Techniek : radiaal-axiaal turbo uitleg.

[oco1979]

Betere gasrespons met radiaal-axiaal turbo
Techniek 10425

De nieuwe Audi A3 wordt met een radiaal-axiaal turbo van Continental geleverd. Deze nieuwe turbo zorgt voor een betere gasrespons en minder uitstoot. Waar zitten de verbeteringen?

Betere gasrespons, minder turbolag en een efficiëntere motor. Audi noemt het rightsizing.
De turbo wordt toegepast op de nieuwe Audi A3 2.0 TFSI met motorcode EA888. Continental levert sinds 2011 turbo’s aan autofabrikanten en doet dit niet onverdienstelijk. Zo zijn zowel de Ford 1.0 liter Ecoboost als de BMW i8 ‘Engine of the year’ geworden. De Ford zelfs drie jaar achter elkaar, de i8 in 2015.

Rightsizing
“Bij het nieuwe motorblok hebben we bij Audi gekeken naar rightsizing in plaats van downsizing”, zegt Rainer Wurms, hoofd ontwikkelaar benzinemotoren bij Audi. ”Het motorblok moet bij de auto passen maar mag niet te veel uitstoten. Bij rightsizing zoeken we naar een balans tussen deze factoren. De nieuwe turbo van Continental heeft hierbij geholpen.”

Links een normale radiale turbo. De uitlaatlucht komt loodrecht op de lengterichting van de as binnen. Rechts de nieuwe RAAX turbo van Continental. De uitlaatlucht komt onder een minder scherpe hoek in het turbinehuis binnen.

Het verschil
In een ‘normale’ turbo komt de uitlaatlucht radiaal binnen. Dit betekent dat de uitlaatlucht loodrecht op de lengterichting van de as binnenkomt, dit zorgt voor veel weerstand. Bij de nieuwe turbo van Continental komt de uitlaatlucht radiaal-axiaal het turbinehuis binnen. Oftewel de lucht komt onder een minder scherpe hoek binnen, de uitlaatlucht ondervindt hierdoor minder weerstand. Een andere ontwikkelingen zien we bij het turbinewiel. De schoepen staan onder een grote hoek. Continental noemt de nieuwe techniek RAAX (radial-axial).

Minder massa
Door deze verbeteringen kan het turbinewiel kleiner worden uitgevoerd. Hierdoor gaat de massa van het turbinewiel omlaag, dit vermindert de massatraagheid en zorgt dus voor een betere gasrespons. De bestuurder merkt dit vooral tijdens het accelereren bij lage snelheden. Het motorblok wordt ongeveer 3% efficiënter wat voor minder uitstoot zorgt. Klinkt inderdaad als ‘rightsizing’.

Nog meer verbeteringen
Een andere vormgeving van het turbinehuis en -wiel zijn niet de enige verbeteringen. Er wordt een elektrische wastegate gebruikt en de turbo wordt volledig automatische in elkaar gezet op één productielijn. Terwijl veel turbo’s nog deels met de hand in elkaar worden gezet in meerdere stappen. De fabriek staat nu nog in Tsjechië maar Continental is ook bezig met een productielijn in China en Noord-Amerika.

Bekijk de video

Eerste publicatie door Joram Teunissen op 22 jun 2016
Laatste update: 24 jun 2016

 

[Cordoba]

Eerlijk gezegd vind ik het verhaal een beetje simpel: de luchtstroming door een turbo is niet 2-dimensionaal zoals het plaatje suggereert, maar echt 3-D, waardoor het verschil in de hoeken veel kleiner kan zijn dan het op het 2D-plaatje lijkt. Daarnaast pas je bij een turbo de vorm van de schoepen aan, aan de stromingsrichting, dat is gewoon standaardontwerpprocedure. Het verlagen van de luchtweerstand in de turbo lijkt op het eerste gezicht heel voordelig, maar besef ook dat juist de weerstand die de luchtstroming ondervindt, de turbo aan het draaien moet zetten.

