Arten von Turboladern: Turbo, Twin Turbo, Twin-Scroll, kennen Sie sie alle?
Turbo, Twin-Turbo, Bi-Turbo, Twin-Scroll oder Elektro-Turbo? Welches ist das Beste und was sind seine Vor- und Nachteile?
Wir werden uns in diesem Artikel alle genannten Turboladertypen ansehen und über deren Konstruktion sprechen.
Inhaltsverzeichnis
Wozu dient ein Turbolader?
Ein Turbolader oder umgangssprachlich Turbo ist ein Gerät, das die Leistung eines Verbrennungsmotors erhöht, indem es Luft in den Brennraum drückt.
Die Leistungssteigerung besteht darin, dass der Motor aus dem gleichen Luftvolumen viel mehr Sauerstoffmoleküle erhält, weil die Luft komprimiert wird und das Gemisch dadurch explosiver wird.
Turbolader: Was sind seine Vorteile und was ist das Turboloch?
Somit beschleunigt ein Turbomotor leichter, hat eine höhere Leistung und verbraucht nicht mehr Kraftstoff als ein atmosphärischer Motor. Der Turbolader wird durch Abgase angetrieben und verbraucht somit Energie, die sonst verschwendet würde.
Der Antrieb des Turboladers über Abgase ist sehr effizient, da der Turbo im Gegensatz zum Supercharger, der mechanisch durch die Kraft des Motors angetrieben wird, dem Motor keine Energie entzieht.
Woraus besteht ein Turbolader?
Der Hauptteil des Turboladers ist die Turbine, also der Propeller. Es kann mit einer Drehzahl von bis zu 300.000 U/min rotieren und hat den größten Einfluss auf einige Leistungsmerkmale des Turboladers. Die Größe der Turbine bestimmt die Luftmenge, die in den Motor strömt. Im Allgemeinen gilt: Je größer die Turbine, desto größer die Luftdurchsatzkapazität.
Die Leistung eines Turboladers hängt eng mit seiner Größe zusammen. Große Turbolader benötigen einen höheren Abgasdruck, was bei niedrigen Drehzahlen zu einem Turboloch führt. Kleine Turbos drehen schnell, haben aber bei hoher Beschleunigung möglicherweise nicht die gleiche Leistung.
Turboloch: Was ist das und wie kann man es reduzieren?
Unterschiedliche Turbolader-Varianten kombinieren wirkungsvoll die Vorteile großer und kleiner Turbolader.
Einzelturbolader – Der einfachste Turboladertyp
Dieser einfache Turbolader wurde bereits eingesetzt, als die Aufladung noch in den Kinderschuhen steckte. Allerdings stößt ein einfacher Turbolader hinsichtlich der Motorabstimmung auf gewisse Grenzen.
Wie bereits erwähnt, wird der Turbolader durch Abgase angetrieben. Ein kleiner Turbolader hat eine geringe Trägheit, sodass nur eine geringe Energiemenge aus den Abgasen ausreicht, um die Turbine anzutreiben.
Motorleistung und Drehmoment: Welcher dieser Parameter ist wichtiger?
Ein Motor mit einem solchen Turbolader stellt bereits bei sehr niedrigen Drehzahlen ein hohes Drehmoment bereit und zeichnet sich daher auch bei niedrigeren Drehzahlen durch Flexibilität aus. Allerdings hat sie bei hohen Drehzahlen keine Leistung, da die Turbine gerne schneller rotieren würde, erreicht aber ihre bauartbedingte Höchstgeschwindigkeit.
Daher erreicht ein kleiner Turbo seine Höchstgeschwindigkeit bei einer niedrigeren Motordrehzahl als ein größerer. Andererseits arbeitet ein großer Turbolader nur bei hohen Motordrehzahlen. Das heißt, je höher die Drehzahl des Motors, desto höher ist seine Leistung.
Ein Motor mit einem solchen Turbolader läuft bei bestimmten Drehzahlen wie ein nicht aufgeladenes Aggregat. Wenn es einen bestimmten Drehzahlbereich überschreitet, äußert es sich in einem sehr scharfen und kraftvollen Start und Schub.
Vorteile:
- Preis
- Zuverlässigkeit
- Einfache Konstruktion
Nachteile:
- Erhebliches Turboloch
- Ein Kompromiss zwischen Motorleistung und Flexibilität
Turbo mit variabler Geometrie
Turbolader mit variabler Geometrie (oder kurz VGTs) verwenden bewegliche Schaufeln, um den Luftstrom zur Turbine anzupassen und so einen Turbolader mit optimaler Größe über die gesamte Leistungskurve nachzuahmen. Das Ergebnis ist ein Turbolader ohne erkennbare Turboverzögerung.
Dieser Turboladertyp wird ausschließlich für Dieselmotoren verwendet. Der Grund liegt in der Anfälligkeit des Klingenmechanismus gegenüber hohen Temperaturen. Zur Verdeutlichung: Die Temperatur der Abgase von Benzinmotoren ist mehrere hundert Grad Celsius höher als die von Dieselmotoren.
Turbolader mit variabler Geometrie (VGT): Wie funktioniert er?
Auch in diesem Fall gibt es jedoch Ausnahmen, so dass man diesen Turboladertyp auch bei einem Benzinmotor antreffen kann.
