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Aufladung des Boxermotors

Teil 1: Ziele der Aufladung
Teil 1: Mechanische Lader
Teil 1: Abgasturbolader
Teil 1: Literatur
Teil 2: Aufgeladene Boxermotoren
Teil 3: Thermodynamische Größen

B&M Blower (Roots-Kompressor)

Ziele der Aufladung

Durch Aufladung eines Verbrennungsmotors kann

die Motorleistung eines vorhandenen Motors durch Anbau eines Laders wesentlich erhöht werden,
der Drehmomentverlauf verbessert werden,
die Abgasqualität verbessert werden und
der Kraftstoffverbrauch im Teillastbereich im Vergleich zu leistungsgleichen Saugmotoren verringert werden.

Da die Leistung eines Verbrennungsmotors proportional des Luftdurchsatzes und damit der Luftdichte ist, kann die Leistung durch Verdichten der angesaugten Luft, d. h. durch Aufladung erhöht werden, ohne den Hubraum oder das Drehzahlniveau eines Motors zu verändern.
Der Wirkungsgrad dieser Aufladung ist dann am größten, wenn die Temperatur der verdichteten Luft am wenigsten erhöht wird. Daraus folgt, daß bei einer Aufladung auch ein Ladeluftkühler verwendet werden sollte, um einen optimalen Wirkungsgrad zu erzielen.
Die Grenze der Aufladung von Ottomotoren wird durch das Eintreten einer klopfenden Verbrennung vorgegeben. Um dieser Grenze fernzubleiben, wird meist das Verdichtungsverhältnis von aufgeladenen Motoren niedriger gewählt, als von Saugmotoren.

Mechanischer MAG-Lader (Roots-Prinzip) um 1960 /1/

Der VW-Boxermotor eignet sich für eine moderate Aufladung, weil

die Verdichtung serienmäßig niedrig gewählt wurde,
die Druckverluste in der Ansaugung durch Aufladung ausgeglichen werden,
der Bauraum zumindest für einen mechanischen Lader zur Verfügung steht und
der Antrieb eines mechanischen Laders über einen Keilriemen von der Kurbelwelle möglich ist.

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Mechanische Lader

Zur Aufladung werden seit den 50er Jahren besonders in USA und England im VW Käfer mechanische Lader eingesetzt. Die bekanntesten Bauformen sind

Drehkolbenlader (z. B. Fa. Roots oder Fa. MAG) oder
Flügelzellenlader (z. B. Fa. Judson).

Diese Lader wurden oft zur Nachrüstung des VW-Boxermotors angeboten. Weitere Bauformen von mechanischen Ladern, wie z. B. spiralförmige G-Lader oder Druckwellenlader (Comprexlader) werden hier nicht behandelt. Mechanische Lader werden von der Kurbelwelle des Motors angetrieben. Ein Teil der Motorleistung wird somit für die Verdichtungsleistung aufgewendet und geht für den Vortrieb des Fahrzeugs verloren. Frühere mechanische Lader mußten mit einer Zwangsschmierung versehen werden, die an einem Tank an der Gebläsekastenwand zu erkennen ist.

Im Gehäuse des Roots-Laders laufen zwei- oder dreiflügelige Drehkolben berührungslos gegeneinader. Beide Drehkolben sind über ein Zahnradpaar miteinander gekoppelt. Drehkolbenlader weisen keine innere Verdichtung auf sondern verschieben das angesaugte Volumen von der Saug- zur Druckseite.

Drehkolbenkompressor der Fa. MAG Motosacoche (Schweiz) um 1960 /1/

Drehkolbenprinzip nach Roots /3/
1 Gehäuse, 2 Drehkolben

Der Flügelzellenlader ist ein Lader mit innerer Verdichtung. Ein exzentrisch gelagerter Rotor weist mehrere Kanten auf, die die Verdichtungsräume bilden. Im Bild ist der Judson-Kompressor gezeigt, der um 1960 vertrieben wurde.

Judson-Kompressor mit Solex-Serienvergaser /1/

Der Judson-Kompressor wurde sehr oft mit einem Serienvergaser Solex 28 PCI betrieben. Lediglich eine kleinere Luftkorrekturdüse (Nr. 140) sicherte das richtige Kraftstoff/Luftverhältnis. K. Seume /6/ berichtet, daß ein Satz neuer Vergaserdüsen mit dem Lader-Kit mitgeliefert wurden genauso wie eine steifere Feder der Beschleunigerpumpe. Größere Vergaser (Solex 32 Typen) brachten wegen des engen Ansaugrohres keine nennenswerte Leistungssteigerung mehr. Die Schmierung der Flügelzellen wurde mit Motoröl aus einem Zusatzglasbehälter durchgeführt. Dieser Behälter mußte ca. alle 800 bis 1600 km nachgefüllt werden.

Fahrleistungen und technische Daten nach Messungen von /4/:

Eigenschaft	VW 1200 (Judson Kompressor)	VW 1200 (Standard, 30 PS)
Beschl. 0 ... 96 km/h	15,5 s	30,5 s
Höchstgeschw.	137 km/h	113 km/h
Max. Motorleistung	50 bis 52 PS bei 4000 1/min	30 PS bei 4000 1/min
Max. Drehmoment /5/	95 Nm	Nm
Test-Verbrauch	8,2 l/100 km	7,6 l/100 km

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Abgasturbolader

Abgasturbolader, bestehend aus einer Abgasturbine mit einem auf der selben Welle montierten Strömungsverdichter werden seit Anfang der 70er Jahre zusammen mit Ottomotoren eingesetzt. Die ersten Anwendungen wurden im Rennsport (Porsche 917, Ford Capri) umgesetzt. Der Abgasturbolader (ATL) erfordert einen hohen Aufwand bei der Regelung des Ladedrucks, um eine kontinuierliche Leistungsentfaltung zu erzielen, da der Ladedruck erst dann einsetzt, wenn die Turbine auf Drehzahl gekommen ist. Ein Teil des überschüssigen Ladedrucks wird durch ein Waste-Gate-Ventil in den Auspuff geleitet. Der ATL bezieht seine Antriebsenergie direkt aus der Abgasenergie und steigert somit den Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors.

Turbolader TO4B35, cb-performance (USA)
Ladedruck max. 1,3 bar,
bis 470 PS bei Bohrung x Hub von
84 x 94 mm,
Einsatz in Rennmotoren und Dune Buggies.

BoxerShop 1,6l-Motor mit Garret-ATL /2/

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Literatur

/1/ H. Elfrink, Making The Volkswagen Go, Post Motor Books, Arkadia California, 1960
/2/ VW-Scene 11/98, Seite 14 ff
/3/ Robert Bosch GmbH, Kraftfahrttechnisches Taschenbuch, 22. Auflage, VDI-Verlag
/4/ Ken Ulyett,The Porsche and Volkswagen Companion, Stanley Paul, 1962
/5/ Zeitschrift Autocar, Testing a 1957 Beetle with Judson supercharger
/6/ K. Seume, They have been many ways to improve the power output of early Volkswagen engine...