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Pneumatische vs Hybrid vs elektrisch gesteuerte Turboaktuatoren
Das Prinzip des Turbos mit variabler Geometrie (VGT) wurde möglicherweise in den 1950er Jahren von Garrett patentiert, aber erst 1988 wurde das erste Serienauto mit einem solchen Turbo ausgestattet. Der erste VGT (der übrigens wassergekühlt war) wurde für den 2,0-Liter-Motor des Honda Legend verwendet. In den folgenden Jahren wurde die Technologie immer mehr zum Mainstream und ist heute unverzichtbar. Obwohl der Betrieb in all den Jahren weitgehend gleich geblieben ist, sind verschiedene Variationen für die Steuerung der Schaufeln in der VGT aufgetreten. Wie genau funktionieren diese Techniken? Das können Sie in diesem Artikel lesen!
Was genau macht ein solcher Aktuator?
Der große Vorteil eines Turbos mit variabler Geometrie gegenüber den bis dahin herkömmlichen Turboladern besteht darin, dass er einstellbare Schaufeln verwendet. Durch Ändern der Position der Schaufeln kann die in den Turbo eintretende Abgasmenge variiert werden. Um sicherzustellen, dass die Position der Schaufeln tatsächlich einstellbar gemacht werden kann, kam die Idee für den Turboaktuator auf: Da ein VGT nur mechanisch ist, musste ein Gerät installiert werden, das kontrolliert am Gabelkopf des Einstellers ziehen konnte. Im Laufe der Jahre sind verschiedene Varianten dieser Aktuatoren auf den Markt gekommen. Wir werden diese unten diskutieren!
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Der pneumatische Aktuator
Zunächst ein Ausschluss, um Verwirrung zu vermeiden: Bei einem VGT finden Sie keinen vollständig pneumatischen Antrieb. Um jedoch zu verstehen, warum die ersten VGTs einen Aktuator verwendeten, der auf Luftdruck und Elektronik basiert, werden wir erklären, wie ein pneumatischer Aktuator funktioniert.
Pneumatische Stellantriebe funktionieren dank des Luftdrucks im Ansaugkrümmer. Sobald der Turbo zu laufen beginnt, baut sich dieser Luftdruck langsam auf. Sobald dieser Luftdruck einen vorgegebenen Grenzwert erreicht, öffnet der Stellantrieb ein Ventil im Turbo, das auch als Wastegate bezeichnet wird. Der Luftüberschuss kann sicher durch dieses Ventil fließen, bevor es den Motor erreicht. Der Turbo kann somit niemals mehr als den maximal eingestellten Luftdruck erzeugen.
Der Hybridantrieb
Der Hybridaktuator ist ein System, das bequem den oben beschriebenen pneumatischen Aktuator verwendet. Ein elektrisches Einstellventil (häufig zwischen dem pneumatischen Aktuator und dem Ansaugkrümmer positioniert) steuert, wie viel Luftdruck zum pneumatischen Aktuator strömen kann. Der pneumatische Aktuator steuert nicht mehr das Wastegate, sondern die Schaufeln im VGT.
Das elektrische Einstellventil wird von der ECU gesteuert: Ein Signal von der ECU lässt das elektrische Einstellventil mehr öffnen oder schließen, so dass der pneumatische Aktuator die Schaufeln mehr oder weniger einstellt. Der Hybridaktuator wird so zu einem dynamischen System.
Der elektrische Aktuator
Wie der Name schon sagt, wird ein elektrischer Aktuator vollständig von der Elektronik gesteuert. Luftdruck wird daher nicht mehr verwendet. Stattdessen wird ein Schrittmotor verwendet: ein bürstenloser Gleichstrommotor, der die Schaufeln in verschiedene Positionen bringen kann. Der Hauptvorteil gegenüber dem gerade erwähnten Hybridaktuator besteht darin, dass dieser elektrische Aktuator in der Praxis schneller und genauer reagieren kann.
Seit der Einführung des elektrischen Stellantriebs ist auch der Rest der Technologie im Auto nicht stehen geblieben. Ein modernes Steuergerät verfügt daher über eine enorme Menge an Informationen, die auch zur Steuerung der VGT nützlich sein können. Ein Beispiel: Bei einem kalten Motor soll der Turbo nicht maximal laufen, während Sie dies tun, sobald Sie das Auto mit einem warmen Motor in den "Sportmodus" versetzen. Diese Funktionalität ist jetzt möglich, da Sensoren, Aktoren und Systeme zusammenarbeiten können. Der elektrische Aktuator ist daher dynamischer als je zuvor. Also ein großer Fortschritt!
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