Turboaufladung

Die MegaSquirt und Turboaufladung

Grundlegende Informationen und Grundvoraussetzungen

Dieser Beitrag widmet sich der Anpassung einer MegaSquirt auf einen mittels Turbolader zwangsbeatmeten Motor. Ebenso finden sie hier einige Tipps um einen Saugmotor mit Turbolader und MegaSquirt umzurüsten.

Bitte beachten Sie, dass Sie wenn sie einen MS-II Controller verwenden, auch den Beitrag Tuning Theorie und das Kapitel MegaTune Informations (http://www.megamanual.com/mt28.htm) englischen MegaManuals lesen sollten. Dort finden sie Information zum Beispiel über die Zündzeitpunkt-Spätverstellung (http://www.megamanual.com/mt28.htm#ap), IAT Retard (http://www.megamanual.com/mt28.htm#eb) und vielem mehr.

An der MegaSquirt selbst muss für den Einsatz an einem turbogeladenem Motor nichts modifiziert werden, da sie folgendes bereits mitbringt:

• Einen MPX5350 MAP Sensor – alle Geräte die seit 2003 verkauft wurden tragen diesen Sensor. Sehr frühe Versionen können möglicherweise diesen Sensor nicht enthalten. Sie können stattdessen aber auch den 4-bar sensor verwenden.
• Sie können einen maximalen Ladedruck („Boost“) von ca. 21 lbs. fahren – das stellt das Maximum des MPX4250 MAP-Sensors dar. Für Ladedrücke über diesem Bereich muss ein anderer MAP-Sensor verbaut und der Code darauf angepasst werden,

Die MS-II ermöglicht es ihnen den Zündzeitpunkt in allen Bereichen zu verstellen (zum Beispiel können sie den Zündzeitpunkt am Spitzenwert wieder zurücknehmen wenn Ladedruck-Spitzen auftreten) und ebenso existiert eine Tabelle zur Rücknahme in Abhängigkeit von der IAT.

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Was ist Ladedruck (Boost)?

Ladedruck ist der Überdruck in der Ansaugbrücke gegenüber dem umgebenden Luftdruck. Der Umgebungs-Luftdruck ist vom Wetter und von der Höhe auf der man sich aufhält abhängig, kann sich also jederzeit ändern. Aus diesem Grund verwenden wir stets den Absolutdruck in Kilopascal (kPa).

Wenn zum Beispiel der Luftdruck auf Meeres-Niveau etwa 100 kPa beträgt, dann ist alles oberhalb dieser 100 kPa der Ladedruck. 
Ein Wert von ca. 200 kPa würde in diesem Beispiel einen Ladedruck von 1 Bar bzw. 14,5 psi bedeuten. 
Würde man den selben Wert – die 200 kPa – jedoch in Calgary in Alberta (Kanada) auf einer Höhe von 3.750 Fuß messen, 
wäre es schon ein Ladedruck von 16 psi, da dort der Luftdruck lediglich bei 90 kPa liegt. 
Wenn man ein Tiefdruckgebiet durchfahren würde, dann würde ein gleichgebliebener Druck-Messwert einen höheren Ladedruck signalisieren. 
Der Druck im Motor wäre jedoch in all diesen Fällen derselbe. 
Deshalb lässt der absolute Druck in kPa mehr Rückschlüsse zu auf das was im Motor los ist als der Ladedruck.

Wenn sie den Ladedruck jedoch trotzdem berechnen wollen, gibt es im unter dem Absatz "What is boost?" des originalen MegaManual (http://www.megamanual.com/index.html) einen kleinen Rechenr, welcher den MAP-Wert in kPa in Ladedruck sowohl in psi als auch in Bar konvertiert.

Es gibt eine Reihe von Aspekten bezüglich der Sensoren, dem Programmieren und noch anderen Hard- und Softwareangelegenheiten die sie bei turbo-aufgeladenen Motoren beachten müssen. All das wird im Laufe dieses Beitrags abgehandelt.

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Einen Turbolader nachrüsten

Es gibt einige Überlegungen, die man anstellen sollte, wenn man einen Motor mittels Turbolader aufladen möchte. Glücklicherweise sind durch das gleichzeitige Umrüsten auf eine freiprogrammierbare Einspritzung (wie die MegaSquirt) ein paar der Überlegungen leichter nachzuvollziehen.

• Der Turbolader muss passend zum Hubraum und der anvisierten Leistung dimensioniert sein
• Die Kompression muss kompatibel zum erwünschten Ladedruck, der Ladeluftkühlung und dem Kraftstoff sein
• Es muss ausreichend Platz im Motorraum für, den Ladeluftkühler, der Verrohrung und dem Turbolader selbst sein
• Die Kapazität des Kühlsystems muss ausreichend groß sein, um auch mit der gestiegenen Motorleistung zurecht zu kommen
• Für einige Entscheidungen und Gesichtspunkten des Set-Ups ist es relevant, ob das Fahrzeug über eine Schalt- oder Automatikgetriebe verfügt.
• Es wäre hilfreich wenn sie vorab schon entscheiden, ob sie einen Ladeluftkühler, eine Wassereinspritzung oder sogar beides verbauen wollen, da dies den später verfügbaren Platz auch einschränkt.

Diese Anleitung handelt nicht alle Entscheidungen ab, die getroffen werden müssen. In diesem Zusammenhang ist das Buch „Turbochargers“ von Hugh MacInnes sehr zu empfehlen (Herausgeber HPBooks; ISBN 0-89586-135-6). Ein hervorragendes Buch, welches viele dieser Themen behandelt. Ein anderes neueres Buch, welches man empfehlen kann, heißt: „Maximum Boost Designing, Testing, and Installing Turbocharger Systems“ des Autoren Corky Bell. Zusätzlich sind im Internet bei [Hall Turbocharging] einige Rechner für die Auswahl des Turboladers und die Leistungsberechnung verfügbar.

