Turbolader Verbessert

Turbolader

Die Geschichte des Turboladers

Turbolader gibt es fast so lange wie es Verbrennungsmotoren gibt. Das Streben nach mehr Leistung und weniger Verbrauch begleitet seither die Entwicklung der Verbrennungsmotoren. Schon 1885 und 1886 unternahmen Gottlieb Daimler und Rudolf Diesel Versuche, mit komprimierter Luft Leistung zu Steigern und den Brennstoffverbrauch zu verringern Alfred J. Büchli entwickelte 1905 das Prinzip des Abgaskompressors, welcher später auch Turbolader genannt wurde. Es gelang ihm eine Leistungssteigerung von 40%. Damit wurde der Turbolader offiziell als Leistungssteigerndes Bauteil in die Entwicklung von Verbrennungsmotoren aufgenommen. Erstmals entwickelte 1938 dann der Hersteller Swiss Machine Works Sauer einen Turbo aufgeladenen Motor für Lastkraftwagen. Der erste Serienmäßige Turbomotor wurde 1961 von Scania herausgebracht. Schon ein Jahr später folgte der erste Turbolader an einem Pkw-Motor. Auch viele Motorschäden und eine nur schlechten nutzbare Leistungsentfaltung verschwanden diese aber schnell vom Markt. In den siebziger Jahren wurden Turbomotoren erstmals im Motorsport eingesetzt. Die Formel-1 erlebte eine Ära von unbegrenzter Leistungssteigerung. So wurde der Turbolader bei allen Autofahrern bekannt und begehrt. Als Folge brauchten mehrere Fahrzeughersteller ihre Topmodelle mit einem Turbomotor auf den Markt. Da frühe Turbomotoren aber nur über einen kleinen Drehzahlbereich sehr viel Leistung entwickelt (Turboloch) und dann viel Kraftstoff verbrauchten, wurden sie schnell wieder uninteressant. Als nach Ölkrise 1973 der Kraftstoff verhältnismäßig teuer war, setzten sich mehr und mehr Turbomotoren im LKW durch. Steigende Kraftstoffpreise, eingeschränkte Emissionswerte und der Wunsch nach mehr Leistung gaben dem Turbolader in Nutzfahrzeugen eine immer weitergehende Entwicklung. Der tatsächliche Durchbruch vom Turbomotoren im PKW begann 1978 mit dem Mercedes 300 Turbodiesel .

Der Turbolader

Kraftfahrzeuge benötigen normalerweise zwei Arten von Motoren. Einen, um spurtstark aus niedrigen Motordrehzahlen zu beschleunigen und einen um wirtschaftlich, aber zügig zu fahren. Mit diesem Ziel wurde die Motorenentwicklung in den vergangenen Jahren vorangetrieben. Aufgabe eines Turboladers ist es, die für die Verbrennung benötigte Luft unter Druck in die Brennräume des Motors zu pumpen. In Verbindung der richtigen Menge Kraftstoff sorgt diese Aufladung für eine wirtschaftliche Aufladung. Durch Eintreten der Auspuffabgase in das Turbinengehäuse des Turboladers wir das Turbinenrad angertrieben. Da das Turbinenrad und das Verdichterrad miteinander verbunden sind, wird auf diese Weise der Kompressorteil des Turboladers angetrieben, um Ladeluft für den Motor zu produzieren. Je mehr Abgas in den Turbolader gelangt, desto mehr Ladedruck wird produziert. Ist der maximale Laderdruck erreicht, öffnet eine Druckdose das Beipassventil im Turbinengehäuse und der Ladedruck baut sich nicht weiter auf. Durch den Einsatz dieser geregelten Turbolader wurde es möglich, kleinere Turbinen zu verwenden, die ein früheres Ansprechen ermöglichten, da der Abgasüberfluss durch das Beipassventil abgelassen werden konnte.Strömungsschema Turbolader

Technik

Verbrennungsmotoren liefern eine gewisse Energie. Die Leistung eines solchen Motors ergibt sich aus der Menge des zugeführten Kraftstoff-Luftgemisches. Wird die Menge des Gemisches verändert, so verändert sich die Leistung. Um die Leistung eines Verbrennungsmotors zu steigern, muss die Zylinderfüllung erhöht werden. Dieses erreichte man in vergangener Zeit durch Vergrößerung und Optimierung von Ansaug-und Auslasskanälen des Zylinderkopfes, sowie eine Hubraumvergrößerung des gesamten Motors. Druckfüllung Eine andere Möglichkeit, die Zylinderfüllung zu erhöhen, erreichte man durch Einbringen von vorverdichteter Luft. Hierfür gab es verschiedene Möglichkeiten, wie mechanisch angetriebene Kompressoren in den verschiedensten Bauarten und Abgasturbolader. Mechanische Druckfüllung Bei der mechanischen Druckfüllung reden wir von mechanisch angetriebenen Kompressoren, die den Motor aufladen. Diese Aufladung sorgt für eine auffallend frühe und konstante Leistungsabgabe des Motors. Nachteile dieser Aufladung ist der mechanische Antrieb durch die Kurbelwelle, welcher einen Teil der gewonnenen Leistung wieder verbraucht. Bekannt geworden ist diese Technik durch den Heutigen Mercedes Slk. Abgasladedruck Ein durch Abgas angetriebener Turbolader hat ebenfalls die Aufgabe, die Zylinderfüllung zu erhöhen. Dieser Antrieb erfolgt durch das schon vorhandene und endweichende Abgas. Nachteil dieser Aufladung ist die Abhängigkeit vom Abgas. Der Turbolader erzeugt erst Ladedruck, wenn genügend Abgas für den Antrieb der Turbine vorhanden ist. Wir sprechen vom so genannten Turboloch. Registeraufladung Eine der neuesten Endwicklungen auf dem Fahrzeugmarkt sind Motoren mit Registeraufladung. Hierbei übernimmt ein kleiner Turbolader das frühe und schnelle ansprechen bei niedriger Motordrehzahl und ein großer, nachgeschalteter Turbolader die maximale Aufladung für maximale Leistung in hohen Motordrehzahlen.

Vorteile

Durch die Turboaufladung von kleineren Verbrennungsmotoren wird das Leistungsgewicht erheblich verbessert.

Turbomotoren verbrauchen bei gleicher Leistung wie Saugmotoren entscheidend weniger Kraftstoff.

Durch höhere Verbrennungstemperaturen ist der Partikelanteil im Abgas wesentlich geringer.

Nachteile

Das Turboloch. Die Turbine eines Turboladers beginnt erst mit zunehmendem Abgasdruck zu drehen. Dadurch kommt eine verspätete Leistungsabgabe zustande.

Auspuffkrümmer, Turbolader und Hosenrohr bekommen im Laufe der Zeit Hitzerisse.

Quellenangabe: Die Bilder und Teile des Textes wurden aus dem Turbolader Handbuch entnommen.