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Saab Turbo Tips Funktion und Grundlagen
Inhalt:
- Der TURBO-TIP
- Die Geschichte der Turbolader
- Grundlagen der Aufladung
- Funktionsweise eines Turboladers
Saab 900 turbo mit APC-System
Wichtig beim einbau oder wechsel des Turboladers
Der TURBO-TIP
Saab 900 Turbos können genauso langlebig sein wie die Saab 900 i, verlangen dazu aber regelmäßige und umsichtige Pflege. Alle 10.000 km ein Ölwechsel mit vollsynthetischem Öl und Filterwechsel ist absolute Pflicht, soll der Lader nicht vorzeitig den Geist aufgeben. Nach hartem Einsatz (Autobahn) sollte man den Motor noch eine Minute im Stand laufen lassen, um die Laderwelle auslaufen zu lassen. Wird ein Motor, der mit hoher Drehzahl läuft, abgestellt, arbeitet der Turbolader über längere Zeit weiter, ohne daß die Schmierung des Turboladers sichergestellt ist. Deswegen sollten Sie den Motor erst noch ca. eine Minute bei niedriger Drehzahl laufen lassen. Beim Anlassen des Motors dauert es etwa 30 Sekunden, bis der volle Ölkreislauf aufgebaut ist. Erst dann darf der Motor auf höhere Drehzahl gebracht werden.
Die Geschichte der Turbolader
Das Wort "Turbo" wurde zum Status- und zum Modebegriff.
Der Turbolader ist fast so alt wie die Geschichte der Verbrennungsmotoren. Bereits Rudolf Diesel (1896) und Gottlieb Daimler (1885) suchten durch Vorverdichtung der Luft die Leistung der Motoren zu erhöhen.Dem Schweizer Ingenieur Alfred Büchi wurde 1905 ein Patent für ein Verfahren erteilt, indem er die Restenergie der Abgase eines Hubkolbenmotors zum Antrieb einer Turbine nutzte, die ihrerseits einen Kompressor antreibt, der die Ansaugluft für den Motor vorverdichtet. Dies war die Geburtsstunde der heutigen Abgas-Turbolader. Büchi gelang mit dieser Kombination eine Leistungssteigerung von über 40%. Wegen der grossen Abmessungen der Turbolader beschränkten sich die ersten Anwendungen allerdings auf Grossmotoren, wie sie z. B. in Schiffen verwendet werden.
Der erste Einsatz im Nutzfahrzeugsektor wurde von der Schweizer LKW-Fabrik Saurer im Jahre 1938 verwirklicht. Wichtig war eine verbesserte Höhenleistung der Saurer LKW’s und Omnibusse. Durch die Hersteller Chevrolet und Oldsmobile erfolgten in den USA der 70er Jahren erste Einsätze von Turboladern im PKW. Diese Anwendungen waren aber vorübergehender Natur, weil trotz des erheblichen technischen Aufwandes die erreichte Zuverlässigkeit nicht befriedigen konnte. Durchgesetzt hat sich die Turboaufladung erst nach der grossen Ölkrise im Jahre 1973, und zwar zunächst im Nutzfahrzeugsektor, deren Dieselmotoren heute fast zu 100% mit Turboladern ausgerüstet sind.
Die aufgeladenen Benzinmotoren waren zwar sehr leistungsstark, aber nicht unbedingt sparsam. Wegen der noch relativ grossen Turbolader mit entsprechendem Trägheitsmoment des Läufers reagierten die Turbomotoren nur verzögert auf Bewegungen des Gaspedals. Das so genannte Turboloch bedeutete eine Komforteinbuße, die erst durch die wesentliche Verkleinerung der Turbolader behoben werden konnte. Der eigentliche Durchbruch für die Turbolader in Massenfertigung gelang mit dem aufgeladenen Dieselmotor für den VW Golf und den Turbodiesel 300 SD der Firma Daimler Benz im Jahre 1978.