Wenn sie sich von den obigen Empfehlungen leiten lassen wollen, benötigen sie als erstes den/die passenden Turbolader für ihren Motor.

Dieser Beitrag behandelt die Themen: Entwurf und Konstruktion des Abgaskrümmers, Verrohrung des Turboladers (inklusive des Ladeluftkühlers, falls vorhanden) und Abstimmen des aufgeladenen Motors mit der MegaSquirt.

Die Ladeluftkühlung

Der Zweck der Ladeluftkühlung ist es die Luft wieder abzukühlen, denn der Turbolader erhitzt diese wenn er sie komprimiert. Die Temperatur (T2) auf die die angesaugte Luft erhitzt wird hängt von folgenden Parametern ab:

• Der Verdichtung („Pressure Ratio“) P2/P1: Das Verhältnis des Ausgangsdruck P2 zum Eingangsdruck P1 des Verdichters
• Der Ansauglufttemperatur („IAT“) T1: Angegeben als absolute Temperatur (also °C + 273 oder °F + 460)
• Dem adiabatische Wirkungsgrad des Verdichters („Compressor adiabatic efficiency“) c: Die Temperatur würde ansteigen selbst wenn eine vollständige Verdichtung stattfinden würde. Allerdings findet keine vollständige Verdichtung statt, was die Temperatur noch höher ansteigen lässt. Moderne Turbolader liegen bei einem Wirkungsgrad von 65 - 80%, wenn sie für die entsprechende Anwendung ausreichend dimensioniert wurden.

Die Beziehung all dieser Parameter schaut so aus:

T2 ist ebenfalls eine absolute Temperatur.

Die durch die Komprimierung erhitzte Luft kann durch einen Ladeluftkühler („intercooler“, manchmal auch „aftercooler“ genannt) wieder etwas abgekühlt werden. Um die ganzen Berechnungen zu vereinfachen, können sie wiederrum einen Rechner auf der MegaManual-Seite http://www.megamanual.com/index.html im entsprechenden Kapitel "Turbocharging" verwenden, um zu bestimmen wie stark die Luft erhitzt wird, basierend auf der Verdichtung und des Wirkungsgrades des Verdichters und dem Wirkungsgrad des Ladeluftkühlers.

Heiße Ansaug-Luft ist der Leistung abträglich und erhöht die die Wahrscheinlichkeit das Klopfen auftritt. Ein Ladeluftkühler reduziert die Ansaugluft-Temperatur indem die Luft durch einen Wärmetauscher (wie ein kleiner Kühler) geführt wird, welcher Temperatur aus der Luft absorbiert und nach außen abgibt. Den Ladeluftkühler in den Luft-Weg zwischen dem Verdichter des Turbos und der Ansaugbrücke zu platzieren bringt zwei Vorteile:

• Die Temperatur der Luft wird reduziert, was die Dichte der Luft erhöht, was ein größeres Potential für mehr Leistung birgt. Das macht es nämlich möglich - egal bei welchem Ladedruck - mehr Luft und somit mehr Kraftstoff in der Zylinder zu bringen. In der Regel kann man bei einem für den Straßenverkehr durchschnittlichen Ladedruck von 5 bis 15 lbs/in von einem Leistungszuwachs von 10 – 20% ausgehen.
• Die Gefahr von einer klopfenden Verbrennung wird verringert; was wiederrum einen sicheren Betrieb mit mehr Ladedruck bei gleichbleibender Kraftstoffqualität bedeutet.

Nicht alle Ladeluftkühler sind gleich. Der Wirkungsgrad des Ladeluftkühlers hängt von dessen Aufbau ab. Hierbei gibt es zwei kritische Faktoren:

• Der thermische Wirkungsgrad (um wie viel kann die Temperatur reduziert werden?)
• Die Fließbehinderung („flow restriction“) die der Ladeluftkühler für die Luft darstellt (wie viel Druck geht verloren?)

Ungeachtet des thermalen Wirkungsgrades, kann ein Ladeluftkühler der Performance abträglich sein, wenn durch den Strömungswiderstand des Ladeluftkühlers zu viel Druck verloren geht.

Im Automotiv-Bereich gibt es generell zwei Varianten des Ladeluftkühlers: Den Luft-Wasser-Ladeluftkühler, welcher die Ansaugluft mittels Wasser (oder vielmehr dem Motor-Kühlwasser) abkühlt und den Luft-Luft-Ladeluftkühler, wobei die Umgebungsluft verwendet wird um die Ansaugluft abzukühlen, vergleichbar mit dem Kühler des Motors. Es sind viele Ladeluftkühler aus Serienfahrzeugen verfügbar; zum Beispiel sind solche aus Volvos, Saabs und dem Ford 2.31 sehr populär. In Pick-Up-Trucks wurden oftmals noch größere Ladeluftkühler verbaut.

Der Volvo-Ladeluftkühler ist relativ groß und Effizient. Er trägt die Teilenummer 317319. Seine Breite beträgt oben von Einlass- zu Auslassstutzen 73cm und unten inklusive der seitlichen Luftsammler ca. 59cm. Der Kern mit den Kühlrippen ist 45cm breit und 43cm hoch. Er ist 32mm dick. Einer der Stutzen steht rechtwinklig zum Kern, der andere hat einen Winkel dazu von ca. 30 Grad. Die Ein- und Auslassstutzen haben jeweils einen Außendurchmesser von 6,35cm und einen Innendurchmesser von 5,72cm. Diese Ladeluftkühler werden oft schon für ca. 150$ bei den Altteileverwertern gehandelt.

Ladeluftkühler von Saab sind für gewöhnlich auch auf den Schrottplätzen und bei eBay erhältlich. Diese gibt es in verschiedenen Größen, abhängig vom jeweiligen Modell.

