehr als 0,3 – 0,4° für jedes kPa über 100kPa auf Spätzündung gehen um das Klopfen zu beseitigen, dann sollten sie aufhören weiter auf Spätzündung zu gehen und stattdessen mehr Kraftstoff zuführen. Mehr Kraftstoff erhalten sie indem sie die VE-Tabelle in 2 bis 3%-Schritten erhöhen; solange bis sie sicher sind, dass kein Klopfen mehr auftritt und die Abgastemperatur gesunken ist.

Sie können die Skalierung der Zeilen und Spalten von RPM und MAP setzen wie sie wollen, allerdings dürfen sie die Reihenfolge der Tabelle im Auslieferzustand nicht ändern. Die MAP-Werte können sich bei den MegaSquirt Controllern die ab 2002 verkauft wurden zwischen 0 und 250kPa bewegen. Wählen sie die Skalierung so, dass sie den kompletten Drehzahl- und Ladedruckbereich des Motors abdecken. Denn sie wollen ja schließlich den ganzen Bereich von der langsamsten Leerlauf-Drehzahl bis zur Drehzahlgrenze („red line“) abdecken, genauso wollen sie ja auch den MAP-Bereich vom Leerlauf und dem Verzögern (wo er noch niedriger liegt) bis hin zum vollen Ladedruck abdecken. Eine gleichmäßige Aufteilung der Skalierung funktioniert gut, möglicherweise werden sie aber auf eine bessere Aufteilung für ihre Anwendung kommen.

Im Allgemeinen werden VE-Werte über 100% nur dazu benutzt, um das Gemisch anzureichern. Selbst bei einem aufgeladenen Motor mit einem maximalen Ladedruck von 20lbs/in werden für gewöhnlich keine extrem hohen VE-Werte erreicht. Der unter Ladedruck zusätzlich notwendige Kraftstoff wird mittels der Kraftstoffgleichung anhand des MAP-Wertes errechnet:

PW = REQ_FUEL x VE x MAP x E + accel + Injector_open_time

Somit führt ein Erhöhen des VE zu einer Anreicherung des Gemisches und im Umkehrschluss führt ein Erhöhen des Ladedrucks nicht zu einem Abmagern des Gemisches.

Im Wesentlichen wird die Luftmasse nach dem idealen Gasgesetz berechnet (P x V = n x R x T; wobei der P eine Funktion aus VE und MAP ist, das Volumen V ist der Hubraum, die Lufttemperatur T ist eine Funktion aus E, R ist die Gaskonstante, gesucht wir n – die Masse der angesaugten Luft). Das Resultat davon wird dann noch mit einem für die jeweilige Einspritzdüse charakteristischen Wert verrechnet.

Wenn sie die Injector Opening Time korrekt ermitteln konnten und der REQ_FUEL genau die Durchflussrate der Einspritzdüse repräsentiert, dann entsprechen die VE-Werte weitestgehend dem oben genannten VE x gamma. Ist jedoch die Injector Opening Time nicht richtig, oder der REQ_FUEL ist es nicht, dann verzerren sich die Zahlen um den Wert des Fehlers. Generell sollten sie den errechneten REQ_FUEL verwenden und nicht abändern, ausgenommen für die ersten Startversuche mit dem Motor.

Die Zahlen in der 8 x 8 oder 12 x 12 Felder großen Tabelle sind gamma-Werte, ein Produkt aus [Lambda x VE]. Lambda ist hierbei das Produkt aus [AFR / stöchiometrischen AFR] x VE, der Volumetric Efficiency (Liefergrad). Werte jenseits der Grenzen der Tabelle werden am Grenzwert extrapoliert (hochgerechnet), die Fläche jenseits der Tabelle ist also flach. Denken sie daran, dass sie die Skalierung für RPM und MAP ändern können, um ihren Arbeitsbereich besser zu erfassen.

