Einleitung

Bei den VAG 2.0TFSI Motoren sind mit dem originalen K04-Lader im Optimalfall etwa 360PS möglich, darüber hinaus gibt es etliche Anbieter sogenannter Upgradelader, wo eine größere Rumpfgruppe an den kleinen Serienkrümmer adaptiert wird und teilweise Leistungen bis zu 450PS versprochen werden.

Auf unserem Dynojet Leistungsprüfstand haben wir allerdings bei Fahrzeugen mit diesen Upgradeladern noch nie Leistungen mit mehr als 400PS messen können. Das Hauptproblem liegt hierbei am kleinen Abgaskrümmer, der zwar beim Serienlader ein gutes Ansprechverhalten bewirkt, aber bei hohen Ladedrücken auch recht viel Abgasgegendruck produziert. Selbst wenn die Verdichter der Upgradelader für 450PS ausgelegt sind, bleibt aufgrund des kleinen Serienkrümmers von der in den Motor eingebrachten Leistung nicht viel übrig, da die Ausschiebearbeit um das Abgas aus den Brennräumen heraus durch Krümmer und Abgasturbine zu befördern, einfach zuviel Leistung frisst. Der Gesamtwirkungsgrad des Motors sinkt und der Motor wird thermisch unnötig hoch belastet. Durch den hohen Abgasgegendruck ergibt sich zudem ein schlechtes Spülgefälle und es verbleibt ein größerer Restgasanteil im Brennraum, der sich mit dem Frischgas vermischt und den Motor klopfanfälliger macht.

Abhilfe schafft hier nur ein anderer Abgaskrümmer mit zum Turbolader passendem Turbinengehäuse, wo das Verhältnis von Leistung und Abgasgegendruck wieder passt.

Umsetzung

Wie schon seit Jahren im Bereich Opel erfolgreich im Einsatz, kam für uns nur eine Umsetzung als qualitativ hochwertiger Gusskrümmer mit V-Bandflanschen für TiAL Edelstahlturbinengehäuse und externem Wastegate in Frage. Die zuvor bereits am Markt erhältlichen Abgaskrümmer diverser Wettbewerber waren meist strömungsungünstig konstruiert, gaben ein schlechtes Ansprechverhalten und waren aufgrund der anfälligen Stehbolzen/Dichtungs-Konstruktion nur bedingt alltagstauglich.

Die Vorteile unseres neuen Abgaskrümmers:

• Material D5S mit hohem Nickelanteil (wie Serie)
• Wastegate und Turbolader haben V-Band Flansche  - daher keine anfälligen Dichtungen und Stehbolzen!
• externes 44mm Tial-MVR Wastegate (Wasserkühlung möglich)
• Tial Abgasgehäuse mit V-Band-Flanschen in allen erdenklichen Größen (selbe Downpipe für alle möglichen Turbolader)
• Turbolader für 400 bis 650PS möglich (GTX2860R bis GTX3076R)
• unterschiedliche A/R Varianten für jeden Einsatzzweck (optimales Ansprechverhalten oder mehr Endleistung)

Konstruktion

Bei der Konstruktion wurden zuerst die Positionen von Lader und Wastegate im Motorraum festgelegt.

Anschliessend wurden die Positionen der einzelnen Flansche zueinander im CAD angelegt und mit der Konstruktion der einzelnen Kanäle begonnen. Zielsetzung war hierbei ein hoher Abgasdurchsatz über das Wastegate, um so die Verwendung von kleinen Turbinengehäusen zu ermöglichen und somit ein bestmögliches Ansprechverhalten des Turboladers zu erreichen. Hierzu wurden ständig CFD-Simulationen durchgeführt, um eine gleichmäßige Verteilung von Drücken und Strömungsgeschwindigkeiten auf allen Zylindern zu erreichen.

Durch den hohen Durchsatz über das Wastegate ist es möglich, hohe Leistungen bei niedrigen Abgasgegendrücken zu fahren, was sowohl den Turbolader als auch den Motor schont. Durch das bessere Spülgefälle sinkt zudem die Klopfneigung des Motors, was höhere Zündwinkel ermöglicht und in einer höheren Endleistung bei niedrigerer Abgastemperatur resultiert.

Neben der reinen CFD-Simulation wurden auch FEM-Berechnungen durchgeführt, um neben der maximalen Leistungsfähigkeit auch die bestmögliche Dauerhaltbarkeit zu erreichen. Bei den FEM-Berechnungen lag das Hauptaugenmerk in der Rissbildung. Die Materialstärke liegt zudem gut 30% über der des Serienkrümmers.

