Supercharged/Turbo supercharged engine

[ready4takeoff]

Hi

 

Vor meinem ATPL Lehrgang hab ich nicht gerade viel von Motoren etc. verstanden, finde deshalb die ganzen Triebwerke eigentlich sehr spannend. Hab nun doch ne Verständnisfrage zu diesen Supercharged/Turbo supercharged Motoren.

 

Uns wurde generell die MAP Anzeige bei Constant Speed Props vorgestellt. Davor bei fixed pitch lernten wir mit dem Carburettor dass da Treibstoff durch Unterdruck angesogen wird, was dann beim constant speed prop analog war (-> mehr Leistung je tiefer MAP da mehr angesaugt wird, so hab ichs mir zumindest erklärt).

 

Nun bei diesen Supercharged Motoren hab ich eigentlich zwei Fragen. Die eine Frage bezieht sich eben auf die MAP und wo genau dann Treibstoff angesogen wird. Die Luft wird ja verdichtet, weshalb wohl entweder der Treibstoff wohl vor dieser Verdichtung angesogen werden muss oder danach eingesprizt wird oder? (also handelt es sich hier wohl nicht mehr um nen Carburettor?)

 

Und dann wurde leider nur kurz darauf eingegangen bezüglich dem Unterschied zwischen Supercharged und Turbo supercharged. Wie das funktioniert versteh ich eigentlich. Aber da wird erwähnt, dass der Turbo Supercharged Motor eine fast konstante Power mit der Höhe hat, weil die MAP gehalten werden kann. Sagt mir jetzt so gar nichts. Wie kann man sich das vorstellen? Und wieso ist das beim "nur" supercharged Motor nicht möglich?

 

Viele Grüsse

Patrick

[Michael F]

Hi

 

Vor meinem ATPL Lehrgang hab ich nicht gerade viel von Motoren etc. verstanden, finde deshalb die ganzen Triebwerke eigentlich sehr spannend. Hab nun doch ne Verständnisfrage zu diesen Supercharged/Turbo supercharged Motoren.

 

Uns wurde generell die MAP Anzeige bei Constant Speed Props vorgestellt. Davor bei fixed pitch lernten wir mit dem Carburettor dass da Treibstoff durch Unterdruck angesogen wird, was dann beim constant speed prop analog war (-> mehr Leistung je tiefer MAP da mehr angesaugt wird, so hab ichs mir zumindest erklärt).

 

Nun bei diesen Supercharged Motoren hab ich eigentlich zwei Fragen. Die eine Frage bezieht sich eben auf die MAP und wo genau dann Treibstoff angesogen wird. Die Luft wird ja verdichtet, weshalb wohl entweder der Treibstoff wohl vor dieser Verdichtung angesogen werden muss oder danach eingesprizt wird oder? (also handelt es sich hier wohl nicht mehr um nen Carburettor?)

 

Und dann wurde leider nur kurz darauf eingegangen bezüglich dem Unterschied zwischen Supercharged und Turbo supercharged. Wie das funktioniert versteh ich eigentlich. Aber da wird erwähnt, dass der Turbo Supercharged Motor eine fast konstante Power mit der Höhe hat, weil die MAP gehalten werden kann. Sagt mir jetzt so gar nichts. Wie kann man sich das vorstellen? Und wieso ist das beim "nur" supercharged Motor nicht möglich?

 

Viele Grüsse

Patrick

 

 

Hallo Patrick,

 

bin leider grade todmüde und daher nicht mehr sehr erklärfähig, aber ich geh mal auf das ein was mir ins Auge springt, was ich sofort erklären kann.

 

Der Turbo Supercharged Motor jagt den Exhaustgasflow nochmal durch einen Radialcompressor und danach durch eine Radialturbine, beides auf einen Shaft montiert. Sprich hier wird wie bei nem PKW mit Turbo der Exhaust verwendet um noch einmal in Energie umgewandelt zu werden.

Hoffe das war mit deiner Frage gemeint.

 

Dann zu dem ersten Teil deines Posts, ich verstehe nicht genau was du meinst, aber ich glaube ich habe einen kleinen Denkfehler entdeckt. Ob ein (Kolben-)triebwerk einen Fixed-pitch (ohne RPM-Lever) oder einen Constant Speed Prop (mit RPM-Lever) hat ist unabhängig davon, ob das Flugzeug einen Carburettor (Sprich Vergaser) hat oder über Direct Injection (Direkt Einspritzung am Cylinder) verfügt.

