Turbomotor, Turboladertechnik

Turbolader

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Der Turbolader wurde patentiert im Jahre 1905 von einem Dr. Alfred Büchi, jedoch sollte es doch noch einige Zeit dauern, bis die serienreife Konstruktion ihre Verbreitung fand. Turbo steht umgangssprachlich für Kraft und Schnelligkeit.

Das Prinzip des Turbo ist relativ simpel, der Ottomotor und auch der Dieselmotor als reine Saugmotoren geraten physikalisch an ihre Grenzen. Der Füllungsgrad wird begrenzt durch den Unterdruck, der beim Ansaugtakt erzeugt werden kann.

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Dieser wächst mit steigender Drehzahl an, eine höhere Drehzahl bedeutet mehr Leistung, aber auch eine geringere Lebensdauer.

Hier setzt der Turbolader an, ein Verdichter im Ansaugtrakt ist mit einer Turbine im Abgasstrom mittels einer Welle verbunden. Dieser Abgasstrom bewegt die Abgasturbine, die wiederum den Verdichter antreibt. Dadurch ist es möglich, die Ansaugluft in die Zylinder zu pressen, was mit einer höheren Kraftstoffmenge zu einem besseren Füllungsgrad führt.

Dies führt in der Praxis zu einem obskuren Perpetuum Mobile, je mehr die Drehzahl ansteigt, um so mehr verdichtete Luft wird in die Brennräume hineingepresst, der Motor kann noch höher drehen und so weiter. Dies würde in der Praxis jedoch zu irreversiblen Motor- oder Turboladerschäden führen.

Um Schäden durch den höheren Füllungsgrad zu verhindern wird die Verdichtung gegenüber Saugmotoren verringert. Dem Effekt des Perpetuum Mobile, also dem sich ständig erhöhenden Ladedruck wird entgegengewirkt durch einen Ladedruckregler. Hierbei gibt es auch mehrere Möglichkeiten, die kostengünstigste und bei älteren Varianten am meisten verbaute, ist ein Überdruckventil auf der Verdichterseite. Moderne Systeme leiten über ein Bypassventil überschüssigen Abgasstrom an der Turbine des Abgasturboladers vorbei. Durch die erhöhte Leistung ist es auch bedingt, verschiedene Systeme des Kraftfahrzeugs stabiler und wirkungsvoller zu konzipieren.

Ein spezifischer Nachteil aufgeladener Motoren gegenüber Saugmotoren ist, das hier die Luft durch Unterdruck angesaugt wird, kühlt damit ab und hat damit eine höhere Dichte und somit einen höheren Sauerstoffgehalt. Bei Aufgeladenen Motoren wird die Luft durch die Reibung bis zu 200 Grad Celsius heißer, die Dichte und der Sauerstoffgehalt sinkt. Neben der erhöhten Temperaturbelastung verschlechtert sich auch der Füllungsgrad des Motors. Dem wird durch Einbau eines Ladeluftkühlers gegengesteuert.

Durch die Mehraufwendungen, dem komplizierteren Aufbau, dem höheren Wartungs- und Diagnoseaufwand wird bei Ottomotoren auf eine Aufladung mittels Abgasaufladung, also dem Turbo, von vielen Herstellern verzichtet und eher der mechanischen Aufladung mittels Kompressor bevorzugt.

Bei Dieselmotoren liegt im Schubbetrieb im Gegensatz zu Ottomotoren auch ein Gasstrom am Turbolader an, somit ist das Ansprechverhalten besser, das gefürchtete Turboloch, das bei Ottomotoren nur durch aufwendige Regeltechnik aufgefangen wird, ist somit hier kein Thema. Durch höheren Wirkungsgrad, geringere Abgastemperatur und niedrigere Drehzahlen eignet sich der Dieselmotor aller Anwendungsbereiche für die Aufladung mittels Turbolader weit besser wie der Benzinmotor.

Jedoch gilt auch hier, dass bei Konzeption und Ausführung der Lader mittlerweile ein hohes technisches und fertigungstechnisches Know- how vorhanden sein muss. Als Beispiel erreicht der Turbolader des Smart Dieselmotors eine Geschwindigkeit von bis zu 280.000 U/min. Klar ist, das hier alle Bauteile, vor allem Lager aus besonderen Materialien hergestellt werden müssen um diese extremen Belastungen auf Dauer zu überstehen.

Auch im Motorsport war der aufgeladene Motor lange Zeit das Maß der Dinge, durch die schwere Beherrschbarkeit der extrem hoch gezüchteten Boliden, verbunden mit einer Kostenexplosion und vermehrt auftretenden Unfällen mit teilweise tödlichen Ausgang, war die Ära der Turbomotoren zu Ende, bzw. wurde die Leistung durch Reglements eingeschränkt.

Die Einschränkungen waren auch notwendig, trieb die Entwicklung doch seltsame Blüten. Der Hersteller Volkswagen versuchte in den 80er Jahren im Rallyesport mit einem Doppelmotor- Doppelturbo Boliden erfolgreich in die Rallye einzugreifen, aber der technische Aufwand war zu enorm.

In der Königsklasse Formel 1 versuchte Gerhard Berger die über 1300 PS seines Benetton - BMW zu bändigen. Hätte zu diesem Zeitpunkt die Reglementierung nicht eingegriffen wäre die Leistungsausbeute noch höher geworden. Jedoch war der Lebenszyklus eines solch hoch gezüchteten Rennagregates viel zu gering um die abnormen Kosten und die Gefahren für die Fahrer zu rechtfertigen.

Artikel vom 110108 / Last modified xxxxxx

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