Ein großer Ladeluftkühler wurde im 93er Dodge Ram am Cummins Turbodiesel-Motor verbaut. Man kann diesen mit der Teilenummer 52004274 oder 637714 über die Dodge-Händler beziehen. Er wiegt gute 9kg und ist ca. 94cm breit. Die Höhe liegt bei guten 32cm und der Kern ist ca. 41mm dick. Die Ein- und Auslassstutzen haben jeweils einen Innendurchmesser von 57,15mm und einen Außendurchmesser von 66,68mm. Offenbar sind diese Kühler schon für um die 200$ bei den Händlern erhältlich.

Ein weiterer „Riese“ ist der gigantische Ladeluftkühler vom 99er Ford „Power Stroke“ Diesel-Motor. Er wird bei Ford unter der Teilenummer F81Z-6K775-BA für etwa 300$ erhältlich. Der Ford Ladeluftkühler ist ca. 99cm breit, knappe 46cm hoch und 63,5mm dick. Der Innenteil ist 46cm hoch, gute 76cm breit und 50,8mm dick. Der Anschluss erfolgt über 3-Zoll-Stutzen (7,62cm), welche 88,9cm (Rohrmitte zu Rohrmitte gemessen) voneinander entfernt abgebracht sind.

Auf der Seite DDG - The Intercooler Identification Page (http://www.thedodgegarage.com/turbo_coolers.html) sind eine Menge OEM-Ladeluftkühler abgebildet.

Wasser-Einspritzung

Eine Wasser-Einspritzung ist sehr nützlich um wirksam das Klopfen bei hochaufgeladenen Motoren (etwa 0,69Bar) zu verhindern. Die Wasser-Einspritzung ist völlig unabhängig von der Kraftstoff-Einspritz-Anlage.

In der Regel wird das Wasser mit Methanol gemischt um den Kühl-Effekt noch zu verbessern. Gemische von bis zu 50% funktionieren recht gut. Verblüffender Weise funktioniert es sogar mit herkömmlichen Scheibenwischer-Wasser, vorausgesetzt sie verwenden das blau Zeug. Wenn sie eines auftreiben können, welches zu 50% aus Methanol und zu 50% aus destilliertem Wasser besteht, wäre das natürlich perfekt. Sie können aber auch Methyl Hydrat mit Wasser mischen.

Für eine Wasser-Einspritzung brauchen sie einen Flüssigkeits-Tank, eine kleine Pumpe (Wischerwasser-Pumpen machen sich da gut) und einen Hobbs switch um das Wasser in den Ansaugtrakt zu spritzen. Dieser Schalter schließt sich bei einem bestimmten Druck und wird direkt in die Ansaugbrücke geschraubt. Ein solcher Schalter ist der NAPA Teilenummer 7011577, dieser entspricht dem Hobbs Teilenummer 76052. Dabei handelt es sich um einen zweipoligen Schließer-Kontakt, werksseitig auf 15psi (ca. 1,03bar). Er lässt sich aber auch in einem Bereich von 14psi (ca. 0,97bar) bis 24psi (ca. 1,65bar) verstellen. Bei Hobbs sind im Rahmen der 5000er Serie aber auch kleinere oder höhere Bereiche erhältlich.

Eine Alternative hierzu wäre ein Öldruck-Sicherheitsschalter von „Summit Racing“. Gefertigt aus Stahl und anschließend verzinkt ist er für nur 13$ erhältlich. Er öffnet bei einem festen Schaltpunkt von 7psi den Kontakt. Anstatt diesen in den Öl-Kreislauf zu schrauben, kann er für unseren Zweck auch in die Ansaugbrücke montiert werden, so dass der Ladedruck das An- und Ausschalten bewirkt. Ähnlicher Schalter sind bei Holley (PN 12-810 für 20$) und Mr. Gasket (MRG-7872 für 13$) erhältlich.

Sie sollten ihre Wasser-Einspritzung sehr sorgfältig planen und verbauen. Wenn diese durch ein elektrisches Problem zum Beispiel bei stehendem Motor einspritzt, kann das zu einer Art „hydraulischer Blockade“ führen und erheblichen Schaden am Motor verursachen.

Um die Durchflussmenge des Wassers auf den Bedarf ihres Motors abstimmen zu können, müssen sie eine Drossel in die Wasserleitung zwischen Pumpe und Ansaugbrücke einbauen (normalerweise mit einem Innendurchmesser von 0,8 bis 1,3mm).

Wastegates und Blow-Off-Ventile

Ein sogenanntes Wastegate-Ventil ermöglicht dem Abgas an der Turbine vorbeizuströmen (Bypass), wenn der Ladedruck einen maximalen Wert übersteigt. Dieses Bypass-Ventil verhindert das der Turbolader den Motor mit zu viel Druck beaufschlägt, was unweigerlich zu Schäden führen würde. Viele der neueren Turbolader haben ein Wastegate-Ventil fest im Abgas-Gehäuse verbaut und müssen lediglich zum Ansteuern über einen Schlauch mit dem Unterdruck-System verbunden werden. Andere Turbolader hingegen verfügen nicht über ein solches integriertes Wastegate. In diesem Fall muss eine externes Wastegate in den Abgaskrümmer gebaut werden, welches dann überschüssiges Abgas am Lader vorbei direkt in das Abgasrohr nach dem Turbolader leitet.

Ein Blow-Off-Ventil (BOV) verhindert dass zu hohe Drücke im Ansaugsystem entstehen können. Das Blow-Off-Ventil wird in den Ansaugtrakt noch vor der Drosselklappe verbaut und soll Druckstöße verhindern, welche durch hohe Drücke im Verdichter-Gehäuse verursacht werden, wenn die Drosselklappe schlagartig geschlossen wird wenn der Lader noch auf Drehzahl ist. Das Blow-Off-Ventil öffnet bei einem Druck von einigen psi oberhalb des maximalen Ladedrucks und schützt vor Schäden durch starke Druckschwankungen (genannt „Surge“ = Druckwelle/Druckstoß) im Verdichter.