Beispiel:

Katana DA20 mit dem Rotax 80PS Motor: Carburettor Triebwerk, allerdings mit Constant Speed Prop (fliegt allerdings nur mit Throttle und RPM lever, da hier die Mixture konstant mit Best Power ratio 12:1 zugeführt wird)

Diamond DA40 mit dem IO360 Lycoming: Einspritztriebwerk, ebenfalls mit Constant Speedprop.

Gibt aber auch: C152 mit Carburettor Triebwerk, mit fixed Pitch. Da hast du dann nur nen Throttle und nen Mixture Lever. (D.h. Throttle + Mixture Lever, allerdings dafür nicht mit RPM Lever).

Du siehst, es gibt sämtliche Varianten, ich hoffe, das trägt ein bisschen zum Verständnis bei (und ich hoffe du hast das überhaupt gemeint ^^)

 

Viele Grüße,

Michael

[MarkusP210]

Supercharger = mechanisch über Zahnriemen angetriebener Roots-Kompressor

Turbolader = Mittels Abgasstrahl angetriebene Turbine welche wiederum eine Frischluftkompressorstufe (auf derselben Welle) antreibt.

 

http://en.wikipedia.org/wiki/Supercharger

 

Beide Prinzipien sind in der Lage, beim Flugzeugtriebwerk bis in grössere Höhen den Ladedruck für maximale Leistung aufrecht zu erhalten. Es wird lediglich dafür gesorgt, dass der Motor auch in grossen Höhen genügend Verbrennungsluft erhält. Der Ort der Einspritzung oder Vergasung des Treibstoffs ändert sich dadurch nicht.

 

Markus

[Brufi]

Patrik,

 

Die Gemischaufbereitung (Benzin - Luft) kann durch verschiedenartige Einrichtungen erfolgen, entweder Vergaser (Carburetor) oder Einspritzung (Injection).

Dies hat aber mit dem Typ des Propellers (Festpropeller / fixed pitch oder Verstellpropeller £/ constant speed) der vorne am Motor drangeschraubt ist rein gar nix zu tun.

 

Beim Motor mit Festpropeller genügt als Mass für die Leistungseinstellung (power setting) die Drehzahl alleine. Nicht so, wenn ein Verstellpropeller (constant speed) verwendet wird, denn in diesem Fall wird die Drehzahl durch die Propellereinstellung bestimmt. Ob man dann etwas mehr oder etwas weniger Gas gibt verändert zwar die Leistung aber nicht die Drehzahl. Es braucht also eine zusätzliche Anzeige, eben den Ladedruck (manifold pressure, kurz MAP). Der Ausdruck Ladedruck mag hier etwas verwirren, denn dies gilt ja auch für Saugmotoren, wo ja kein Überdruck im Ansaugrohr herrschen kann. Mit Ladedruck ist aber eben der absolute barometrische Druck der Frischladung, also des angesaugten Luft-Benzin-Gemischs, gemeint und zwar im Ansaugrohr, nach der Drosselklappe. Je grösser dieser Druck, eben der Ladedruck, desto mehr Gemisch wird pro Ansaugtakt in den Zylinder gezogen und umso mehr Leistung gibt der Motor ab.

Kurz: Die Leistungseinstellung eines Motors mit Verstellpropellers besteht immer aus zwei Werten, der Drehzahl UND dem Ladedruck (manifold pressure / MAP).

 

Bei aufgeladenen Motoren wird die Luft (oder das Gemisch) dem Motor mit Druck zugeführt. Dadurch lässt sich die Leistung erhöhen und bei Flugzeugmotoren gilt insbesondere, dass sich dadurch die Leistung in grösserer Flughöhe halten lässt. Bei Saugmotoren fällt die Motorenleistung in der Höhe ab, weil dort oben der Luftdruck geringer wird.

