Wellness für den Kat

Nach einem zweistündigen Einsatz zeigen die Turbolader-Filter im Versuchsaufbau deutlich sichtbare Unterschiede. Links der Filter nach konventionell gedichtetem Lader mit deutlich sichtbarer Ölfracht. Der rechte Filter weist mit der neuen Turboladerdichtung keinerlei Ölfracht auf

Mit aktuellen Konzepten zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauches und der CO2-Emission hat die Turboaufladung in Motoren an Bedeutung zugenommen. Die serienreife gasgeschmierte Turboladerdichtung ermöglicht bei Drehzahlen bis 300 000 min-1 nicht nur höhere Ladedrücke ohne jede emissionskritische Ölleckage, sondern auch vielfältige weitergehende Optimierungsmöglichkeiten. Somit schafft sie die Grundvoraussetzungen, um mit zusätz- lichen motorischen Maßnahmen die Turbolader-Dynamik, das Ansprechen des Motors und damit den Verbrauch nachhaltig zu verbessern. Zudem können Turbolader mit mehr Freiheitsgraden im Motorraum positioniert werden.

Turbolader spielen in künftigen Motorenkonzepten eine entscheidende Rolle. Dabei sind höhere Ladedrücke für das Downsizing als auch bei der Verbrauchs- und Emissionsreduzierung unumgänglich. Damit rücken drei gravierende Schwachstellen traditioneller Turbolader in den Fokus – Blowby, Ölleckage und die ausschließlich horizontale Ausrichtung der Laderwelle.

Mit traditionellen Kolbenring-Dichtungen erreicht Blowby bei steigenden Turboladerdrücken Problemwerte. Unterdruck auf der Ansaugseite, verstärkt durch Drosselverluste im Ansaugtrakt und Pumpwirkung auf der Rückseite des Verdichterrads, verursacht Ölleckagen vom Ladergehäuse in die Ansaugluft. Dieses mitgerissene Öl mindert die Leistungsfähigkeit des Ladeluftkühlers, weil sich auf den Funktionsoberflächen im Ladeluftkühler Ablagerungen bilden. Außerdem wird vor allem bei Ottomotoren durch dieses Öl der Katalysator vergiftet. Die Kolbenringe sind Spaltdichtungen, die nicht mit Öl geflutet werden können. Dies ist ein wesentlicher Grund, weshalb Turbolader ausschließlich mit horizontaler Welle eingebaut werden. Dies mindert die Möglichkeiten zur optimalen Nutzung des immer kleiner werden Bauraums.

Als Teil von Freudenberg Dichtungs- und Schwingungstechnik hat Burgmann Automotive die Entwicklung einer innovativen Turboladerdichtung zur Serienreife geführt. Mit dieser Turboladerdichtung wird für Drehzahlen bis zu 300 000 min-1 sichergestellt, dass der Turboladerölraum in allen Betriebszuständen von der Zuluft abgekoppelt ist. Damit sinkt der Ölverbrauch durch Turbolader signifikant, denn jeder Öleintrag in die Ansaugluft wird zuverlässig verhindert. Da kein Öl mehr in die Verbrennungsluft eingeleitet wird, werden Katalysatoren geschont, außerdem wird den laufend steigenden Anforderungen an die Abgaswerte Rechnung getragen. Die Euro 5- und 6- sowie die US-Normen werden beherrschbar.

Auch das Blowby wird mit der neuartigen Turboladerdichtung um durchschnittlich 75 % gegenüber der traditionellen Abdichtung verringert.