Während zum heutigen Zeitpunkt sich die Aufladung der Dieselmotoren mit einem Abgas-Turbolader praktisch zu 100% durchgesetzt hat ist bei den Benzinern immer noch wenig angebot. Einzig allein Saab hat seit den 70er Jahren konsequent auf Turbo gesetzt. Das lag wohl auch an den hohen Kosten der Bauteile, die für die Massenhersteller nie interessant waren. Heute wird die Aufladung nicht nur unter dem Aspekt der Leistungssteigerung, sondern auch im Hinblick auf die Kraftstoffersparnis und die Verbesserung der Abgaswerte gesehen.
Dies gilt auch für die Aufladung von Otto-Motoren, die besonders im Hinblick auf die günstigeren Abgaswerte weiter zunimmt. Ein weiterer Vorteil der Turbomotoren in Großserie sind die günstigeren Produktionskosten, weil ein 4-Zylinder Turbomotor in der Fertigung billiger ist als ein 6-Zylinder Saugmotor gleicher Leistung. Hinzu kommt noch, dass ein 6-Zylinder Saugmotor in Größe und Gewicht einem 4-Zylinder Turbomotor unterlegen ist, was sich auf das Gesamtfahrzeuggewicht und den Kraftstoffverbrauch negativ auswirkt.
Aus den verschiedenen Möglichkeiten zur Aufladung von Hubkolbenmotoren hat sich der Turbolader gegen die mechanisch angetriebenen Kompressoren wie auch den Druckwellenlader erfolgreich durchgesetzt.
Als 1977 von Saab serienmäßig der Turbolader für Personenkraftwagen eingeführt wurde, verfügte Saab-Scania bereits über intensive Erfahrungen mit Turbomotoren bei Lastwaggen und Bussen. Saab war einer der ersten PKW-Hersteller der Welt, der die Turbotechnik für eine normale Straßenlimousine anwandte. Die Leistungserhöhung durch den Turbomotor spürt man schon bei niedrigen Drehzahlen. Bereits bei 3.000 Motorumdrehungen liefert der Motor maximale Zugkraft.
Grundlagen der Aufladung eines Turboladers " ein kleines Rad macht Druck"
Die Leistung eines Verbrennungsmotors hängt von der Luft- und der entsprechenden Kraftstoffmenge ab, die für die Verbrennung im Motor zur Verfügung stehen. Um 1 kg Kraftstoff vollständig zu verbrennen, benötigt der Motor ca. 14 kg Luft (Lambda = 1). Soll die Leistung des Motors erhöht werden, muss mehr Luft und Kraftstoff zugeführt werden. Mehr Kraftstoff macht aber nur Sinn, wenn eine ausreichende Menge Sauerstoff für die Verbrennung vorhanden ist, ansonsten würde nur unnötig Kraftstoff verbraucht. Wird zusätzlicher Kraftstoff zugeführt, ohne dass der notwendige Sauerstoff verfügbar ist, kommt es zur Überhitzung des Motors oder auch zu einem stark (schwarz) rauchenden Motor.
Bei einem Saugmotor läßt sich die Leistung im wesentlichen dadurch steigern, dass man den Hubraum oder die Drehzahl erhöht. Mit einem grösseren Zylindervolumen erhält man aber grössere, schwerere und somit auch teurere Motoren. Die Erhöhung der Drehzahl zieht eine Reihe von Problemen, z.B. höheren Verschleiß, nach sich. Steigert man sie dennoch, besteht die Gefahr der Überbeanspruchung einzelner Motorbauteile.
Die eleganteste Lösung zur Steigerung der Motorleistung besteht deshalb in der Vorverdichtung der Ansaugluft, d.h. dem Motor wird die Saugarbeit abgenommen. Wenn die Arbeit der Vorverdichtung aus der Nutzung der Restenergie in den Abgasen bewirkt wird, spricht man von Aufladung im modernen Sinn, wie sie z. B. durch Abgas-Turbolader oder Druckwellen-Lader verwirklicht werden.
Mechanisch angetriebene Kompressoren zur Aufladung wie beim VW G40 entziehen dem Motor Nutzleistung, d.h. der wirtschaftliche Gesamtwirkungsgrad ist schlechter als bei einer Abgasturboaufladung wie beim Saab.
Funktionsweise eines Turboladers
Beim Verlassen des Zylinders haben die heissen Abgase (Temperatur ca. 1100° C) eine hohe Restenergie und damit die Möglichkeit, Arbeit zu leisten. Über den Einlaßbereich des Turbinengehäuses strömen die Abgase auf das Turbinenrad. Der sich verengende Querschnitt des Turbinengehäuses sorgt dafür, dass die thermische Energie der Abgase in kinetische Energie umgewandelt wird.