Prototyp

Wie auch schon bei unseren anderen Projekten griffen wir wieder auf Rapid-Prototyping zurück, bevor unsere Gießerei sich an die Arbeit machen konnte. Durch dieses 3D-Druckverfahren ist es uns möglich, die Bauteile schon vor der Serienfertigung in Originalgröße am Motor zu verbauen, um das Zusammenspiel mit anderen Komponenten zu testen und um Platzprobleme bei der Montage auszuschliessen.

Bei dieser ersten "Anprobe" im Fahrzeug wurden dann gleich die Werkzeuge für die notwendigen Silikonformschläuche für Luftansaugung und Ladeluftverrohrung sowie eine Musterdownpipe erstellt.

Endprodukt

Der fertige Krümmer kann bei uns sowohl einzeln als auch als komplettes Kit mit Lader, Wastegate, Ölvor- u. Rücklauf, Wasserleitungen, Silikonformschläuchen sowie den notwendigen V-Bandschellen erworben weden.

Wie auf den Bildern erkennbar, ist im eingebauten Zustand von dem Krümmer mit Wastegate kaum etwas zu sehen, einzig die 90mm Ansaugung zum TTS-Luftfilterkasten fällt größer als Serie aus.

Das Ansprechverhalten liegt mit dem kleinsten GTX2860R und kleinstem Turbinengehäuse auf K04-Niveau, ist aber für 400PS gut, während mit einem GTX2867R bei minimal späterem Ansprechverhalten sogar 450PS gesund möglich sind. Bei unserem Golf-R20 haben wir zu Beginn einen GTX3071R mit mittlerem Abgasgehäuse (0.82A/R) verbaut, wo das nutzbare Drehzahlband zwischen 3800-7400U/min liegt und 500PS produziert werden.

Einleitung

Für Leistungssteigerungen, die über die Leistungsfähigkeit des originalen Abgaskrümmers hinaus gingen, wurden von uns bisher ausschließlich handgefertigte Rohrkrümmer aus Edelstahl eingesetzt.

Die Auswahl an Turboladern mit internem Wastegate sowie die Leistungsfähigkeit war bei dieser Lösung stark eingeschränkt und bedingt durch die Materialeigenschaften von Edelstahl gab es immer Nachteile im Bezug auf nicht seriennaher Optik und großer Strahlungsabwärme im Motorraum.

Ein weiterer großer Nachteil war die Alltagstauglichkeit bedingt durch die zwischen Krümmer und Abgasgehäuse vorhandene Dichtung und Schraubverbindung, die regelmäßig kontrolliert werden musste.

Diese Probleme sind nun mit unserer kompletten Neuentwicklung alle gelöst.

Mit unserem neuen Abgaskrümmer können wir nun eine Lösung komplett im “OEM-Style” anbieten.

Die Vorteile unseres neuen Abgaskrümmers:

• Material D5S mit hohem Nickelanteil (wie Serie)
• Wastegate und Turbolader haben V-Band Flansche
• externes 44mm Tial-MVR Wastegate (Wasserkühlung möglich)
• Tial Abgasgehäuse mit V-Band-Flanschen in allen erdenklichen Größen (selbe Downpipe für alle möglichen Turbolader)
• Turbolader für 300 bis 750PS möglich (GT28R bis GTX35R)

Konstruktion

Die Konstruktion des Abgaskrümmers für den Z20LEx durchlief in groben Zügen 3 Stufen.

1. Stufe:

Anfangs war die Idee, einen Integralkrümmer ähnlich dem Serienkrümmer zu entwickeln, an den eine Rumpfgruppe und Verdichter eines Garrett GT(X)3582R montiert werden sollte. Diese Variante erschien uns aber zu unflexibel, da ein Großteil unserer Kunden solche extremen Leistungen nicht bevorzugt. Als Ablösung unseres Edelstahl Stossaufladungskrümmers wäre somit eine Lücke im Leistungsangebot für den Z20LEx entstanden.

2. Stufe:

Anstelle des integrierten GT35-Abgasgehäuses wollten wir einen einen T25 Abgasflansch wie beim Stossaufladungskrümmer verwenden und somit die Wahl des Turboladers von GT25R bis GT30R mit int. Wastegate ermöglichen.
Die Rohrführung sowie das Package konnten nicht zufriedenstellend realisiert werden. Zudem wäre erneut die nicht alltagstaugliche Schraubverbindung zwischen Krümmer und Turbolader vorhanden gewesen.