Gebräuchliche OEM Blow-Off-Ventile von Bosch findet man unter folgenden Teilenummern:

• 0 280 142 001
• 0 280 142 102
• 0 280 142 103
• 0 280 142 104
• 0 280 142 105
• 0 280 142 106
• 0 280 142 108

Die Porsche Turbomotoren sind mit einem Ventil ausgestattet baugleich mit dem 0 280 142 108, jedoch tragen diese eine Porsche Teilenummer 993.110.337.50 und werden dort „Air Cut-Off“-Ventil genannt. Der Saab 9000 Turbo von 1999 arbeitet mit dem 0 280 142 103. Auch das 0 280 142 110 könnte für sie interessant sein; bei Saab trägt es die Nummer 4441895, wird als Bypass-Ventil oder „Compressor over-pressure“-Ventil bezeichnet und hat einen höheren Schwellwert für den Ladedruck. Jedes dieser Ventile hat Ein- und Auslassstutzen für 1-Zoll-Schläuche. Das 0 280 142 103 BOV ist für ca. 37$ erhältlich. In Kanada bekommt man es unter der Saab-Teilenummer 30544792 für ca. 75 kanadische Dollar.

Obendrein sind im Internet eine Vielzahl an Aftermarket BOVs erhältlich.

Ein gut konstruiertes Turbolader-Setup benötigt sowohl ein Wastegate- als auch ein Blow-Off-Ventil, wenn es hohen Ladedrücken standhalten soll.

Die Verrohrung

Ein Turbolader muss mit einer Vielzahl an Rohren verbunden werden; zur Ansaugbrücke, vom Abgaskrümmer, vom Luftfilter, zum Abgassystem hin, Ölversorgung und teilweise – je nach Ladertyp - auch Verbindung zum Motor-Kühlkreislauf. Diese Rohre sollten allesamt der Strömung so wenig wie möglich Widerstand entgegensetzen, den spezifischen Temperaturen standhalten können, ebenso wie dem jeweiligen Ladedruck, und auch den Vibrationen des vorgelagerten Ansaugtrakts.

Enge Biegungen drosseln den Luft-Strom stark ein, also versuchen sie den Turbolader so zu platzieren, dass weniger enge Bögen in den Ansaug- und Abgasrohren von Nöten sind. Das wird allerdings einige Kompromisse erfordern, zum Beispiel bei den Rohrlängen des Abgastrakts usw. Was sie finden müssen ist der beste Kompromiss aus allem.

Die Ölzufuhr auf der Druckseite etwas einzudrosseln ist generell in Ordnung, denn die meisten Motoren können wesentlich mehr Druck bereitstellen als der Turbo benötigt. Eine Drosselung der Rücklaufleitung kann dazu führen, dass Öl zurück in die Hülsen für die Lager gepresst wird, was zu einigen Problemen führen kann. Das rückströmende Öl könnte durch die Drehbewegung der Lager und geringe vorbeiströmende („blow-by“) Luft sowie vom Verdichter- als auch vom Abgas-Gehäuse, schaumig geschlagen werden. Wenn es der Aufbau zulässt, kann dieses Öl dann an den Dichtungen vorbei in das Verdichtergehäuse gedrückt werden, wenn kein Ladedruck ansteht. Um solche Probleme zu vermeiden, sollte die Rücklaufleitung einen Innendurchmesser von 19mm (3/4“) besitzen und sollte vom Lader Richtung Motor kontinuierlich nach unten führen. Horizontale und ansteigende Verlegung sollte stets vermieden werden. Weiterhin ist wichtig, dass die Rücklaufleitung nicht unterhalb des Levels des Pumpensumpfs ins Kurbelgehäuse eintritt.

Was die Turbinenseite angeht, so ist bei dem ankommenden Abgas mit deutlich höheren Temperaturen und Drücken zu rechnen, als im Abgassystem nach dem Turbo. Das sind die Faktoren, die sie beim Finden des richtigen Kompromisses berücksichtigen müssen. Das kann auch erfordern, dass sie einige Sachen im Motorraum neu platzieren, oder andere Komponenten schützen müssen.

Weiter Überlegungen

Der Turbolader sollte nicht zu nah an Motor, Lenkung, Bremsen und allen anderen Komponenten montiert werden, welch durch die Strahlungswärme des Turbos oder dessen Verrohrung negativ beeinflusst werden können. Berücksichtigen sie auch, dass sich der Motor bewegt, wenn Drehmoment an den Reifen aufgebracht wird. Sie sollten in jedem Fall mindestens 50 bis 75mm (2 – 3“) Platz haben. Das gilt sowohl für das Verdichtergehäuse, als auch für das Turbinen- (Abgas-) Gehäuse.

Zwar bleibt das Verdichter-Gehäuse bei laufendem Motor relativ kühl, da die angesaugte Luft einen gewissen Kühleffekt hat, jedoch erhöht sich diese Temperatur aufgrund der Ineffizienz der Verdichtung (deswegen verwenden wir auch einen Ladeluftkühler).

Wird der Motor jedoch abgestellt, breitet sich die Temperatur des Abgas-Gehäuses über das Lagergehäuse bis hin zum Verdichter-Gehäuse aus und erhitzen dieses auf nahezu dieselbe Temperatur wie das Turbinen-Gehäuse. Ist der Motor abgestellt findet unter der Haube nur eine sehr geringe bis gar keine Luftbewegung statt. Das komplette Turbolader-Setup kann sehr heiß werden. Eventuell sollten sie ein Wärme-Schild für den Turbolader verbauen. So ein Schild kann man aus Metallblech anfertigen. Ordentlich montiert erfüllt dies sehr gut seinen Zweck und verdeckt unansehnliche Teile.