Die hohe Strömungsgeschwindigkeit der Abgase versetzt dann das abgasseitige Turbinenrad in Drehung, d.h. die kinetische Abgasenergie wird in mechanische Energie umgewandelt. Entsprechend sinkt der Druck und die Temperatur im Abgas. Das Turbinenrad ist mit dem Verdichterrad durch eine Welle fest verbunden. Vom Verdichter wird Frischluft aus der Atmosphäre angesaugt, verdichtet und mit dem entsprechenden Druck dem Motor zugeführt. Dem Motor wird also die Saugarbeit abgenommen. Mit der erhöhten Kraftstoffmenge für die vorverdichtete Luft kann der Motor eine höhere Leistung abgeben. Der wirtschaftliche Gesamtwirkungsgrad des Motors wird verbessert, d. h. er arbeitet, bezogen auf die Leistung, insgesamt kostengünstiger.
Führen Sie Leistungsverlust und Störungen des Motors nicht voreilig auf den Turbolader zurück ,oft werden einwandfrei funktionierende Turbolader unnötigerweise abgebaut und ersetzt.
Tritt am Auspuff blauer Rauch auf, überprüfen Sie, ob der Luftfilter verschmutzt ist oder der Motor durch Verschleiß zu hohen Ölverbrauch aufweist was beim Saab selten der Fall ist.
Überprüfen Sie erst danach den Turbolader. Läuft er zu laut, untersuchen Sie alle Verbindungen auf der Druckseite des Turboladers. Treten schwarzer Rauch bzw. Leistungsverlust auf, überprüfen sie auch in diesem Fall zuerst den Motor.
Die Hauptursachen eines Turboladerschadens sind, unzureichende Schmierung, Eintritt von Fremdkörpern, verschmutztes Öl, Überhitzung nach sofortiger Motorabschatung nach schneller Autobahnfahrt. Eigentlich ist der Turbolader im Saab kein Verschleisteil, manche halten ein Autoleben lang also beim Saab auch mal 300.000 - 400.000 km ohne Probleme (aus eigener Erfahrung).
Bei mangelnder Schmierung fallen die Lager aus. Dadurch schleifen Verdichter- und Turbinenrad in den Gehäusen, die Dichtungen werden beschädigt und außerdem kann die Welle abscheren.
Fremdkörper beschädigen Turbinen- und Verdichterrad. Die daraus resultierende Unwucht beschädigt die Dichtbuchsenbohrungen und Lager. Verschmutztes Schmieröl führt zur Riefenbildung an Wellenzapfen und Lagern.
Ölbohrungen sowie Abdichtungen setzen sich zu und verursachen hohe Ölverluste.
Also immer beachten für ein langes Turboleben:
- regelmässig Ölwechsel mit Filter beim Saab 900 alle 10.000 km
- gutes Öl (kein Baumarkt-Öl)
Ein kaputter Turbolader läßt sich entdecken, indem man bei warmgefahrenem Motor aus dem Leerlauf kurz das Gaspedal voll durchdrückt. Eine kleine Wolke blauer oder weißer Rauch deuten auf bevorstehende hohe Rechnungen hin.
Von außen eindringende Teile wie Sand, Schmutz, Schrauben und ähnliches werden durch vor dem Verdichter befindliche Luftfilter abgefangen. Der Luftfilter ist in regelmäßigen Abständen zu warten.
Versuchen Sie nicht, im Do-It-Yourself-Verfahren am Turbolader zu arbeiten Der Turbolader ist einfach aufgebaut. Allerdings sind die Einzelteile mit Fertigungstoleranzen bis zu 1/1.000 mm hergestellt. Die Turbolader erreichen im Betrieb eine Drehzahl von bis zu 120.000 U/min. Diese müssen daher auf einer speziellen Maschine gewuchtet werden. Überlassen Sie daher Ihren Turbolader einem Spezialisten. Der Turbolader -Händler mit geschultem Personal und Spezialwerkzeugen wartet und überholt Ihren Turbolader zu Ihrer Zufriedenheit.