Vorteile:
- Funktioniert in einem breiten Drehzahlbereich
- Der Preis ist vergleichbar mit dem Preis eines einfachen Turboladers
Nachteile:
- Geringere Zuverlässigkeit im Vergleich zu einem einfachen Turbolader
- Hauptsächlich für Dieselmotoren konzipiert (bei Benzinmotoren erfordert diese Lösung die Verwendung teurer, langlebigerer Materialien)
Bi-Turbo, Twin-Turbo
Twin-Turbo oder Bi-Turbo sind zwei Turbolader, die parallel (gemeinsam) oder sequentiell (getrennt) arbeiten. In einer Parallelkonfiguration sind beide Turbos gleich groß, wobei ein Turbo von der einen Hälfte und der andere von der anderen Hälfte der Abgase des Motors angetrieben wird und beide gleichzeitig arbeiten. Vor allem bei Mehrzylindermotoren kann man auf eine solche Lösung stoßen.
Kleine Turbolader haben eine geringe Trägheit, sodass grundsätzlich nur wenig Energie aus dem Abgas benötigt wird, um die Turbine anzutreiben, weshalb oft zwei kleine Turbolader anstelle von zwei großen verwendet werden.
In der häufiger verwendeten sequenziellen Konfiguration läuft der kleinere Turbolader bei niedrigen Drehzahlen, bei mittleren Drehzahlen und bei höheren vorgegebenen Motordrehzahlen. Lediglich der große Turbolader arbeitet allein.
Sequentielle Turbolader erfüllen sowohl die Anforderungen an eine hohe Leistung als auch die Flexibilität des Motors bei niedrigen Drehzahlen. Diese Konstruktion erfordert jedoch komplexe Rohrsätze zur Versorgung beider Turbolader.
Vorteile:
- Sie erfüllen die Anforderungen an hohe Leistung, aber auch die Anforderungen an die Motorflexibilität bei niedrigen Drehzahlen.
- Eliminieren Sie das Turboloch.
Nachteile:
- Hoher Preis
- Komplexe Konstruktion
- Höhere Servicekosten
Twin-Scroll-Turbolader
Dieser Turboladertyp verfügt über zwei Kanäle zur Ansaugung der Abgase im Turbinenteil. Die Abgasrohre der Zylinder führen zu dem einen und dem anderen Kanal des Twin-Scroll-Turbos, sodass der Unterdruck nicht dem Abgas eines Zylinders Energie entzieht.
Im Gegensatz dazu hat das Auslassventil des anderen Zylinders noch nicht geschlossen, sein Einlassventil hat jedoch bereits begonnen, sich zu öffnen.
Twin-Scroll-Turbo: Was sind seine Vor- und Nachteile?
Wenn die Zündung in den Zylindern in der Reihenfolge 1-3-4-2 erfolgt, führen die Leitungen der Zylinder 1 und 4 zu einem Kanal und die Leitungen der Zylinder 2 und 3 zum anderen. In diesem Fall entsteht kein Verlust an Abgasenergie, da Zylinder 3, der Energie aus dem Abgas von Zylinder 1 beziehen würde, nicht an dieselbe Leitung angeschlossen ist.
Der Nachteil des Twin-Scroll-Turboladers ist seine anspruchsvolle Konstruktion der Abgasrohre. Außerdem ist eine gerade Anzahl an Zylindern erforderlich, damit die Abgase von der gleichen Anzahl an Zylindern in jeden Kanal strömen.
Vorteile:
- Preis ähnlich einem einzelnen Turbolader
- Effizienz ähnlich einem Doppelturbolader
- Zuverlässigkeit
Nachteile:
- Schwieriges Design der Abgasrohre
- Eine schwierige Designlösung für Motoren mit einer höheren Zylinderzahl
Elektrischer Turbolader
Es handelt sich nicht um einen Turbo, sondern um einen elektrischen Kompressor. Dieser Turboladertyp benötigt für seinen Antrieb keine Energie aus Abgasen, da er für seinen Antrieb einen Elektromotor und einen speziellen Akku nutzt. Dadurch hat der elektrische Turbo mehrere Vorteile. Der wohl größte ist die vollständige Eliminierung des Turbolochs.
Der elektrische Turbolader kann die Drehzahl seiner Turbine regulieren, indem er die Drehzahl des Elektromotors verändert. Dieser Turbotyp benötigt daher keine zusätzlichen Vorrichtungen wie ein Blow-off-Ventil, ein Wastegate oder variable Schaufeln zur Regulierung des Turbolochs.
Elektrischer Turbo: Ist es ein Turbolader oder ein Kompressor?
Dieser Turbolader wird nicht allein zum Aufladen des Motors verwendet. Bei hohen Motordrehzahlen würde die Energie aus der Spezialbatterie nicht ausreichen, um die Turbine mit ausreichender Drehzahl anzutreiben. Bei Verwendung eines stärkeren Akkus oder einer größeren Anzahl solcher Akkus würde der Preis des Elektro-Turbos den Preis des gesamten Autos übersteigen.
Deshalb arbeitet der elektrische Turbolader nur bei niedrigen und mittleren Drehzahlen, bei hohen Drehzahlen schaltet er ab und überlässt die Aufladefunktion dem klassischen Turbolader.
Vorteile:
- Komplettes Fehlen eines Turbolochs
- Benötigt keine zusätzliche Ausrüstung zur Regelung des Fülldrucks
- Keine hohe thermische Belastung
Nachteile:
- Hoher Preis
- Frage der Zuverlässigkeit
- Erfordert eine spezielle Batterie, die diesen Turbo antreibt