Multivan2.0T (06J145722D) – Multi-Fuel Thermal-Fatigue Turbo für Audi A4 Quattro|Kriechen-Ermüdungswechselwirkungsmodellierung für E85- und TSI-Kompatibilität

Der Multivan2.0T-Turbolader mit der Teilenummer 06J145722D (mit OEM-Quer--Referenz 06L145722G) wurde für eine kraftstoffflexible Welt entwickelt, für die herkömmliche Turbos nie ausgelegt waren. Dieses Gerät ist im Audi A4 Quattro mit dem 2.0 FLEX/T-Motor (EA888 Gen3, TSI/TFSI-Familie) eingebaut und muss in einem Kraftstoffspektrum von RON95-Benzin (Abgastemperatur: 820 Grad) über E85-Ethanol (860 Grad) bis hin zu CNG (720 Grad) betrieben werden. Jeder Kraftstoff erzeugt ein deutlich anderes thermisches Belastungsprofil-nicht nur in Bezug auf die Spitzentemperatur, sondern auch in der Häufigkeit der Temperaturwechsel: Der höhere Sauerstoffgehalt von E85 beschleunigt die Verbrennung und erzeugt stärkere Temperaturspitzen (200-Grad-Anstieg in 50 ms gegenüber 150-Grad-Anstieg in 80 ms bei Benzin). Der Multivan2.0T begegnet diesem Problem durch aTurbinengehäuselegierung mit einem verfeinerten Kriech-{0}}Ermüdungswechselwirkungsmodell-Der Guss besteht aus einer G-NiSiCr 45-35-Legierung mit einem Zusatz von 0,6 % Niob, der die Korngrenzen fixiert und die Koaleszenz von Mikro-Hohlräumen unter den wechselnden thermischen Belastungen des Mehrstoffbetriebs verlangsamt.

Das Kompressorgehäuse verfügt über a38-mm-Induktormit einem 51-mm-Exducer, der einen Massendurchflussbereich von 0,08–0,22 kg/s bei Druckverhältnissen zwischen 1,5:1 und 2,5:1 liefert. Das Kompressorkennfeld erreicht seinen Spitzenwirkungsgrad von 76 % bei 2,0:1 PR und 165.000 U/min, wobei die Insel das breite Drehzahlband (1.800–5.500) abdeckt, das typisch für die variable Kraftstoffanpassung des 2.0 FLEX/T-Motors ist. Die Surge-Marge wird durch a auf 34 % erhöhtkonisches Einlaufprofildas die einströmende Luft am Induktor auf Mach 0,80 beschleunigt-optimiert für die höheren Ansauglufttemperaturen (bis zu 65 Grad), die auftreten, wenn der Motor mit der höheren latenten Verdampfungswärme von E85 läuft.

Das Turbinengehäuse ist aus a gegossenproprietäre G-NiSiCr 45-35-Legierungmit 45 % Nickel, 35 % Chrom und einem Zusatz von 0,6 % Niob. Der Niobzusatz verfeinert die Karbidverteilung (von ASTM-Korngröße 4 auf Korngröße 6), was die Zeitstandfestigkeit um 22 % bei 850 Grad -der Spitzentemperatur erhöht, die während des E85-Betriebs erreicht wird. Kritischer ist die LegierungKriechen-Ermüdungswechselwirkungwurde durch 2.000 thermische Zyklen von 100 Grad bis 850 Grad charakterisiert, was die erwartete Lebensdauer des Turbos im Mischbetrieb darstellt. Die Wandstärke des Gehäuses ist einheitlich 4,5 mm -2 mm dünner als bei herkömmlichen Gehäusen – um die thermische Trägheit zu verringern und dem Turbo zu ermöglichen, bei Kraftstoffübergängen schneller das Gleichgewicht zu erreichen, aber die verbesserte Kriechfestigkeit der Legierung gleicht die geringere Dicke aus.

Das Turbinenrad ist aus a gefertigtMAR-M-247-SuperlegierungEnthält 10 % Kobalt, 6 % Wolfram und 5 % Tantal und bietet eine außergewöhnliche Kriechfestigkeit bei 880 Grad (die maximale EGT für E85 unter anhaltender Volllast). Das Rad verfügt über a10-Blatt-Designmit einem polaren Trägheitsmoment von 0,0032 kg·m²-eine Reduzierung um 12 % gegenüber früheren Varianten, um den Einsatz-von energieärmeren Kraftstoffen wie CNG zu verbessern. Die reduzierte Schaufelzahl erhöht die Impulsfolgeamplitude um 8 % und gleicht damit die 15 % geringere Abgasenergie von CNG im Vergleich zu Benzin aus. Das Rad ist auf die Güteklasse G1,0 ausgewuchtet und weist eine Restunwucht von 0,30 g·mm auf.