Ook wordt heel simpel gezegd dat een turbinewiel kleiner kan worden uitgevoerd, en dus ook de massa naar beneden kan, ook deze opmerking is erg kort door de bocht: één van de belangrijke punten in het turbine deel van een turbo is de warmte-huishouding. Als je zomaar een turbo kleiner gaat maken, betekent dat dus ook dat die mindere massa van het turbinewiel heter zal worden, en het is de vraag of het materiaal dat aankan. Temperaturen bij een turbinewiel zijn ongeveer per definitie een issue, dus dat ligt een stuk lastiger dan in het artikel wordt gesuggereerd.

Wat zou het voordeel zijn van een elektrische wastegate? Mogelijk dat de druk waarbij ie opengaat niet afhankelijk is van de temperatuur? Bij een mechanische wastegate zal de veerconstante van de veer afnemen bij hoge temperatuur, dus zal ie op hogere temperatuur eerder openen, terwijl je bij een elektrische wastegate diverse parameters kan gebruiken om te bepalen wanneer de wastegate open moet (vergelijk het met de ECU die op basis van allerlei gegevens bepaald wanneer hoeveel brandstof ingespoten wordt in de motor).

Kortom naar mijn mening is lijkt dit verhaal te veel op 'nieuwere techniek, dus per definitie beter', of anders gezegd al 100 jaar komen er steed wasmiddelen op de markt die steeds witter wassen dan de voorgangers, maar in het straatbeeld heb ik nog geen verschil kunnen ontdekken met de vorige eeuw (dan heb ik het over het witte wasgoed).

 

[oco1979]

Eerlijk gezegd vind ik het verhaal een beetje simpel: de luchtstroming door een turbo is niet 2-dimensionaal zoals het plaatje suggereert, maar echt 3-D, waardoor het verschil in de hoeken veel kleiner kan zijn dan het op het 2D-plaatje lijkt. Daarnaast pas je bij een turbo de vorm van de schoepen aan, aan de stromingsrichting, dat is gewoon standaardontwerpprocedure. Het verlagen van de luchtweerstand in de turbo lijkt op het eerste gezicht heel voordelig, maar besef ook dat juist de weerstand die de luchtstroming ondervindt, de turbo aan het draaien moet zetten.

Ook wordt heel simpel gezegd dat een turbinewiel kleiner kan worden uitgevoerd, en dus ook de massa naar beneden kan, ook deze opmerking is erg kort door de bocht: één van de belangrijke punten in het turbine deel van een turbo is de warmte-huishouding. Als je zomaar een turbo kleiner gaat maken, betekent dat dus ook dat die mindere massa van het turbinewiel heter zal worden, en het is de vraag of het materiaal dat aankan. Temperaturen bij een turbinewiel zijn ongeveer per definitie een issue, dus dat ligt een stuk lastiger dan in het artikel wordt gesuggereerd.

Wat zou het voordeel zijn van een elektrische wastegate? Mogelijk dat de druk waarbij ie opengaat niet afhankelijk is van de temperatuur? Bij een mechanische wastegate zal de veerconstante van de veer afnemen bij hoge temperatuur, dus zal ie op hogere temperatuur eerder openen, terwijl je bij een elektrische wastegate diverse parameters kan gebruiken om te bepalen wanneer de wastegate open moet (vergelijk het met de ECU die op basis van allerlei gegevens bepaald wanneer hoeveel brandstof ingespoten wordt in de motor).

Kortom naar mijn mening is lijkt dit verhaal te veel op 'nieuwere techniek, dus per definitie beter', of anders gezegd al 100 jaar komen er steed wasmiddelen op de markt die steeds witter wassen dan de voorgangers, maar in het straatbeeld heb ik nog geen verschil kunnen ontdekken met de vorige eeuw (dan heb ik het over het witte wasgoed).

