Wasserschnecke
Continental und BMW haben einen gemeinsam entwickelten Turbolader jetzt mit dem Dreizylindermotor im Mini mit 100 kW erstmals in Serie gebracht. Es ist der erste Abgasturbolader mit Vollaluminiumgehäuse und Wasserkühlung in einem Serien-Pkw
München, 4. August 2014 – Continental und BMW haben einen gemeinsam entwickelten Turbolader jetzt mit dem Dreizylindermotor im Mini mit 100 kW in Serie gebracht. Es ist der erste Abgasturbolader mit flüssigkeitsgekühltem Vollaluminiumgehäuse in einem Serien-Pkw.
Das Patent für einen Turbolader mit wassergekühlter Turbinenschnecke aus Leichtmetall hat sich Continental bereits 2008 erteilen lassen, und wie man aus der Patentschrift erkennt, war die Idee schon damals nicht neu. Der Verdienst der Ingenieure bei Continental besteht darin, die Gehäusegestaltung so vereinfacht zu haben, dass der Gusskörper einteilig und damit ohne zusätzliche Dichtflächen sowohl betriebssicher als wirtschaftlich zu fertigen war.
Wasserschnecke (3 Bilder)
(Bild: Continental)
Man gießt das doppelwandige Ladergehäuse nun mit einem "Lost Foam"-Einsatz an der Stelle, an der im fertigen Lader das Kühlmittel fließen wird. Das ist im Bereich des Abgaseinlaufs und um das Abgasturbinenrad herum, also eigentlich überall, wo Abgas in Kontakt mit Aluminium kommt. Dieser Bereich muss während des Betriebs des Laders intensiv gekühlt werden, damit man dort überhaupt Aluminium verwenden kann. In den bereits langjährig bewährten Anwendungen von Wasserkühlung an stählernen Gehäusen dagegen genügt ein einfacher Kühlkanal im Bereich der Wellenlagerung.
Ohne Kühlung kein Aluminium
Bei herkömmlichen Ladergehäusen verwendet man im Bereich der Abgasturbine Stahlguss mit hohem Nickelanteil. Dieser Bereich wird bei Vollast so heiß, dass der Stahl glüht. Die Legierung mit verschiedenen anderen Metallen soll Stabilität garantieren und Spannungsrissen durch die dauernde, wechselnde Temperaturbelastung vorbeugen. Weil für das Aluminiumgehäuse keine teuren Bestandteile wie für eine Stahllegierung, Beispiel Nickel, mit stark schwankendem Weltmarktpreis benötigt werden, sinken die Herstellungskosten.
Dank des Kühlmittelstroms im Aluminiumgehäuse wird seine Oberfläche außen nicht heißer als 120 °C, innen bleibt die Oberflächentemperatur unter 350 °C, der "magischen" Grenze für die Wärmestabilität von Aluminium. Durch die geringere Gehäusetemperatur sinkt zudem der Aufwand zum Wärmeschutz benachbarter Komponenten. Die stärkere Kühlung des Abgasstroms soll außerdem bewirken, dass der Katalysator nicht so heiß wird und daher kaum mehr thermisch altert. Wenn zum Bauteilschutz auf eine Vollastanreicherung verzichtet werden kann, bedeutet das einen je nach Fahrweise geringeren Verbrauch in Kundenhand.
Eine weitere Verbesserung im Verbrauch bringt das Wärmemanagement, das durch die gekühlte Krümmer/Laderkombination ermöglicht wird. Der große Wärmeeintrag ins Kühlwasser bereits direkt nach dem Start wird von einem entsprechend positionierten Öl/Wasser-Wärmetauscher genutzt, um das Motoröl möglichst schnell zu erwärmen und damit die Reibleistung zu verringern. BMW beziffert den Wärmegewinn im NEFZ auf beachtliche 19 °C. Als positiver Nebeneffekt ergibt sich dabei auch ein verringerter Motorverschleiß.