Das Verdichterrad ist aus geschmiedetem Material gefertigt7075-T6 AluminiumKnüppel mit einer zweistufigen eloxierten Beschichtung (Gesamtdicke 45 µm) mit einervariable-Steigung-inspirierte Geometrie-Die Schaufelwinkel variieren von 28 Grad an der Nabe bis 32 Grad an der Haube, wodurch ein progressives Kompressionsprofil entsteht, das sich an die unterschiedlichen Luftdichten anpasst, die sich aus der höheren Verdunstungskühlung des E85 ergeben (Ansauglufttemperatur 15 Grad niedriger als im Benzinbetrieb). Diese progressive Verdichtung verbessert die Off-{6}Design-Effizienz des Kompressors beim Übergang von Benzin (Dichte 1,18 kg/m³) zu E85 (Dichte 1,22 kg/m³) um 4 %.

F1: Der Turbo ist für E85 ausgelegt, aber Ethanol absorbiert Feuchtigkeit. Hat dies Auswirkungen auf die internen Komponenten des Turbos?
Die hygroskopische Natur von Ethanol wirkt sich hauptsächlich auf das Kraftstoffsystem und nicht auf den Turbolader aus. Der Turbo ist keinem flüssigen Ethanol ausgesetzt-nur den Abgasen, die bei der Ethanolverbrennung entstehen und einen höheren Wasserdampfgehalt haben (12 % gegenüber . 8 % bei Benzin). Der Niobzusatz des Turbinengehäuses verbessert seine Beständigkeit gegenüber der etwas korrosiveren Abgasumgebung. Die eloxierte Beschichtung des Verdichterrads ist auch für die Ansaugluft mit höherer Luftfeuchtigkeit ausgelegt.

F2: Der Motor läuft mit E85 mit einem EGT von 860 Grad. Liegt das innerhalb der Betriebsgrenze des Turbos?
Ja-Das MAR-M-247-Turbinenrad ist für eine kontinuierliche Einlasstemperatur von 880 Grad ausgelegt und bietet eine Sicherheitsmarge von 20 Grad bei E85s Spitzen-EGT. Das G-NiSiCr-Gehäuse hat eine Zeitstandlebensdauer von 5.000 Stunden bei 860 Grad, was die erwartete Lebensdauer des Turbos von 3.500 Stunden im Mehrstoffbetrieb übertrifft.

F3: Ich verwende gelegentlich E85, verwende aber meistens Benzin. Muss der Turbo während des Kraftstoffwechsels angepasst werden?
Nein.-Die Kraftstoff-adaptive Boost-Karte des Steuergeräts wählt automatisch die entsprechende Wastegate-Arbeitszyklustabelle auf der Grundlage des Ethanolsensormesswerts aus. Der mechanische Aufbau des Turbos ist für alle Kraftstoffarten identisch; Die einzige Anpassung erfolgt in der ECU-Software.

F4: Der CNG-Betrieb erzeugt eine EGT von 720 Grad, viel niedriger als bei Benzin. Beeinflusst dies die Boost-Reaktion?
Die niedrigere EGT von CNG reduziert die Abgasimpulsenergie um etwa 15 %. Das leichtere Turbinenrad des Multivan2.0T (0,0032 kg·m² gegenüber 0,0036 kg·m² beim Standardgerät) gleicht diese Reduzierung aus und erreicht eine Boost-Schwelle von 1.720 U/min bei CNG im Vergleich zu 1.600 U/min bei Benzin -nur ein Unterschied von 120 U/min.

F5: Das Ölbypassventil hält eine Öltemperatur von 110 Grad aufrecht. Verursacht dies eine Ölverkokung, wenn der Motor mit CNG bei niedrigerer EGT läuft?
Der Einstellpunkt des Ventils beträgt unabhängig von der Kraftstoffart 110 Grad. Während des CNG-Betriebs führt die niedrigere EGT des Turbos zu niedrigeren Lagergehäusetemperaturen (155 Grad gegenüber 180 Grad bei Benzin), sodass die Öltemperatur gelegentlich auf 105 Grad sinken kann -immer noch im akzeptablen Bereich für 5W-30- und 0W-20-Öle. Unterhalb von 115 Grad tritt keine Verkokung auf.

F6: Die Common-Rail-Dieselverbindung: Welchen Zusammenhang hat dieser Turbo mit Dieselkraftstoffsystemen?
Das kraftstoffadaptive Mapping-Konzept, das im ECU-Steuerungsalgorithmus dieses Turbos verwendet wird, wurde von Common-Rail-Kalibrierungsstrategien für Dieselmotoren übernommen, bei denen Schwankungen der Kraftstoffqualität (Cetanzahl) unterschiedliche Einspritzzeitpunkt- und Druckkennfelder erfordern. Die gleiche „Tabellen-{3}}Umschaltmethode-zur Erkennung von Kraftstoffeigenschaften und zur Auswahl der geeigneten Kalibrierung-wurde auf die Ladesteuerungslogik dieses Benzinturbos angewendet.

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