Unten sehen sie als Beispiel eine VE-Tabelle für einen hypothetischen 2.0Liter 4-Zylinder-Motor mit Turbolader, Ladeluftkühler und Wassereinspritzung. Ausgestattet mit 500ccm-Einspritzdüsen, tauglich für eine Drehzahl bis zu 6.500 U/min und einem maximalen Ladedruck von 20psi. Leistung 250 hp und mehr:

VE Turbo.png


In der obigen Tabelle können sie sehen wie die VE-Werte über 100kPa langsam und kontinuierlich ansteigen. Das Ziel ist es ausschließlich das Gemisch anzureichern (der gleiche Effekt den ein lastabhängiger Benzindruckregler hätte). Bei einer Drehzahl von 2.500 U/min haben wir zum Beispiel ein VE von 79% bei einem MAP von 100kPa, bei einem MAP von 250kPa hingegen liegt der VE bei 94%. Das VE von 79% würde dem entsprechen, wenn es sich um einen Saugmotor handeln würde und lässt vermuten, dass an diesem Punkt ein AFR von 13,0:1 voliegt. Durch anheben des VE auf 94% würden wir folgendes erhalten:

AFR(250) = VE(100) / VE(250) x AFR(100)
AFR(250) = 79% / 94% x 13,0 = 10,9:1

Diese sehr fette Gemisch bewerkstelligt folgendes:

  • Es kühlt die Kolben, die Ventile und den Brennraum herunter
  • Es sorgt für einen Gewissen Schutz vor Klopfen da das Gemisch gezwungen ist langsamer abzubrennen

Die Verwendumg einer Lambdasonde macht die späteren Abstimm-Fahrten um einiges einfacher, da sie gemachte Datalogs heranziehen können um mittles MegaLogViewer die VE-Tabelle schonmal grob während ein paar Fahrten die Straße auf und ab abzustimmen. Noch ein bißchen mehr Tuning und sie können den Motor schon ein bißchen härter rannehmen. Tun sie das jedoch nicht wenn irgendwelcje Probleme auftauchen (Fehlzündungen = Gemisch zu mager / wiederwilliges Raufdrehen = Gemisch zu fett). Um mehr zu fahren empfiehlt es sich, das Kapitel übers Datalogging und MSTweak3000 durchzulesen.

Fahren sie sich nicht bei einer aktuellen AFR-Zahl fest! Damit das obige Beispiel auch funktionieren soll, darf sich kein Rand parameter ändern; der Injector-Offset, die Injector Battery Voltage Correction, der REQ_FUEL, die Air Temperature Correction. Bedenken sie dass das einzige AFR welches mit einer Schmalbandsonde bestimmt werden kann 14,7:1 ist, alles weitere ist eine Schätzung basierend auf diesem Wert. Sollten sie eine Weitband-Sonde verwenden, so können sie den AFR direkt von der Ausgangsspannung des Sensors bzw. des zugehörigen Controllers ablesen und benutzen um ihre VE-Tabelle zu optimieren.

Bei einem Turbo-Motor hat man schnell mal einen zu hohen Ladedruck oder zu wenig Kraftstoff erreicht, was zu ernsten Schäden am Motor führen kann. Um beim Abstimmen mit der MegaSquirt auf der sicheren Seite zu bleiben, sollten sie ganz besondere Vorsicht im Bereich von hohen Ladedrücken / hohen Drehzahlen walten lassen. Wann immer möglich, sollten sie den Ladedruck mittels der Wastegate-Einstellung reduzieren (vorausgesetzt das Wastegate lässt sich einstellen). Erst wenn sie mit der Abstimmugn des Druckbereichs zu frieden sind, sollten sie den Ladedruck ein bißchen erhöhen (1 – 2psi) und den Bereich neu erarbeiten.

Suchen sie sich jemanden, der mit ihnen zum Abstimmen herumfahren kann. Beobachten sie wo der „Punkt“ sich unter lasst aufhält – darauf sollten sie ihr Tuning fokussieren. Verwenden sie die Tasten Pfeil hoch + Shift um den jeweiligen VE-Wert anzureichern. Reichern sie die vier angrenzenden Felder indem sie 5mal die Tasten-Kombination drücken und warten sie ab, ob sich eine Besserung einstellt. Stellen sie den O2 Closed Loop Mode ab indem sie die Step Size auf null setzen. Beobachten sie die O2-Anzeige auf dem Tuning-Bildschirm und verwenden sie dieses Feedback um die Tabelle an- oder abzureichern. Es kann sein dass die Anzeige zu schnell zwischen fett und mager hin- und herspringt um es als Feedback zu verwenden. Eine andere Strategie ist es mit der EGO Correction zu arbeiten. Aktivieren sie diese und verwenden sie die EGO-Correction-Anzeige wie die EGO-Voltage-Anzeige. Wird eine Correction kleiner 100% angezeigt, dann erhöhen sie den VE-Wert um die Correction anzuheben und so weiter und so fort.


Quelle: MegaManual unter http://www.megamanual.com/index.html