Stufenaufladung M57TU2TOP

Stufenaufladung M57TU2TOP

Ab 09/06 wird die vom M57TUTOP bekannte Stufenaufladung auch beim M57TU2 eingesetzt. Der Ersteinsatz erfolgt im E90/91 und im E83.

Bauteil-Kurzbeschreibung

Ladergruppe, Ansicht von rechts

Ladergruppe, Ansicht von links

Die wichtigsten Bauteile für die Funktion der zweistufigen Turboaufladung sind:

1 kleiner Turbolader

Die Größe des verwendeten Turboladers hat einen entscheidenden Einfluss auf das Betriebsverhalten des Motors (Leistung und Ansprechverhalten). Ein kleiner Turbolader hat aufgrund der geringen Massen, die vom Abgas beschleunigt werden müssen, ein sehr gutes Ansprechverhalten. Der Ladedruck wird beim ”Gas geben” sehr schnell aufgebaut. Der Motor reagiert dadurch mit sehr geringer Verzögerung.

1 großer Turbolader

Anders verhält sich ein großer Turbolader. Beim ”Gas geben” muss das Abgas große Massen beschleunigen. Der Turbolader und damit auch der Motor reagieren träger beim Beschleunigen. Wenn allerdings hohe Endleistung erwünscht ist, also hohe Ladedrücke und Luftdurchsätze benötigt werden, ist der große Turbolader aufgrund der größeren Querschnitte im Vorteil.

Für die zweistufige Turboaufladung sind beiden Turbolader in Reihe geschaltet. Das Abgas treibt zuerst die kleine Turbine, dann die große Turbine an. Auf der Frischluftseite verdichtet zuerst der große Verdichter die Frischluft, dann der kleine Verdichter.

Turbinen-Regelklappe

Die Turbinen-Regelklappe steuert die Verteilung des Abgasstroms zwischen kleiner und großer Turbine. Die Turbinen-Regelklappe wird pneumatisch von einer Membrandose verstellt. Die Turbinen-Regelklappe kann variabel verstellt werden. Ein elektropneumatischer Druckwandler beaufschlagt die Membrandose mit Unterdruck.

Verdichter-Bypassklappe

Die Verdichter-Bypassklappe ermöglicht luftseitig die Umgehung des kleinen Verdichters. Die Verdichter-Bypassklappe wird pneumatisch von einer Membrandose verstellt. Die Verdichter-Bypassklappe wird entweder voll geöffnet oder ganz geschlossen. Ein Elektro-Umschaltventil beaufschlagt die Membrandose mit Unterdruck.

Wastegate-Ventil

Bei Erreichen der Nennleistung wird das Wastegate-Ventil geöffnet, um zu hohen Ladedruck zu verhindern. Über das Wastegate-Ventil wird ein Teil des Abgases an der großen Turbine vorbeigeführt. Das Wastegate-Ventil wird pneumatisch von einer Membrandose verstellt. Das Wastegate-Ventil kann variabel verstellt werden. Ein elektropneumatischer Druckwandler beaufschlagt die Membrandose mit Unterdruck.

DDE-Steuergerät

Für die Ansteuerung wurde die DDE weiterentwickelt. Das DDE-Steuergerät steuert auch die oben genannten Aktoren für die zweistufige Aufladung an.

Systemfunktion

Für die Auslegung eines Turboladers muss immer ein Kompromiss zwischen gutem Ansprechverhalten und hoher Endleistung eingegangen werden. Mit den bei BMW verwendeten Turboladern mit variabler Turbinengeometrie wird dieser Nachteil der einstufigen Turboaufladung reduziert, kann jedoch nicht vollständig beseitigt werden. Bei der Stufenaufladung arbeiten die beiden Turbolader so zusammen, dass ein optimales Betriebsverhalten erreicht wird.

• Funktion bei niedriger Last und Drehzahl:
  Die Leitungen, die den kleinen Verdichter und die kleine Turbine umgehen, sind verschlossen. Das Abgas treibt zuerst die kleine Turbine, dann die große Turbine an. Auf der Frischluftseite verdichtet zuerst der große Verdichter die Frischluft, dann der kleine Verdichter.
  
• Funktion bei mittlerer Last und Drehzahl:
  Mit steigender Drehzahl nimmt die Bedeutung des großen Turboladers zu. Mit der Turbinen-Regelklappe wird der Abgasstrom auf beide Turbinen verteilt. Durch die variable Verstellung der Turbinen-Regelklappe wird der Ladedruck geregelt
  
• Funktion bei hoher Last und Drehzahl:
  Die kleine Turbine und der kleine Verdichter werden durch das vollständige Öffnen der Verdichter-Bypassklappe und der Turbinen-Regelklappe umgangen. Dadurch kann der große Turbolader große Luftmassen fördern, ohne dass der kleine Turbolader die Luft behindert. Die Verdichtungsarbeit leistet ausschließlich der große Verdichter.
  

Aufbau des Unterdrucksystems

Unterdruckverteiler, Ansicht von links