Turbo Technik: A/R

[caligula]

Was ist eigentlich A/R bei einem Turbo?

A/R (Area/Radius) bezieht sich auf die Gehäuse von Turbos und beschreibt eine geometrische Charakteristik. Technisch definiert als:

Die Einlass-, oder für Kompressorgehäuse die Auslass-Querschnittsfläche, dividiert durch den Radius von der Mitte des Turbos bis zur Mitte dieser Querschnittsfläche (siehe Bild)



Die A/R Parameter haben verschiedene Effekte auf die Kompressor- und Turbinenleistung, wie unten genauer verdeutlicht.

Kompressor A/R - Die Kompressorleistung ist relativ unempfindlich auf Veränderungen des Kompressor A/R. Größere A/R Gehäuse werden manchmal verwendet, um die Leistung bei leicht aufgeladenen Anwendungen zu optimieren, wobei kleine A/R´s bei hohen Ladedrücken zum Einsatz kommen. Meist sind jedoch auf der Kompressorseite gar keine verschiedenen Gehäuse zur Auswahl. (natürlich für den selben Turbo)

Turbinen A/R - Die Turbinenleistung wird hingegen sehr stark durch Veränderungen des A/R beeinflusst, die es hier verwendet wird, um die Charakteristik eines Laders und die max. Durchflussmenge zu verändern. Die Verwendung eines kleineren A/R wird die Abgasgeschwindigkeit am Eintritt in die Turbine erhöhen, was höhere Leistung und ein besseres Ansprechverhalten im unteren Drahzahlband gibt. Ebenso wir durch ein kleines A/R jedoch die Luft eher tangential in das Rad eingeleitet, was die maximale Durchflussmenge nach oben hin stark begrenzt. D.h. es wird der Abgasgegendruck erhöht und dies hindert den Motor bei hohen Drehzahlen zu "atmen", was die Leistung bei hohen Drehzahlen auch beeinflusst.

Im Gegensatz dazu wird großes A/R die Luftgeschwindigkeit verringern, was ein verzögertes Ansprechen begünstigt. Die Strömung trifft hier das Rad mehr in radialer Richtung, was die maximale Druchflussmenge erhöht, geringeren Staudruck und mehr Leistung im hohen Drahzahlbereich bedeutet.

Beim Ausloten zwischen verschiedenen A/R Möglichkeiten, sollte man sich im Klaren sein, wofür das Fahrzeug genutzt werden soll. Dadurch kann man mittels Veränderung des A/R die Leistung ins gewünschte Drehzahlband verlagern.

Hier ist ein einfacher Vergleich von verschiedenen A/R Verhältnissen an verschiedenen Anwendungsfällen.

Stellen wir uns zwei 3,5L Motoren vor, beide verwenden einen GT30R Turbo. Der einzige Unterschied zwischen den beiden Motoren ist ein anderes Turbinen A/R; alles andere ist identisch:
1. Motor 1 hat ein Turbinen A/R von 0.63
2. Motor 2 hat ein Turbinen A/R von 1.06.

Was können wir nun darüber sagen? Wofür sind die verschiedenen Motoren ausgelegt?

Motor 1: Dieser Motor verwendet ein kleineres Turbinengehäuse (0.63), was auf ein besseres Ansprechverhalten und mehr Drehmoment im unteren Drehzahlband hinweist. Viele würden dies mit: "Macht mehr Spaß auf der Straße" beschreiben, da viele für ein Straßenfahrzeug gutes Ansprechverhalten bevorzugen. Bei hohen Motordrehzahlen jedoch, wird dieses kleinere Gehäuse mehr Staudruck erzeugen, was einen Leistungsverlust im oberen Drehzahlbereich bedeuten kann. Dieser Typ von Motorleistung ist gut für Straßenanwendungen, bei denen Ansprechverhalten und Komfort wichtiger ist, als Top-End-Leistung.

Motor 2: Dieser Motor verwendet das große Turbinengehäuse (1.06) und ist für Peak-Leistung ausgelegt, während er dafür Ansprechverhalten und Drehmoment im unteren Bereich opfert. Das größere Gehäuse wird den Staudruck bei hohen Drahzahlen klein halten und dafür mehr Leistung nach oben hin frei geben. Auf der anderen Seite, wird dies natürlich auch das "Turboloch" vergrößern. Das bedeutet, die Leistung von Motor 2 ist mehr auf den Rennbetrieb ausgelegt, bei dem der Motor großteils bei hoher Drehzahl bewegt wird, als die von Motor 1.

Quelle: Garrett