Abgaskrümmer Z20LEx GT-V-Band

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 850PS möglich (GT28RS bis GTX3584R)

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.

Bei den neueren Garrett GTX30 Gen.2 Ladern können zudem die Garrett Turbinengehäuse verwendet werden. Bei den GTX28 passen aber nur die TiAL Gehäuse!


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.

CAD Entwürfe

Mithilfe von TiAL CAD Daten

CFD Analyse

Flow Chart des V-Band Abgaskrümmers

Prototyp

Erste Anprobe unseres Z20LEx Abgaskrümmers

Endprodukt

Die finale Version unseres Z20LEx GT-V-Band Krümmers

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