Heutzutage werden aufgeladene Motoren praktisch alle mit Benzineinspritzung gebaut und nicht mit Vergaser. Den Grund dazu hast Du selber richtig festgestellt, mit der komprimierten Luft wird ein herkömmlicher Vergaser nicht funktionieren, da würde es einige Zusatztricks brauchen. Dies wurde in der Vergangenheit so gelöst, dass der Vergaser vor dem Kompressor angebracht wurde, d.h. der Kompressor verdichtete nicht Luft sondern Benzin-Luftgemisch. Sehr viele der grossen, äusserst leistungsstarken Kolbenmotoren aus der Zeit des 2. Weltkriegs und danach in der Propeller-Airliner Aera waren so gebaut.

Die Benzineinspritzung hingegen funktioniert auch bei aufgeladenen Motoren ohne weiteres.

 

Es gibt, wie Du richtig geschrieben hast, zwei unterschiedliche Arten von Aufladung, nämlich mit mechanisch angetriebenem Kompressor oder mit Abgasturbolader.

Beiden Systemen gemeinsam (jedenfalls bei den Flugmotoren) ist der Kompressor, es werden bei beiden Systemen Radialkompressoren verwendet, also ein Flügelrad welches mit sehr grosser Drehzahl läuft und die Luft axial ansaugt und radial nach aussen schleudert und dadurch verdichtet. Der Unterschied liegt nur im Antrieb des Kompressors: Beim mechanisch angetriebenen Kompressor (supercharger) wird dieser vom Motor selber über ein Übersetzungsgetriebe angetrieben und nimmt so dem Motor mechanisch ein wenig Leistung weg.

Die Drehzahl des Kompressors ist dabei fest mit der Drehzahl des Motors über ein Getriebe gekoppelt. D.h. in sehr grosser Höhe, wo der Umgebungsdruck sehr gering wird, kann die Drehzahl des Kompressors nicht weiter gesteigert werden und der maximal erzielbare Ladedruck MAP kann nicht gehalten werden. Dieser Nachteil wird dadurch kompensiert, dass der Kompressor gross genug und mit entsprechend hoher Drehzahl (durch die Getriebeübersetzung) gebaut wird, damit er in der gewünschten Maximalhöhe noch den erforderlichen Ladedruck erzeugen kann. In geringerer Höhe darf der Pilot dann einfach nicht Vollgas geben, sonst wird der Motor überlastet. Eine zweite Möglichkeit, welche genutzt wurde, ist ein Schaltgetriebe für den Kompressorantrieb. In grosser Höhe kann der Kompressor in den zweiten Gang geschaltet werden wodurch seine Drehzahl grösser wird und er mehr Druck erzeugen kann.

Bekannte Beispiele dafür:

1.)Wright Turbocompound Cyclone 18 R-3350, 18 Zylinder Doppelsternmotor mit 54.9 l Hubraum und 3450 PS. Vier dieser Motoren treiben die Lokheed L-1049 Super Constellation an.

2.) Rolls-Royce Merlin, 12 Zylinder V Motor mit vier Ventilen pro Zylinder , Hubraum 27 l. Die Baureihen 60 bis 66 waren mit einem zweistufigen Radialkompressor (also zwei Kompressoren hintereinandergeschaltet) mit zweigang Schaltgetriebe ausgestattet und konnten bis auf 7200 m/M den maximalen Ladedruck halten!! Der Merlin (bzw. der Amerikanische Lizenzbau Packard V-1650) waren u.a. in den Spitfires, Hurricanes, Mustangs P-51, Moskito und Lancaster eingebaut.

 

Volumetrische Kompressoren, also z.B. Rootsgebläse, sind bei Flugmotoren eher nicht verbreitet, sondern kommen bei Starssenfahrzeugen zum Einsatz.

 

Beim Abgasturbolader (erfunden im gleichen Land wie Ricola, von einem Herrn Büchi) wird der Kompressor von einer Turbine angetrieben. Die Turbine wird mit dem Abgas des Motors beaufschlagt und sitzt auf einer freilaufenden Welle zusammen mit dem Kompressorlaufrad. Auch dieser Antrieb nimmt dem Motor etwas Leistung weg, weil das Abgas nach dem Auslassventil des Zylinders ein wenig aufgestaut wird. Durch diesen etwas höheren Gegendruck braucht es etwas mehr Ausstossarbeit im Zylinder, aber dies nur nebenbei.