Ein Turbolader wird durch die Geschwindigkeit des Abgases angetrieben. Ist es dem Abgas möglich, noch vor Erreichen der Turbine abzukühlen, so fällt auch dessen Geschwindigkeit. Deshalb ist das Beibehalten der Temperatur des Abgases zwischen Zylinderkopf und Turbolader sehr wichtig. Den Turbolader so nah wie möglich an den Abgaskanälen des Kopfes zu montieren, führt zur besten Performance. Manchmal ist es jedoch nicht möglich, den Turbo derart nah am Motor zu verbauen. In diesem Fall sollten sie versuchen die Temperatur zu erhalten, indem sie den Abgaskrümmer isolieren. Das setzt voraus, dass sie den Abgaskrümmer und/oder das Sammelrohr aus einem sehr ermüdungsfreien Material gebaut haben.

Wenn sie nach einem geeigneten Platz für den Lader suchen, bedenken sie auch, dass jeder Einbauort und jede Einbaulage auch Einfluss auf jede Routine-Wartungsarbeit haben kann. Wenn sie zum Beispiel regelmäßig das Ventilspiel nachstellen müssen, sollte man natürlich den Ventildeckel herunterheben können, ohne jedes Mal den Turbo demontieren zu müssen. Könne sie dann noch die Zündkerzenstecker ohne große Probleme abziehen? Wenn sie das Modell ihres Abgaskrümmers anpassen, sollten alle Stecker und Kabel an ihrem Platz sein, damit man auch da sehen kann, on später genug Platz zur Verfügung steht. Schnell hat man solche Kleinigkeiten vergessen, die jedoch eine große Wirkung haben.

Den Turbo-Abgaskrümmer bauen

Das erste was sie beim Bau eines Abgaskrümmers machen müssen, ist sorgfältigst zu planen. Der Krümmer muss so gestaltet werden, alle Anschlüsse in einem guten Kompromiss zueinander stehen. Folgende Anschlüsse müssen vorhanden sein:

• Den Auslassstutzen zum Verdichter des Turbos hin (das ist die Stelle, wo die meisten Leute aufhören zu lesen – lesen sie bitte trotzdem weiter!)
• Das Abgassystem vom Auslass des Verdichters kommend (d.h. die Down Pipe + Verbindungsrohr(e) + Endtop + Endrohr)
• Den Auslassstutzen am Verdichter Richtung Drosselklappe bzw. Ladeluftkühler
• Den Einlassstutzen vom Luftfilter kommend
• Die Öl-Vorlaufleitung (Druckseite) zum „CHRA“ („center housing rotating assembly“ / Lagergehäuse) des Turboladers
• Die Öl-Rücklaufleitung (mindesten ¾“ / 19mm Innendurchmesser) vom Lagergehäuse kommend zur Ölwanne oder zum Motorblock hin
• Das Wastegate-Ventil (falls ihr Lader kein internes hat) in der „Upstream“- (Zuleitung) sowie in der „Downstream“- (Auslass) Seite der Turbine
• Verrohrung zum Ladeluftkühler hin und zurück (falls vorhanden)
• Verrohrung der Wassereinspritzung (falls vorhanden)
• Falls ihr Turbolader ein wassergekühltes Lagergehäuse hat, brauchen sie auch noch Wasser-Vor- und Rücklaufleitungen

All diese Komponente sind wiederrum vom Aufbau des Abgaskrümmers abhängig, welche ja mehr oder weniger die Position des Laders selbst festlegt.

Jede dieser Anschlüsse, der Aufbau des Laders, des Krümmers, das Wastegate-Ventils müssen so geplant werden, dass:

• Sie zwischen den Innen-Kotflügeln, der Radaufhängung, dem Lüfter, der Spritzwand und unter der Haube noch Platz finden
• Sie die Bewegungen des Motors auf seinen Lagern noch zulassen (in vielen Fällen sind das 50 bis 70mm)
• Sie keine empfindlichen Komponenten, wie zum Beispiel die Zündkabel, den Kabelbaum, Plastikteile hoher Strahlungswärme aussetzen
• Sie die Nebenaggregate und deren Antriebe nicht behindern
• Sie Teilen nicht berühren oder zu nahe kommen, welche sie nicht beschädigen möchten. Wie zum Beispiel den Hauptbremszylinder, Kraftstoffleitungen, Bremsleitungen, Gaszug, Wasserschläuche, Wischermotor usw.

Der beste Weg um sicher zu stellen das ihr Setup funktioniert, ist die sorgfältige Planung. Um diese zu erreichen, können sie:

• Fertigen Sie Zeichnungen ihres Setups an (speziell den Abgaskrümmer) um diese mit den Gegebenheiten am Motor abzugleichen und Notizen zu machen. Eine sehr gute Möglichkeit biete ein Zeichenprogramm auf dem Computer. Es kostet zwar einige Zeit auf diese Weise Zeichnungen zu erstellen, dafür sind eventuelle Änderungen wesentlich schneller gemacht, als eine neue Zeichnung auf dem Papier anzufertigen. Im Internet sind eine Menge von kostenlosen bzw. kostengünstigen Zeichenprogrammen erhältlich. Sie könnten zum Beispiel ein universelleres Programm wie das „draw package“ von OpenOffice verwenden (diese ist sogar kostenlos).
• Bauen Sie ein simples Holzmodell ihres Krümmers aus kurzen Schnittholzstücken (5 x 10cm) oder etwas Ähnlichem. Dadurch können sie den Turbolader schon mal provisorisch exakt an die geplante Stelle montieren, bevor sie ihn aus Metall nachbauen

Das kann spätere sehr teure Fehler vermeiden und wenn sie den Krümmer schweißen lassen, wird der Schweißer sich über die hilfreichen Zeichnungen und das Modell freuen.

Als nächstes müssen sie das richtige Material auswählen.