Versuchen Sie, größeren Schaden am Turbolader zu vermeiden falls Sie Öllecks, Vibrationen oder unnatürliche Geräuschentwicklung des Turbo-Laders bemerken, stellen Sie sofort den Motor ab.
Die Störungsursache ist im Anfangsstadium eventuell einfach zu beseitigen. Wird der Turbolader jedoch weiter betrieben, kann dies zu hohen Folgeschäden führen.
Da der Turbolader mit sehr hohen Drehzahlen läuft, kann selbst der kleinste Fehler über die rotierenden Teile auf andere Bauteile wie Lager, Dichtungen usw. übertragen werden und diesen stark beschädigen. (Bei hohen Drehzahlen können bei einem Turbolader, der unzureichend geschmiert ist, die Lager innerhalb weniger Sekunden ausfallen.)
Verwenden Sie Ihren Turbolader nicht für einen anderen Motorentyp der Turbolader-Händler kann Ihnen sagen, ob Sie Ihren Original-Turbolader gegen einen anderen austauschen können, ohne die Motorleistung bzw. - charakteristik zu ändern.
Besonders beim Saab sollten Sie niemals versuchen, die Betätigungsstange der Ladedruckregelung ohne fachkundige Hilfe zu verändern. Ihr Turbolader wurde vom Werk optimal ausgelegt. Arbeitet der Turbolader bei höheren Ladedrücken als vom Motorenhersteller zugelassen, kann der Motor heißlaufen und Kolben, Zylinderkopf oder Motorlager können ausfallen.
Das gilt besonder für manipulierte APC-Steuergeräte. Der Saab 900 Softturbo hat den selben Turbolader wie der Vollturbo der aber nur mit einem Ladedruck von max. 0,45 bar betrieben wird um ohne APC-Regelung nicht an die Klopfgrenze zu kommen.
Auf dem Fotos ist ein Garrett Turbolader für dem Saab 900 II oder 9-3 zu sehen.
Saab 900 turbo mit APC-System
Der Softturbo 104 kw hat den selben Turbolader wie der Vollturbo 118 -136 kw der aber nur mit einem Ladedruck von max. 0,45 bar betrieben wird um ohne APC-Regelung nicht an die Klopfgrenze zu kommen. Der Vollturbo hat einen wesendlich höheren Ladedruck von max 0,75 bar der aber vom APC-System kontinuierlich geregelt wird. Das APC-System misst mit einem Klopfsensor ob der Motor den Ladedruck verträgt und regelt den Ladedruck zurück wenn der Motor am die Klopfgrenze kommt. Eine echte Lebensversicherung für den Motor.
Zum Schema: 1. APC-Box rechts im Kotflügel steuert das System. 2. Zündverteiler. 3. Klopfsensor im Motorblock. 4. Druckmesser. 5. Das Mangnetventil. Sobald der Motor zu klopfen beginnt verrringert das APC-Ventil (5.) den Ladedruck.
Es wurden Turbolader von Mitsubishi und Garrett verbaut, wobei die Mitsubishi-Lader in den jüngeren Modellen zu finden sind.
Bei den älteren Saab 900 bis ca. Modell 1987 sind die Turbolader nur mit einer Ölkühlung und ab Modell 1988 mit einer Öl- und Wasserkühlung versehen. Auf dem Fotos ober und unten ist ein Mitsubishi Turbolader mit einer Öl- und Wasserkühlung für den Saab 900 Modell 1988 bis 1993 zu sehen .
Wichtig beim einbau oder wechsel des Turboladers
Der Motor darf nicht gestartet werden wen die Laderwelle nicht ausreichend Ölgeschiert ist.
Da nach dem einbau oder wechsel des Turboladers und anschießendem starten des Motors es zum sofortigen drehen der Turbine kommt, aber es einige sekunden dauert bis die nötige löversorgung gewährleistet ist, kommt es oft zur sofortingen schädigung der Laderwelle.
Abhilfe schaft vor anschluss der Ölzuleitung an der oberseite des Turboladers Motorenöl ein zu füllen.
Öl einfüllen am roten verschussdeckel. Der Garrett Turbolader auf dem Foto ist vom Saab 99 turbo
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