Das besondere an der Abgasturboaufladung (turbo supercharging oder auch kurz turbocharging) ist der Punkt, dass die Drehzahl des Laders völlig frei von der Motorendrehzahl ist. Im gleichmässigen Lauf ist die Nutzleistung der Turbine gleich gross wie die Antriebsleistung für den Kompressor.

In grosser Höhe, d.h. bei geringen Umgebungsdruck, steigt die Turboladerdrehzahl von selbst an, weil die dünnere Luft dem Kompressor weniger Leistung abverlangt, ihn also weniger stark bremst. Bei grösserer Drehzahl resultiert aber eine höhere Verdichtung und dadurch wird der Ladedruck praktisch gehalten oder fällt jedenfalls weniger ab als beim supercharger, obwohl der Druck der angesaugten Umgebungsluft je länger desto kleiner wird. Das funktioniert allerdings auch nicht beliebig lange, irgendwo geht auch dem Turbolader der Druck langsam aber kontinuierlich aus.

 

Gruss

 

Philipp

[ready4takeoff]

Vielen vielen Dank! 1A Erklärung, hast mir alle Unkarheiten aus dem Weg geräumt! :)

[Markus "Tomcat"]

Jetzt könnten wir noch den Unterschied zwischen "turbocharged" (TN) und "turbonormalized" (TN) ins Rennen werfen. :)

[Danix]

[Pingelig]

 

Es heisst Carburator.

 

[/Pingelig]

 

 

Alle englischen Wörter mit Wortstamm eines substantiviertem lateinischen Verbs enden auf -ator: terminator, animator, generator...

[Markus "Tomcat"]

[Pingelig]

 

Es heisst Carburator.

 

[/Pingelig]

 

 

Alle englischen Wörter mit Wortstamm eines substantiviertem lateinischen Verbs enden auf -ator: terminator, animator, generator...

 

Falsch.

 

http://www.merriam-webster.com/dictionary/carburetor

 

http://en.wikipedia.org/wiki/Carburettor

 

Etc.

 

:008:

[Brufi]

[Pingelig]

 

Es heisst Carburator.

 

[/Pingelig]

 

 

Alle englischen Wörter mit Wortstamm eines substantiviertem lateinischen Verbs enden auf -ator: terminator, animator, generator...

Ist nicht pingelig, ich finde korrekte Schreibweise auch erstrebenswert. Der Punkt hier ist die unterschiedliche Schreibweise in England, USA, Canada, Australien, usw. :confused:

 

Gruss

 

Philipp

[MarkusP210]

Jetzt könnten wir noch den Unterschied zwischen "turbocharged" (TN) und "turbonormalized" (TN) ins Rennen werfen

 

Das Prinzip bleibt dasselbe, die Regelung ändert sich

 

Markus

[Tigerstift]

Ist nicht pingelig, ich finde korrekte Schreibweise auch erstrebenswert. Der Punkt hier ist die unterschiedliche Schreibweise in England, USA, Canada, Australien, usw. :confused:

 

Gruss

 

Philipp

 

Genau,

 

die Amis schreiben Carburator -> http://dict.leo.org/ende?lp=ende&lang=de&searchLoc=0&cmpType=relaxed&sectHdr=on&spellToler=on&chinese=both&pinyin=diacritic&search=vergaser&relink=on

 

Wie war das noch mit dem Fahrwerk:005:

 

Undercarriage auf der Insel und Landing Gear in Amiland:005::007:

[ready4takeoff]

Also bei mir im Skript steht carburettor :-)

[Markus "Tomcat"]

Genau,

 

die Amis schreiben Carburator -> http://dict.leo.org/ende?lp=ende&lang=de&searchLoc=0&cmpType=relaxed&sectHdr=on&spellToler=on&chinese=both&pinyin=diacritic&search=vergaser&relink=on

 

Wie war das noch mit dem Fahrwerk:005:

 

Undercarriage auf der Insel und Landing Gear in Amiland:005::007:

 

Da würd' ich dem LEO mal nicht so blindlings vertrauen. :001:

 

Die FAA z.B. (sind ja Amis, glaube ich) weiss nix von dem was Du da so schreibst.

 

http://www.faa.gov/search/?q=carburetor

[Danix]

Unglaublich, diese Amis! :001:

 

Carburator ist sicher die ursprüngliche Schreibweise. Aber die vielen Generationen von Piloten haben der Sprache wohl nicht gut getan...