Material	Dehngrenze	Dichte	Wärmeleitfähigkeit
Aluminium 6061-T6	> 241 Mpa	2,7 g/ccm	170 – 200 W/mK
Aluminium 6061-T8
Baustahl	185 – 355 N/qmm	7,85 g/ccm	40 – 60 W/mk
304 Stainless Annealed
321 Stainless Annealed
Titan		4,5 g/ccm	22 W/mK
Inconel 625

Rohre aus dünnwandigem Baustahl sind günstig und leicht zu verarbeiten, zeigt aber bei den hohen Temperaturen und den mechanischen Belastungen des Turboladers schnell Materialermüdung und reißt. Zusätzlich leitet es schnell die Hitze nach außen ab, was ja die Effizienz des Laders mindert. Man könnte die Rohre mit isolierendem Material umwickeln, aber das bedeutet auch wieder mehr Thermische Belastung für die Rohre und somit noch mehr Materialermüdung.

Eine exzellente Wahl wäre eine Verrohrung aus Edelstahl – sowohl für die Zuverlässigkeit, als auch für die Hitzebeständigkeit. Allerdings benötigt man dann auch die jeweiligen Flansche aus Edelstahl und die notwendigen Geräte und Fähigkeiten das Ganze auch schweißen zu können. Die Mehrkosten und die Schwierigkeiten beim Schweißen machen Edelstahl für viele Leute eher zur schlechten Alternative.

Eine Alternative zu Edelstahle wäre dickwandiges Baustahl. Die mechanische und thermische Belastbarkeit lassen sich wesentlich verbessern wenn man das Material dicker auslegt. 40mm (1 ½ Zoll) Rohr-Formstücke mit Stoßnähten wären eine geeignete Wahl. Sie sind günstig, leicht über lokale Klempner zu beziehen und leicht zu schweißen.

Der Turbo-Abgaskrümmer kann aus 40mm-Bögen und 40mm-Formstücken zusammengeschweißt werden. Solche Formstücke mit einer Wandung von 3,175mm sind sehr robust und halten ewig wenn sie richtig verbaut wurden. Solche Bögen kann man bei den meisten industriellen Klempnern bekommen und sind sehr preiswert. Sie werden aus einer hochfesten Stahllegierung gefertigt und haben an jedem Ende eine Phase. Wenn man zwei Stücke aneinander hält, entsteht ein V indem man sehr gut eine stabile Schweißnaht setzen kann. Sie sind in 45° und 90° erhältlich und jeweils nochmal mit einem normalen und einem großen Radius. Sie sollten wann immer möglich auf den großen statt dem kleineren Radius zugreifen, da dieser dem Abgas weniger Strömungswiderstand entgegensetzt. Diese Bögen sind mit verschiedenen Innendurchmessern erhältlich, abgestimmt auf die unten gelisteten Rohrgrößen:

Die geraden Rohre werden verwendet um die Bögen miteinander zu verbinden. Diese Rohre sind sehr dickwandig, deshalb kann es passieren, dass der geschweißte Krümmer nahezu genauso schwer wird wie ein normaler gusseiserner Abgaskrümmer.

Die Flansche zum Turbo hin sollten mindesten 8mm dick sein, 12mm wären besser. Das Problem hierbei ist, dass sich die Flansche durch die Hitze beim Schweißen sehr schnell verziehen. Die hohe Temperatur im Betrieb stellt weniger ein Problem dar, als wenn sie so plötzlich auftritt wie beim Schweißen.

Wollen sie dennoch Flansche aus einem dünneren Material verschweißen, spannen sie diese in einen Schraubstock ein. Dadurch wird viel Temperatur abgeleitet. Falls sie ein altes Turbinengehäuse übrig haben, können sie den Flansch auch daran festschrauben. Sind sie kein professioneller Schweißer, sollten sie dickere Flansche nehmen, da diese wesentlich einfacher zu verarbeiten sind. Legen sie ihre Flansche jedenfalls um 1,5mm dicker aus, als das Turbinengehäuse an den Befestigungsbohrungen ist.

Zeichnen sie die Konturen ihres Flansches auf dem Rohmaterial auf und markieren sie jeweils die Mittelpunkte der Bohrungen und des Kanals mit einem Körner. Dann markieren sie die Kanten des Flansches ca. alle 6mm mit einem Körnerpunkt. Dann können sie die Markierungen selbst dann noch erkennen, wenn ihn das Kühlmittel der Lochsäge bereits angerostet hat. Um die Löcher reinzubekommen, verwenden sie eine Bohrmaschine und eine Lochsäge. Sie können auch eine Handbohrmaschine verwenden, aber dadurch dauert es länger und ist frustrierender. Um viereckige Löcher zu erhalten, müssen sie vier kleinere Löcher an den Ecken bohren und den Rest mit einer Feile in die viereckige Form bringen. Mit einem Schweißbrenner oder einem Plasma-Schneider könnten sie sich natürlich viel Zeit sparen. Wenn sie den Flansch am Zylinderkopf auch selber anfertigen, so ist ein 8mm dickes Material eine gute Wahl. Sie können eine Abgaskrümmer-Dichtung als Loch-Schablone für den Flansch verwenden.

Können oder wollen sie ihre Flansche gar nicht selber herstellen, gibt es einige Möglichkeiten wo man diese erwerben kann. Die Firma „Turbo Techniques“ (www.turbocharged.com) hat neben sehr schönen 12mm dicken Flanschen so gut wie alles um ihr Turbo-System zu komplettieren. Zum Beispiel ist ein T04B-Flansch für 28$ unter der Nummer 20167 im Programm. Ebenso führen sie Auslass-Flansche um den entsprechenden Abgas-Trakt zu gestalten.

Vorgefertigte Zylinderkopf-Flansche bekommen sie möglicherweise bei „Hedman“, „Hooker“ und anderen Herstellern die Flansche in ihrem Programm führen. Des öfteren findet man dort Flansche mit 8mm Dicke für die gängigsten amerikanischen Motoren.

