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 Turbolader |
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Funktion und Aufgabe
Der Abgasturbolader ist eine alte und bekannte Form der Aufladung und bereits zu Beginn des 20. Jahrhunderts erfunden. Bereits damals stellte der Erfinder Ingenieur Büchi fest, dass bei Verbrennungsmotoren unnötig viel Energie in Form von heißen und unter Druck stehenden Abgasen ausstoßen. Das ist heute immer noch genauso.
Die Idee des Abgasturboladers ist es daher, diesen Abgasstrom zu nutzen um eine Radialturbine anzutreiben und damit die Energie des Abgasstromes in mechanische Arbeit umzuwandeln.
Dabei können unterschiedliche Energieanteile des Abgases genutzt werden:
Abgasdruck (Druckenergie) und Abgasströmungsgeschwindigkeit (kinetische Energie). Nutzt man das erstere, so hat man es mit einer Stauaufladung oder Gleichdruckaufladung zu tun. Dabei werden die Abgase zunächst gesammelt um anschließend mit nahezu konstantem Druck an die Abgasturbine weitergeleitet zu werden.
Nutzt man letzteres, indem man den Turbolader nahe am Auslass anbringt, so kommt es zu Stoßaufladung, womit aber die thermische Belastung des Laders wegen der heißeren Abgase größer wird.
Die von der Abgasenergie angetriebene Radialturbine versetzt das mit ihr auf einer gemeinsamen Welle befestigte Verdichterrad in eine Rotationsbewegung. Die Aufgabe des Verdichters oder auch Ladepumpe genannt, ist es atmosphärische Frischluft anzusaugen und diese vor zu verdichten und anschließend mit Überdruck (der Fachbegriff dafür ist "Ladedruck") in die Brennräume zu führen.
Reparatur
Oftmals sind Turbolader teurer als der Wagen wert ist (z.B. bei Gebrauchtwagen). Nun gilt es zu prüfen ob der Turbolader noch instandsetzungsfähig ist. Nach dem Zerlegen wird der Turbolader gereinigt sowie auf Verschleiß und Defekte untersucht. Nun müssen alle beschädigten Teile und Verschleißteile, ausschließlich durch neue Originalteile ersetzt werden.
Der gereinigte und geprüfte Turbolader muss nun unter Einhaltung der Herstellervorschriften wieder zusammengebaut werden.
Bei jeder Reparatur wird auch das Laufzeug einzeln gewuchtet.
Die montierte "Rumpfgruppe" wird vor dem Einbau auf einer speziellen "Rumpfgruppen-Auswuchtmaschine" bei Betriebsdrehzahl balanciert.
Erst wenn all dies geschehen ist, darf der Turbolader wieder endmontiert werden.
Ein instandgesetzter Turbolader ist qualitativ einem Austauschturbolader ebenbürtig.
Wie lange dauert eine Reparatur?
In der Regel einen Werktag, wenn die Reparatur durch eine Fachwerkstatt durchgeführt wird.
Beim Abgasturbolader wird die Energie der Abgase dazu verwendet, die Frischgase in die Zylinder zu fördern.
Die Energie der Abgase treibt eine Turbine an. Das auf der Turbinenwelle sitzende Verdichterrad saugt Frischluft an und drückt die vorverdichtete Luft in die Zylinder. Da durch die Vorverdichtung die Temperatur der Frischluft stark ansteigt, ist häufig eine Rückkühlung der Frischluft durch einen Ladeluftkühler notwendig. Eine deutliche Ladewirkung wird erst bei mittleren bis hohen Drehzahlen erreicht. Außerdem reagieren diese Lader mit einer leichten Verzögerung auf schnelle Veränderungen der Fahrpedalstellung, da die Abgase aufgrund von Massenträgheit schnellen Lastwechseln nicht folgen können (das sogenannte Turboloch). Die Lader arbeiten nahezu verlustfrei, da sie keine Antriebsleistungvon der Kurbelwelle benötigen.
Abgasturbolader sind die meist verwendeten Lader-Typen im Automobilbau.
Funktionsweise
Ein Turbinenrad nutzt die Energie des Abgasstroms und treibt ein auf der gleichen Welle (jedoch im Zuluftstrom) sitzendes Verdichter-Schaufelrad an. Es komprimiert die angesaugte Frischluft und presst sie in die Zylinder. Dadurch steht im Motor mehr Sauerstoff für die Verbrennung zur Verfügung. So lassen sich im Vergleich zu Saugmotoren bei identischem Hubraum Leistung, Drehmoment aber auch Wirkungsgrad steigern. Besonders leistungsorientierte Motoren in Fahrzeugen von zB Audi verfügen abhängig vom Motorkonzept sogar über zwei Turbolader (biturbo).
Früher war die Leistungssteigerung das Hauptargument pro Turbolader, heute sind es in erster Linie Energieersparnis und Emissionsminderung, aber auch Durchzugsvermögen.
Zum Abgasturbolader gehören folgende Einzelteile:
Verdichterrad, Ladedruckregelventil, Laufzeug, Abgasaustritt, Abgaseintritt, Turbinengehäuse, Turbinenrad, Lagergehäuse, Verdichtergehäuse, Luftaustritt, Lufteintritt, Ladeluftkühler, Bypassleitung.