 

Carburator

 

Ich würde eine Wette abschliessen, dass die richtigen Wörterbücher (also solche zum Blättern, ihr erinnert euch, wie Encyclopedia Brittanica oder Oxford Dictionary) meine Schreibweise bevorzugen würden. Carburator heisst nämlich nichts anderes als Verbrenner. Carburare oder was, brennen, wie in Carbon, Carbid, Carrabinieri (;)) und ator ist derjenige, der es macht.

 

Dani

[Markus "Tomcat"]

Unglaublich, diese Amis! :001:

 

Carburator ist sicher die ursprüngliche Schreibweise. Aber die vielen Generationen von Piloten haben der Sprache wohl nicht gut getan...

 

Carburator

 

Ich würde eine Wette abschliessen, dass die richtigen Wörterbücher (also solche zum Blättern, ihr erinnert euch, wie Encyclopedia Brittanica oder Oxford Dictionary) meine Schreibweise bevorzugen würden. Carburator heisst nämlich nichts anderes als Verbrenner. Carburare oder was, brennen, wie in Carbon, Carbid, Carrabinieri (;)) und ator ist derjenige, der es macht.

 

Dani

 

 

Und schon wieder eine Wette verloren. Oh well.

 

:008:

 

http://www.britannica.com/EBchecked/topic/95297/carburetor

 

http://www.askoxford.com/results/?view=dict&freesearch=carburetor&branch=13842570&textsearchtype=exact

[Danix]

OK, diesmal sind die Engländer die schuldigen... :p

[Brufi]

Carburator heisst nämlich nichts anderes als Verbrenner. Carburare oder was, brennen, wie in Carbon, Carbid, Carrabinieri (;)) und ator ist derjenige, der es macht.

Spaghetti Carbonara :p

 

Gruss / Philipp

[Brufi]

Turbo Supercharging vs. Turbonormalizing:

 

Turbo Supercharging:

Ein aufgeladener Motor mit Abgasturbolader bekommt seine Verbrennungsluft bei Vollast mit Überdruck, also höherem Druck als 1013 hPa / 29.92 "HG zwangsgefüttert, der Motor wird sozusagen druckbeatmet. Dadurch kann er, im Vergleich zu einem Saugmotor mit gleichem Hubraum, eine höhere Leistung erzielen. Typische Ladedrücke bei solchen Motoren sind so im Bereich von etwa 40"HG bei T/O Power. Wegen dem hohen Ladedruck bei Vollast muss allerdings das Verdichtungsverhältnis des Motors etwas verkleinert werden und auch der Zündzeitpunkt kann weniger früh eingestellt werden als bei einem vergleichbaren Saugmotor. Dies hat den Nachteil, dass der Wirkungsgrad des Motors schlechter wird, d.h. der spezifische Verbrauch (kg fuel pro kWh abgegebene Antriebsenergie) wird schlechter. Dies insbesondere, weil bei cruise power der Ladedruck (MAP) wesentlich geringer sein wird und dann wegen dem kleineren Verdichtungsverhältnis die Verdichtungsenddrücke im Zylinder ziemlich klein sind. Dies verschlechtert den thermodynamischen Wirkungsgrad des Kreisprozesses deutlich.

Fazit: Something like a free lunch does not exist in this world!

 

Turbonormalizing:

Bei dieser Variante wird als Grundmotor ein herkömmlicher Saugmotor mit dem entsprechenden Verdichtungsverhältnis und Zündzeitpunkt verwendet. An diesen Motor wird ein Abgasturbolader angebaut, dessen maximaler Ladedruck allerdings begrenzt wird auf Normaldruck auf Meereshöhe, also 29.92 "HG. Dies wird erreicht durch eine entsprechende Regelung des Wastegate welches ein Bypassventil für das Abgas öffnet, neben der Abgasturbine vorbei, wenn der Ladedruck (MAP) den Maximalwert erreicht.