----------------------------------------------------------------------

Spreken hier wel nog van een klassieke turbo geen variabele want dat is waar jij vermoed ik wil zeggen.(diesel is deze van toepassing en nu bij sommige benzine wagens begin dat ook al.

Voordeel van elektrische wastegate :

Elektrische waste-gate op Mahle-Bosch turbo
Techniek

Alle toeleveranciers die met motorontwikkeling te maken hebben zagen de trend van downsizing met verkleinde turbomotoren opkomen. Dus niet alleen turbo’s op elke diesel, maar ook op veel benzinemotoren. Bosch en Mahlesloten daarom een verbond om zelf turbo’s te gaan maken. Ze hebben er nu een met elektrisch bediende waste-gate. Wat is daarvan het voordeel?

Er waren al een aantal grote turbofabrikanten, dus waarom stortten toeleveranciers als Bosch, Mahle en Continental zich ook nog eens op turbofabricage? Kunnen ze niet beter turbo’s inkopen als ze een motorsysteem ontwikkelen, of die inkoop overlaten aan het autoconcern dat de motoren maakt?

Toeleveranciers die in motordelen doen willen graag alles weten van turbo’s. Door ze zelf te ontwikkelen, maar ook zelf te onderzoeken waar die nog verbeterd kunnen worden. Zo komen ze bijvoorbeeld op een nieuwe bediening voor de overdrukklep.

Sneller en accurater

Gebruikelijk is dat de overdruk die de turbo in de inlaat maakt, gebruikt wordt om pneumatisch een waste-gate-klep aan de uitlaatkant van de turbo te bedienen. Loopt de compressordruk te hoog op, dan drukt die een membraan weg, waaraan een stangetje is gekoppeld. Dat stangetje bedient de waste-gate.

Zeker bij downsize-motoren moet die waste-gate nogal eens open. Bij zo laag mogelijk toerental van de motor moet de turbo al een behoorlijke compressordruk leveren. Dus al gauw wordt die druk bij wat hoger toerental te hoog, en moet de waste-gate ingrijpen.

De elektrische bediening van de waste-gate die Bosch-Mahle nu voorstelt doet dat sneller dan een pneumatische bediening. Bovendien onafhankelijk van de compressordruk. Hij is ook sterker.

Soepeler en zuiniger motor

Het zal nauwelijks verbazen dat de elektrische klepbediening heel snel reageert. In 80 milliseconde kan de overdrukklep tussen volledig open of dicht schakelen.

Dat de klepbediening ook sterk is bevordert de regelnauwkeurigheid. Het wil wel voorkomen dat drukpulsen in de uitlaat het sluiten van de overdrukklep belemmeren. Met als gevolg dat de turbo langzamer reageert, want hij bouwt pas compressordruk op als de overdrukklep dicht staat.

Snel regelen en reageren helpt om het vertraagd aanspreken op gas geven bij turbomotoren te bestrijden. Waarbij hier geen voorwaarde meer is dat de compressor redelijke druk levert, wil de pneumatische bediening van de waste-gate kunnen werken.

Nog een groot voordeel van snelle bediening is dat de tegendruk in de uitlaat zo laag mogelijk blijft. Die loopt op als de turbine wordt tegengehouden, wanneer de compressor bij dichte gasklep (gas loslaten) zijn lucht niet meer kwijt kan.

Via elektrische weg gaat dan meteen de waste-gate open, zodat het uitlaatgas om de turbine heen weg kan. Volgens Mahle zorgen lagere pompverliezen die deze snellere turboregeling oplevert voor een verbruikswinst tot 4%.

Peter Fokker (Redactie Auto & Motor TECHNIEK)

Foto's

• 
  
  Eerste toepassing van de turbo met elektrische bediening is op ‘een’ 1.2 motor van Duitse makelij. Deze dus, de nieuwe 1.2 TSI voor de Volkswagen Polo. Alleen steekt hier het stappenmotortje aan compressorzijde naar boven.
  