Sind für ihren Motor jedoch nirgends passende Flansche verfügbar und sie wollen aber keine eigenen bauen, dann können sie diese bei „Headers by Ed“ nach ihren Spezifikationen fertigen lassen. „Stainless Works“ bietet Flansche für populäre V8-Motoren in Edelstahl für etwa 125$ an, ebenso wie nach Zeichnung oder der Dichtung als Vorlage angefertigte Flansche aus 19mm Baustahl oder 12mm Edelstahl.

Sie müssen selbst entscheiden, wie sie sich ihren Abgas-Krümmer zusammenstellen. Wenn sie sich eine gute Auswahl an 90°-Bögen besorgen, können sie diese sowohl in kleinere Winkel zerschneiden, als auch zu größeren Winkeln zusammenschweißen. Die 90°-Bögen sind für gewöhnlich ein bisschen billiger und leichter zu bekommen als 45 oder 180°-Bögen.

Bei einem turbo-aufgeladenem Motor sollte die Lambdasonde hinter dem Lader sitzen, wo sie nicht dem hohen Abgasdruck ausgesetzt ist, welcher die Genauigkeit beeinflussen könnte. Sollten sie sich trotzdem dafür entscheiden die Lambdasonde noch vor dem Lader zu platzieren (was generell nicht zu empfehlen ist), dürfen sie nicht vergessen eine Gewindemuffe in den Krümmer zu schweißen. Sie sollte so nahe wie nur irgend möglich am Lader sitzen, dass sie die Abgase aller Zylinder erfassen kann. Ihre Turbolader hat möglicherweise schon ein Einschraubgewinde für eine Sonde am Auslass-Gehäuse, welches sich dann gut dafür eignet.

Wenn sie einen Lader mit internem Wastegate einsetzen, müssen sie am Krümmer keine weiteren Anschlüsse vorsehen. Mal abgesehen vom Auslass zur Turbine; den Flansch hierfür können sie direkt auf das Sammelrohr des Krümmers schweißen.

Manche Turbolader benötigen ein externes Wastegate. Sie müssen dann eine Montagemöglichkeit für diese Wastegate vor dem Turbo vorsehen, damit überschüssige Abgase über einen Bypass den Turbo umgehen können.

Anmerkung: Als Schutz vor Korrosion und als Wärmeisolierung können Krümmer beschichtet werden. Suchen sie im Internet einfach mal nach „header coating“ um Firmen zu finden die solche Dienstleistungen anbieten. Wenn sie die entsprechende Ausrüstung (Sandstrahlmaschine, Spritzpistole und Kompressor) besitzen, können sie den Krümmer auch selbst mit „Caswell's Black Satin (BHK) 2000°F exhaust system coating“ beschichten.

Überlegungen zur Hard- und Software der MegaSquirt

Einspritzdüsen dimensionieren

Die Einspritzdüsen eines Turbo-Motors sind müssen 10 – 20% größer als bei einem Saugmotor mit der gleichen Leistung gewählt werden. Das rührt daher, dass Turbo-Motoren einen kleineren „BSFC“ (brake specitic engine consumption) haben. BSFC ist die Kraftstoffmenge die benötigt wird um 1hp (horsepower) für eine Stunde bei WOT auf einem Motorenprüfstand zu leisten. Turbo-Motoren profitieren von einem fetter AFR, da dies die Kolben und die Ventile herunterkühlt und eine Maßnahme gegen Klopfen bietet. Zusätzlich lässt ein fettes Gemisch – welches im Abgastrakt noch nachverbrennt – den Turbo schneller drehen.

Verwenden sie folgende Tabelle als Auswahlhilfe für die richtigen Einspritzdüsen zu ihrem Turbo-Motor:

MAP Sensor

Ladedruckbereich, alternativer Sensor. Der MPX4250AP wurde mit den „Turbo“-Geräten vom ersten Gruppenkauf und ALLEN Geräten vom zweiten und den folgenden Gruppenkäufen ausgeliefert; im Digi-Key Katalog (http://www.digikey.com/) auf Seite 1098 zu finden. Dabei handelt es sich um einen 2,50bar-Absolutdrucksensor. Das heißt der Messbereich geht von einem vollständigen Vakuum bis zu 2,50bar, also ca. 1,5bar über dem Atmosphärendruck. Angegeben wird ein Druckbereich von 2,9 bis 36,3psi absolut, was in etwa einem Ladedruck von 21,6psi entspricht.

Wenn sie höhere Ladedrücke fahren wollen, erhalten sie [[1]] Informationen darüber, wie man andere Sensoren mit der MegaSquirt verwendet. Oder besuchen Sie die entsprechenden Websites der Händler (http://www.megamanual.com/v22manual/mintro.htm#group) um mehr über deren 4-Bar-Sensor für die MegaSquirt zu erfahren.

IAT Sensor

Dieser sollte im Ansaug-System irgendwo nach dem Verdichter und dem Ladeluftkühler platziert werden. Denn er soll ja die Temperatur der Luft erfassen, die in die Zylinder strömt. Sie können ihn vor die Drosselklappe oder in den Luftsammler der Ansaugbrücke montieren, beide Positionen eignen sich hervorragend. Sie müssen darauf achten, dass sie einen offenen Sensor verbauen. Normale geschlossene Bauformen sind mit einem Messinggehäuse ummantelt, was die Reaktionszeit stark verzögert und die schnell ansteigenden Lufttemperaturen bei ansteigendem Ladedruck zu spät registrieren. Weitere Informationen hierrüber finden im Kapitel [and Wiring] des original MegaManual.

Speed Density oder Alpha-N

Bei einem aufgeladenem Motor können sie aussschließlich das Speed Density-Verfahren einsetzen. Bei aufgeladenen Motoren gibt es keinerlei Beziehung zwischen der Drosselklappenstellung und der Drehzahl gegenüber dem Kraftstoffbedarf. Deswegen ist eine Verwendung von Alpha-N nicht möglich.