Selbstregelnder Dichtspalt hoher Steifigkeit

Die neue Turboladerdichtung beruht auf dem Prinzip der gasgeschmierten Gleitringdichtungen, das im industriellen Bereich beispielsweise bei Turbokompressoren tausendfach bewährt ist. Die Dichtung besteht neben weiteren Komponenten aus einem Gleit- und einem Gegenring. Unmittelbar nach Beginn der Drehbewegung schwimmt die Gleitfläche selbsttätig auf einem durch Gasfördernuten erzeugten Gaspolster auf, das sich zwischen Gleit- und Gegenring ausbildet. Dieses Gaspolster wird durch sichelförmige Gasfördernuten in der Gleitfläche erzeugt. Die mehrdimensionalen Gasfördernuten bauen mit der Gegenstrom-Pumpwirkung einen selbst regelnden Dichtspalt auf. Die Dichtung arbeitet somit im Betrieb völlig berührungslos und praktisch verschleißfrei. Mit Hilfe der definierten Pumpwirkung gegen den Öldruck kann Öldichtheit auch bei einem Absolutdruck von 300 mbar auf der Ansaugseite erreicht werden. Drücke gegen Öl bis 3 bar und gegen Luft bis 5 bar sind problemlos abzudichten.

Ladeluftkühler bleibt sauber

Durch die außergewöhnlich hohe Dichtheit dieser Turboladerdichtung gibt es keine öl-bedingten Verschmutzungen am Ladeluftkühler. Signifikant ist das in der Abbildung dargestellte Ergebnis eines Zwei-Stunden-Versuchs bei Unterdruckbedingungen und nachgeschaltetem Filter zur Ölleckagebestimmung. Dargestellt sind zum einen das Filterelement eines mit Kolbenringen abgedichteten Turboladers sowie der direkte Vergleichsfilter eines mit der Turboladerdichtung abgedichteten Laders. Durch die drastisch gesenkte Ölbeladung der Verbrennungsluft wird der Aschegehalt im Abgas reduziert. Dadurch sinkt die Beladung des Dieselpartikelfilters, der wiederum kleiner ausgeführt werden kann.

Die hohe Dichtigkeit der Turboladerdichtung auch im Stillstand bietet zudem ideale Voraussetzungen für Start-Stopp-Systeme. Da diese Dichtung bereits bei Leerlaufdrehzahl des Laders gasgeschmiert, also berührungsfrei arbeitet, ist Verschleiß auch hier kein Thema. Die Forderungen der Automobilindustrie nach einer Lebensdauer von mindestens 350 000 Zyklen erreicht die Dichtung problemlos. Selbst nach Tests mit mehr als 1 000 000 Start-Stopp-Zyklen konnte keinerlei Verschleiß an den Dichtungskomponenten festgestellt werden und die Funktion bleibt über die Lebensdauer konstant. Mit dieser ausgeprägten Öldichtheit und der ausgezeichneten Standfestigkeit für Start-Stopp-Betrieb trägt die Turboladerdichtung auch wesentlich zur CO2-Reduzierung bei.

Freiheit für die Einbaulage

Die Turboladerdichtung erlaubt eine freiere Positionierung des Laders. Sie hat selbst unter einer vertikalen Versuchspositionierung, bei der das Öl unmittelbar auf der Dichtung stand, sehr gute Ergebnisse erzielt. Damit eröffnet sie völlig neue Möglichkeiten, den verfügbaren Bauraum besser zu nutzen sowie Abgassysteme und Abgaskrümmer konsequent strömungsoptimiert auszulegen. Hitzeschilde können entfallen, so dass Gewicht gespart wird. Eine Schrägstellung mit unten angeordnetem Verdichterrad verringert auch die Ölleckage auf der heißen Seite des Laders.

Emissionsreduzierung im Fokus

Die neuartige Turboladerdichtung ist eine wichtige Komponenten für das LESS-Konzept (LESS – Low Emission Sealing Solutions), mit dem Freudenberg umfassende Lösungen zur Emissionsreduzierung bietet. Für LESS hat Freudenberg seine Kernkompetenzen – tiefe Kenntnis der Dichtungstechnologie, führendes Werkstoff-Know-how, Mechatronik und Schmierstofftechnik – gebündelt. Sie bilden die Basis für innovative Lösungen in Motor, Antriebsstrang, Fahrwerk, Bremse, Kraftstoffversorgung, Energiespeicherung und Klimaanlage. Optimierte und speziell auf diese Komponenten ausgelegte Pakete aus Dichtungen und Elastomerverbundteilen minimieren Leistungsverluste in den Systemen und unterstützen direkt die Reduzierung von Emissionen.

Freudenberg Automotive Sealing;

Telefon: 06201 80 6730;

E-Mail: less@freudenberg-ds.com