Eerste publicatie door Redactie AMT op 25 jan 2011
Laatste update: 11 apr 2015

 

[Cordoba]

Nee, @oco1979 Ik was al bang voor dit misverstand toen ik mijn tekst typte, maar wat ik bedoelde is dat de vorm van de schoepen bepaald wordt door de richting van de luchtstroom.
Het ontwerpen van een een turbo (vorm enz.) doe je niet in een werkplaats, maar achter een buro omdat je over de gehele turbo de doorlaatopening in de gaten moet houden(doorrekenen), en tegelijkertijd ook de richting en snelheid van de luchtstroom. Daarnaast moet je dan ook nog de temperatuurbelasting van je materiaal meerekenen, en nog een stel andere factoren. Het ontwerpen van een turbo is typisch een voorbeeld waar de vorm de functie volgt, als je dat andersom doet krijg je een waardeloze turbo. Bij veel andere zaken speelt de uiterlijke vorm ook mee, bij een turbo in principe helemaal niet.

Wat de elektrische bediening betreft: met de toelichting is duidelijk wat het voordeel is, maar een pneumatische bediening is niet zuiver pneumatisch, de klep is namelijk voorbelast met een veer, waarvan ik dacht dat het mogelijk de motivatie was om over te stappen op elektrische kleppen.

Wat de andere vorm van het turbinewiel betreft blijf ik wat sceptisch, maar mogelijk dat dit met mijn geschiedenis en de claims van de bedenker van de nieuwe vorm te maken heeft: als je ergens te maken hebt met het langzaam opspoelen van turbines, is het wel in straalmotoren in de luchtvaart, en laat nu juist bij die motoren de luchtstroom axiaal zijn, van voor tot achter door de turbine. Als je dan claimt dat je turbine sneller opspoelt, doordat je de lucht met een axiale component de turbine instuurt, dan gaan er bij mij een heel stel rode lampjes branden.

 

[oco1979]

Nee, @oco1979 Ik was al bang voor dit misverstand toen ik mijn tekst typte, maar wat ik bedoelde is dat de vorm van de schoepen bepaald wordt door de richting van de luchtstroom.
Het ontwerpen van een een turbo (vorm enz.) doe je niet in een werkplaats, maar achter een buro omdat je over de gehele turbo de doorlaatopening in de gaten moet houden(doorrekenen), en tegelijkertijd ook de richting en snelheid van de luchtstroom. Daarnaast moet je dan ook nog de temperatuurbelasting van je materiaal meerekenen, en nog een stel andere factoren. Het ontwerpen van een turbo is typisch een voorbeeld waar de vorm de functie volgt, als je dat andersom doet krijg je een waardeloze turbo. Bij veel andere zaken speelt de uiterlijke vorm ook mee, bij een turbo in principe helemaal niet.

Wat de elektrische bediening betreft: met de toelichting is duidelijk wat het voordeel is, maar een pneumatische bediening is niet zuiver pneumatisch, de klep is namelijk voorbelast met een veer, waarvan ik dacht dat het mogelijk de motivatie was om over te stappen op elektrische kleppen.

Wat de andere vorm van het turbinewiel betreft blijf ik wat sceptisch, maar mogelijk dat dit met mijn geschiedenis en de claims van de bedenker van de nieuwe vorm te maken heeft: als je ergens te maken hebt met het langzaam opspoelen van turbines, is het wel in straalmotoren in de luchtvaart, en laat nu juist bij die motoren de luchtstroom axiaal zijn, van voor tot achter door de turbine. Als je dan claimt dat je turbine sneller opspoelt, doordat je de lucht met een axiale component de turbine instuurt, dan gaan er bij mij een heel stel rode lampjes branden.

txs voor je mening en toelichting, zo blijft het leuk en kunnen we van elkaar nog dingen leren