Einen Turbo-Motor mit der MegaSquirt abstimmen

Um die Einspritz-Kennlinie eines aufgeladenen Motors mit der MegaSquirt zu erstellen, müssen sie mit einigen Parametern hantieren. Auch hier sind am wichtigsten der Req_Fuel-Wert und die VE-Tabelle (8x8 oder 12x12 Liefergrad-Tabelle). Unter Ladedruck sollten sie versuchen ein AFR von 11,0 – 12,5:1 zu erreichen, unter leichten Lasten 15 – 17:1.

Haben sie keine MegaSquirt, benötigen sie ein Steuergerät für den zusätzliche benötigten Kraftstoff, eine Kraftstoffdruckregler welcher den Druck erhöht, oder sie müssen sich einen anderen Trick einfallen lassen, wie sie zusätzlichen Kraftstoff bei Ladedruck zuführen. Mit einer MS jedoch müssen sie dazu lediglich längere Pulsbreiten in die VE-Tabelle programmieren.

Startet ihr Motor und läuft im Leerlauf, können sie mit dem Abstimmen fort.

Mit Beginn des Tunings (Abstimmens) sorgen sie dafür, dass sie:

• Eine Ladedruck- und Kraftstoffdruckanzeige eingebaut haben. Das Geld sollten sie investieren, wenn sie einen bestimmten Ladedruck (z.B. über 5 – 7psi) erzielen wollen. Sie werden froh sein, so etwas verbaut zu haben.
• Nie mehr als eine Änderung zu ein und demselben Zeitpunkt durchführen und das sie stets die Möglichkeit offen lassen, zum ursprünglichen Zustand zurückzukehren.
• Nie mit einem Fahrzeug fahren, bei dem sie noch keinen stabilen Leerlauf zustande bekommen haben. Kümmern sie sich immer erst um den Leerlauf.
• Die Beschleunigungsanreicherung (accel) nicht tunen, bevor ihre VE-Tabelle fertig abgestimmt ist.
• Das Fahrzeug nie fahren wenn sie einen klopfende Verbrennung wahrnehmen können. Finden sie erst die Ursache und beheben sie das Problem. Ursachen können sein: Zu mageres Gemisch, zu viel Frühzündung, zu heiße Zündkerzen (http://ngksparkplugs.com/tech_support/spark_plugs/index.asp), oder eine zu hohe Kompression.
• Immer genug Kraftstoff zur Verfügung haben. Ihr komplettes Kraftstoffsystem – von der Pumpe über die Schläuche bis hin zu den Düsen selbst – müssen die benötigte maximale Durchflussmenge immer liefern können. Nur eine einzige Komponente, welche das System drosselt, kann dazu führen, dass sich ihr Motor selbst zerstört.
• Ein 82° oder 71°C Thermostat verbaut haben. Ein um einige Grade kühlerer Motor kann helfen Klopfen zu verhindern.
• Ihre Zündung auf Spät gestellt haben. Versuchen sie es zu Beginn mit 5 – 8° später als original. Sie können später noch damit experimentieren.
• Guten Kraftstoff gekauft haben. Zumindest zum Abstimmen sollten sie das beste Benzin besorgen, dass sie bekommen können (mindestens 92 oder 93 Oktan). Das Abstimmen ist nicht der richtige Zeitpunkt um herauszufinden, mit was sie Leben können.
• Wenn der Motor unter Ladedruck betrieben wurde, er mindestens 2 Minuten im Leerlauf Zeit bekommt, bevor sie ihn abschalten. Das kühlt den Turbo herunter, lässt ihn herunterdrehen und hilft ein „Kochen“ zu verhindern. Ein Turbolader wird durch das Motoröl (und eventuell auch durch Kühlerwasser) gekühlt. Unter Druck können Turbolader sehr heiß werden. Wenn sie nun den Motor plötzlich stoppen würden, würde auch das Öl und die Kühlerflüssigkeit nicht mehr zirkulieren und das Öl kann im Zentrum des Laders verbrennen und sich langsam aufbauen – die sogenannte Ölkohle. Das kann zu Ölleckagen am Lader führen, was das weitverbreitetste Problem an Turboladern ist.

Um alle Parameter der MegaSquirt so zu tunen, dass sie das bestmögliche aus ihrem Motor rausholen, müssen sie folgendes tun:

1. Als erstes: Lernen sie mit MegaTune umzugehen.
2. Als nächstes stellen sie die Konstanten ein.
3. Bringen sie den Motor zum Laufen und stellen sie den Leerlauf ein.
4. Stellen sie die Kriterien der PWM (Pulsweitenmodulation) ein.
5. Stellen sie die Kaltstart- und Aufwärmanreicherung ein.
6. Stimmen sie die VE-Tabelle ab.
7. Stellen sie die Beschleunigungsanreicherung ein.
8. Überprüfen sie einige bestimmte Widerstände auf ihre Betriebstemperatur.

Sie sehen, dabei handelt es sich um dieselben Schritte, wie bei einem Saugmotor. Denn die Prozedur ist bei einem Turbo-Motor auch dieselbe, ausgenommen das Abstimmen der VE-Tabelle und der Zündzeitpunkttabelle. Alle anderen der obigen Schritte werden im Kapitel Tuning des MegaManuals für die MS-I und MS-II ausgiebig behandelt, lesen sie die Details bitte dort nach.

Das Abstimmen gestaltet sich mit einer Breitband-Lambdasonde wesentlich einfacher. Bei einem Turbo-Motor kann die Sonde entweder im Abgaskrümmer oder im „Downstream“ (auslassseitiges Rohr Richtung Abgastrakt) vom Turbo platzieren. Oftmals besteht das abgasseitige Gehäuse, das bei modernen Turboladern angeflanscht ist (und ggf. das Wastegate enthält) nicht nur aus einem 90°-Bogen der das Anschließen des Abgastrakts sehr viel einfacher macht, sondern verfügt auch über eine Gewindemuffe für eine Lambdasonde.