3. Stufe:

Wir nahmen Kontakt mit Tial-Sport in den USA auf, stellten unser Projekt vor und man war sehr interessiert an der Mithilfe. Die von uns benötigten Informationen und 3D-Datensätze für das Tial MVR-Wastegate und Turbinengehäuse wurden uns zur Verfügung gestellt und die ersten Varianten stimmten uns sehr zuversichtlich.
Durch die Verwendung der Tial Turbinengehäuse ist es uns möglich, neben dem Package auch ein großes Leistungsspektrum abzudecken, da von GT28 bis GT35 die V-Band-Flansche an der selben Position sitzen.

Berechnung

Neben der reinen CFD-Simulation wurden auch FEM-Berechnungen durchgeführt, um neben der maximalen Leistungsfähigkeit auch die bestmögliche Dauerhaltbarkeit zu erreichen.

Bei der CFD-Berechnung geht es einerseits um bestmögliche Strömungseigenschaften durch den Abgaskrümmer, sowie um eine optimale Anströmung des Turbinengehäuses und(!) des Wastegates.

Zielsetzung war ein hoher Abgasdurchsatz über das Wastegate, um so die Verwendung von kleinen Turbinengehäusen zu ermöglichen und somit ein bestmögliches Ansprechverhalten des Turboladers zu erreichen.

Die Ansprechdrehzahl des Turboladers liegt dadurch im direkten Vergleich 600-1000U/min niedriger als beim Stossaufladungskrümmer.

Desweiteren ist es durch diese Massnahmen möglich, hohe Leistungen bei niedrigen Abgasgegendrücken zu fahren, was sowohl den Turbolader als auch den Motor schont. Durch das bessere Spülgefälle sinkt zudem die Klopfneigung des Motors, was höhere Zündwinkel ermöglicht und in einer höheren Endleistung bei niedrigerer Abgastemperatur resultiert.

Bei den FEM-Berechnungen lag das Hauptaugenmerk in der Rissbildung.

Zum Abgleich dieser Berechnungen wurden vor dem offiziellen Verkaufsstart mit 4 Prototypen Tests gefahren, die bisher ohne Probleme verlaufen sind.

Die Materialstärke liegt zudem gut 30% über der des Serienkrümmers.

Prototyp

Wie auch schon beim Spaltsaugrohr für den Z20LEx griffen wir wieder auf Rapid-Prototyping zurück, bevor unsere Gießerei sich an die Arbeit machen konnte.

Durch dieses 3D-Druckverfahren ist es uns möglich, die Bauteile schon vor der Serienfertigung in Originalgröße am Motor zu verbauen, um das Zusammenspiel mit anderen Komponenten zu testen und um Platzprobleme bei der Montage auszuschliessen. Eine Musterdownpipe konnte zu diesem Zeitpunkt ebenfalls schon gefertigt werden.

Leider war mit diesem Kunststoffprototypen kein Probelauf auf dem Prüfstand möglich, wie wir es mit dem Spaltsaugrohr machen konnten.

Endprodukt

Auf den ersten Blick sieht unser Abgaskrümmer aus wie ein Großserienteil und der Motorraum wird nicht mehr durch ein Krümmergeweih als nicht mehr original “enttarnt”. Auch das externe Wastegate fällt im Motorraum erst auf den zweiten Blick ins Auge. Zudem kann die Klimaanlage selbst bei Turboladern mit 100mm-Ansaugung im Fahrzeug verbleiben und der “OEM-Style” ist zu 100% gegeben. Unser Firmen-Logo befindet sich dezent auf der Unterseite des Abgaskrümmers.

Die Montage des kompletten Pakets, bestehend aus Abgaskrümmer, Wastegate, Turbolader, Downpipe, Ansaugrohr, Hitzeschutzblech, Öl-Vor- u. Rücklauf und einem neuen  Kurbelgehäuseentlüftungsrohres, ist absolut problemlos und ohne großen Zeitaufwand möglich.
Sämtliche während der Entwicklung gemachten Überlegungen und Berechnungen wurden in den darauffolgenden Tests mit den ersten 4 Prototypen mit den unterschiedlichsten Laderkombinationen bestätigt. Das Ansprechverhalten und das Leistungspotential übertraf sogar unsere Erwartungen!

