Der Verdichter (engl. compressor) ist die kalte Seite des Turboladers, die die angesaugte Luft im Verdichterrad mit hoher Drehzahl stark beschleunigt. Im anschließenden Diffusor und der Sammel-
spirale wird die Luft wieder verzögert und damit und auf höheren Druck gebracht.
Das Betriebsverhalten des Verdichters wird über sein Kennfeld beschrieben.
Verdicherkennfeld Prinzipbild
Dieses und das weitere mit freundlicher Genehmigung von BorgWarner-Turbosystems zur Verfügung gestellte Verdichterkennfeld stellt das prinzipielle Verhalten eines im Abgasturbolader üblichen Radial-verdichters dar. Dieser grundsätzliche Aufbau ist dabei unabhängig vom jeweils konkret zutreffenden Kennfeld allgemein gültig. Auf der linken senkrechten (Y-) Achse ist das Druckverhältnis aufgetragen.
Auf der unteren waagrechten (X-) Achse ist der Durchsatz in cbm/s oder kg/s vermerkt.
Im Kennfeld sind die Wirkungsgradlinien als Muschelkurven, die Drehzahlkurven sowie die Pumpgrenze als Linie für den jeweils minimalen Durchsatz und die Stopfgrenze als Maximaldurchsatzlinie aufgezeichnet.
Kennfelder sind allgemein auf (je nach Hersteller unterschiedliche) Normbedingungen reduziert.
Bei KKK waren diese 981 mbar und 20 Grad C. Deshalb müssen im nächsten Schritt die dortigen Werte
auf die effektiven Zustände der jeweiligen Motor- und Umfeldkonfiguration umgerechnet werden.
Um näher zu untersuchen, ob ein Verdichter für einen konkreten Motor geeignet ist oder welches Betriebs-verhalten mit einem bestimmten Verdichter zu erwarten ist, muß etwas tiefer in die Materie eingestiegen werden.
Hierzu wurde als Beispiel ein älterer KKK-Verdichter dargestellt. Zusammen mit der darin enthaltenen Vollast-Betriebslinie des Audi 100 können hieraus detailliertere Werte entnommen werden.
Auf der senkrechten Achse ist wieder das Druckverhältnis aufgetragen.
Dieses ist nicht identisch mit dem Ladedruck! Das Druckverhältnis ist vielmehr zwangsläufig höher als
der Ladedruck im Saugrohr, da durch Verluste in der Luftführung (Rohre, Luftfilter, LMM) weniger als Umgebungsdruck am Verdichtereintritt herrscht und hinter dem Verdichter weitere Verluste durch Rohre, Ladeluftkühler, Übergänge und Drossel entstehen.
Bei Betrieb in großer Höhe ist der reduzierte Luftdruck genauso zu berücksichtigen. Je 100 Meter Meeres-höhe verringert sich der Luftdruck um etwa 1 Prozent, d.h. auf einem 2000er-Paß um über 20 Prozent.
Auf der waagrechten Achse ist auch hier der Durchsatz aufgetragen.
Dieser Durchsatz ist wie sämtliche Parameter immer auf Normbedingungen bezogen.
Die tatsächlichen Bedingungen am Verdichtereintritt müssen daher unbedingt berücksichtigt werden.
So beeinflusst der durch Widerstände oder Meereshöhe niedrigere tatsächliche Druck am Verdichtereintritt diesen insofern, als mehr Volumen verdichtet werden muß, als es unter Normbedingungen der Fall wäre. Damit verschiebt sich der zu korrigierende Betriebspunkt nach rechts im Kennfeld.
Ähnliches passiert bei höherer Eintritts-Temperatur. Auch hier führt dies zu einer Verschiebung des Be-triebspunktes nach rechts im Kennfeld. Zusätzlich erhöht sich noch die effektive Drehzahl des Verdichters.
Konkret bedeutet dies insgesamt, dass ein bestimmter Betriebspunkt des Motors mit bekanntem Ladedruck in bar und Durchsatz in cbm/s oder kg/s eben nicht bei scheinbar genau diesem Punkt im Kennfeld des Verdichters wiederzufinden ist.
Erst unter Berücksichtigung dieser Korrekturfaktoren kann der exakte Betriebspunkt im Verdichterkennfeld ermittelt werden. Tatsächlich ist der gesuchte Punkt je nach Umfeld auf der Richtung des Druckverhältnisses immer weiter oben als es der Ladedruck vermuten lässt. Auf der Richtung des Durchsatzes ist er mehr oder weniger weiter rechts als die effektiven Motorwerte nahelegen.
Wenn dieser Punkt schließlich ermittelt ist, stehen damit der Wirkungsgrad, daraus resultierend die sog. Verdichtungsendtemperatur, die Verdichterantriebsleistung und die Drehzahl des Verdichters fest.
Umgekehrt wird daraus ersichtlich, dass auch ein Verdichter, der scheinbar am Ende seines Kennfeldes angelangt ist, bereits durch Verbesserungen am Umfeld mehr leisten kann. Durch reduzierten Druckverlust und niedrigere Temperaturen vor dem Verdichter können die Verschiebungen im Kennfeld nach oben und rechts verringert werden, so dass teilweise deutliche Leistungssteigerungen mit demselben Verdichter allein durch ein optimiertes Umfeld möglich sind.