Beim Start wird somit ein solcher Motor praktisch nicht oder nur wenig aufgeladen und sieht die gleichen Bedingungen wie ein Saugmotor. Beim Steigflug in grössere Höhe wird der Turbolader je länger desto mehr in Aktion gesetzt und dadurch der Ladedruck erhalten wie bei Climb Power auf Meereshöhe und im Reiseflug genau gleich, der Ladedruck (MAP) bleibt auch im Reiseflug auf 20'000 ft oder 25'000 ft gleich hoch wie bei Cruize Power auf Meereshöhe.

So ein Motor hat den günstigeren Verbrauch als der Supercharged Motor, weil sein hohes Verdichtungsverhältnis erhalten bleibt.

Durch den Turboladeranbau wird dem Motor auf jeder Flughöhe ein normaler Luftdruck wie auf Meereshöhe eingespeist. Von daher kommt der Name Turbo Normalizing.

Turbo Normalizing wird als Nachrüstung angeboten für diverse Flugzeuge bzw. Motoren. Ein prominentes Beispiel ist der Turbo Normalizing Umbau der Firma Tornado Alley für die Cirrus SR22. Mehr dazu hier.

 

Gruss

 

Philipp

[TheAviator]

Ich habe gerade die super Erklärung von Brufi gefunden....

 

Die Sache mit der Nachrüstung (Turbonormalizing) würde mich interessieren. Für eine nicht-turbo Piper Arrow (LYC IO-360-C1C): Ist so etwas realistisch, hat jemand hier Erfahrungen gesammelt, wie hoch sind die Kosten und wer bietet so etwas an?

 

Viele Fragen...

Würde mich freuen, wenn jemand Bescheid weiss.

 

Danke / Gruss

Urs

[pilot-monitoring]

[Pingelig]

 

Es heisst Carburator.

 

[/Pingelig]

 

 

Alle englischen Wörter mit Wortstamm eines substantiviertem lateinischen Verbs enden auf -ator: terminator, animator, generator...

 

Hallo allerseits!

So ich den kein studierter Ingenieur bin, so bin ich doch wenigstens enthusiastischer "Lateiner"!

 

[OFFTOPIC]Und ich habe echt gestutzt, ob es das Wort "carburare" im Lateinischen gibt; fuer "verbrennen" faellt mir eigentlich nur "cremare" ("Krematorium") ein; habe auf die Schnelle auch nichts gefunden, was auch nur im Ansatz mit dem Stamm "Carbura-" oder aehnlichem... Liegt vielleicht daran, dass mit momentan leider kein richtiges Latein-Woerterbuch zur Hand liegt, sondern nur "das Internet"... Im Italienischen gibt's carburare, im Franzoesischen carburer, im Spanischen carburar, habe das ganze im Lateinischen noch nicht entdeckt, werde aber mal weiter recherchieren.

 

Es gibt sogar den Trend in dieser Gesellschaft, dass man versucht, moeglichst viele Fachbegriffe, moeglichst auf Lateinisch oder auch Griechisch, zu verwenden, diese dann aber oft so falsch sind oder gar nicht aus dem Lat/Gri stammen (Bsp: Evaluation klingt toll lateinisch, ist aber nichts anderes als reines Englisch/oder wenn dann beim von "casi" als Plural von "casus" die Rede ist, denke ich auch mehr ans Essen :p ). Nur so eine Beobachtung, ich moechte damit niemanden korrigieren oder aergern, sondern nur mal meinen Senf dazu- und einen klitzkleinen Denkanstoss mitgeben! Aprospos Senf: "senapis" auf Latein, auf (Alt)Deutsch Mostrich, moutard en français, mostaza auf spanisch, aber senape auf italienisch. achja, Englisch heisst er ja mustard... Dass Senf und senapis nun was miteinander zu tun haben, vermute ich mal...

[/OFFTOPIC]

Vielen Dank fuer die interessanten technischen Erlaeuterungen, wenn fuer mich als Laien auch nicht allzu leicht verstaendlich... Und die Spaghetti Carbonara ... einfach koestlich ;)

 

Salve!

Emanuel

PS: "Carbo, -nis" heisst ja auf Latein Kohle, also sind Spaghetti Carbonara quasi die "gekohlte" Variante, natuerlich ist auch hier ein Zusammenhang, wenn man auch sieht, dass dort viele Jahre von Laut- und auch "Sinn"verschiebungen dazwischenliegen ;) gut, jetzt halt ich aber den mund...