Mit diesem Krümmer sind bereits über 700PS mit einem GTX3582R erreicht worden. Mit einem kleinen GTX2860R und kleinem Abgasgehäuse sind 380PS bei seriennahem Ansprechverhalten möglich.

Einleitung

Aus den Erfahrungen mit unserem Opel Speedster war die originale Ansaugbrücke als Leistungsbremse ab ~400PS bekannt.

Der Leistungseinbruch bei 5.500rpm konnte bis dahin sehr gut mit unseren Nockenwellen behoben werden. Für mehr Leistung war es bis jetzt notwendig erheblich mehr Ladedruck zu fahren. Auch war der minimal schlechtere Leerlauf für viele Kunden ein K.O.-Kriterium für unsere Nockenwellen. Diese Probleme galt es zu lösen und wir haben es geschafft.

Version 1 (2007)

Im Jahre 2007 wurde Version 1 vollständig am Rechner konstruiert. Dadurch war es möglich völlig frei von Grenzen, wie man sie bei einer Schweißkonstruktion hat, im Bezug auf Formen und Abmessungen auszuführen. Diesem Umstand ist es zuverdanken, dass alte “Weisheiten” aus dem Rennsport umgesetzt werden konnten. Kurze Ansaugrohrlängen mit deutlich größerem Durchmesser im Vergleich zur Serien Ansaugbrücke.

Erstmalig wurde Rapid Prototyping genutzt und der Prototyp hergestellt sowie anschließend getestet. Dadurch war es möglich, vorab eventuelle Montageprobleme zu erkennen und die Passgenauigkeit zu prüfen. Weiterhin war es mit diesem Prototyp möglich, Leistungsmessungen durchzuführen, welche nur einen Schluß zuließen: Die Rohrlängen waren zu kurz. Ein massiver Drehmomentverlust im unteren Drehzahlbereich, sowie eine Leistungsexplosion ab 8000rpm waren zu verzeichnen. Der erste Prototyp war somit nur noch ein Fall für die Vitrine, aber für einen Mitbewerber scheinbar eine (denkbar schlechte) Vorlage.

Version 2 (2007)

Ende 2007 entstand Version 2. Bei dieser Art des Luftsammlers war es jedoch nicht möglich, die gewünschten Rohrlängen zu erhalten. Es wurde kein Prototyp hergestellt und es musste ein neuer Weg für das Design des Saugrohres gegangen werden.

Version 3 (2008)

Im Jahr 2008 war die Lösung gefunden, es wurde ein völlig neuer Weg gegangen und die Ansaugbrücke wurde als Spaltsaugrohr vollkommen symmetrisch aufgebaut.
Dadurch war es möglich, die notwendigen Saugrohrlängen und -durchmesser zu bewerkstelligen. Diese Vorgaben ergaben sich aus diversen Schwingungssimulationen.

Ein weiteres Novum war die Strömungssimulation vor der Herstellung eines weiteren Prototypen. Anhand dieser wurden weitere Optimierungen und Verbesserungen vorgenommen.

Version 4 (2008)

Nachdem die Rohrlängen minimal geändert werden mussten, war die Version 4 – der 2te Prototyp fertig. Es wurden Halter für Lichtmaschine, Steuergerät und andere Dinge angebracht.

Nach der Herstellung des Prototypen wurde dieser montiert, es ergaben sich wie erwartet keine Probleme. Die Leistung lag nun bei 450PS, es wäre natürlich noch mehr möglich gewesen. Aber die Vernunft siegte vor der Neugier, die Plastik hält leider nicht soviel Ladedruck aus wie es bei Aluminium möglich wäre.

Endprodukt (2009)

Im Jahr 2009 wurden die Strömungssimulationen abgeschlossen und die Gießerei beauftragt. Nach einigen Lieferschwierigkeiten haben die ersten fertigen Spaltsaugrohre den Weg zu uns gefunden.

Die Erwartungen an das Spaltsaugrohr waren hoch! Und sie wurden übertroffen!
Mit einem Stufe-5 Motor wurden 520PS erreicht, das entspricht über 100PS mehr im oberen Drehzahlbereich bei identischem Ladedruck.
Mit einem LEH-Turbolader wurden 29PS mehr erreicht. Bisher war dies nur durch unsere Nockenwellen möglich, nun aber mit serienmäßigem Leerlauf! Mit K04-Race Turbolader waren ab 6000 U/min sogar 60PS mehr möglich!

Zum Abschluß wurde das Design geschützt und ist dadurch einmalig!

Das Spaltsaugrohr finden Sie HIER in unserem Online Shop!