Turbolader: Was sind seine Vorteile und was ist das Turboloch?

Ein Turbolader oder kurz „Turbo“ ist ein Gerät, das die Leistung eines Verbrennungsmotors erhöht, indem es Luft in die Brennkammer drückt.

Die Leistungssteigerung kommt daher, dass der Motor viel mehr Sauerstoffmoleküle aus dem gleichen Luftvolumen erhält. Da die Luft unter Druck steht, ist das Gemisch explosiver, der Motor beschleunigt somit leichter und benötigt nicht mehr Kraftstoff.

Neben dem Turbolader wird auch ein Kompressor oder eine Kombination aus einem Turbolader und einem Kompressor verwendet, um den Motor aufzuladen.

Was ist der Unterschied zwischen einem Turbolader und einem Kompressor?

Der Hauptunterschied zwischen einem Turbolader und einem Kompressor besteht darin, dass ein Kompressor mechanisch über einen an der Kurbelwelle befestigten Riemen angetrieben wird, während Abgase aus dem Motor einen Turbolader antreiben.

Da der Kompressor Energie aus dem Motor für seinen Antrieb verwendet, wird er dem Motor zwar etwas Energie abnehmen, ihm aber am Ende mehr Energie zuführen. Ein weiterer Nachteil des Kompressors ist sein geringerer adiabatischer Wirkungsgrad im Vergleich zum Turbolader.

Der adiabatische Wirkungsgrad ist die Fähigkeit des Kompressors, Luft zu komprimieren, ohne der Luft überschüssige Wärme zuzuführen. Je niedriger die Lufttemperatur, desto dichter ist die Luft und enthält mehr Sauerstoffmoleküle. Kompressoren fügen der Luft also mehr Wärme hinzu als Turbolader, was sie weniger effizient macht.

Wie bereits erwähnt, wird der Turbolader nicht mechanisch, sondern durch Abgase angetrieben und entzieht somit dem effizienteren Motor keine Energie. Gegenüber dem Kompressor hat er allerdings einen Nachteil: das Turboloch.

Was ist Turboloch?

Das Turboloch ist die Zeit zwischen der Anforderung zur Leistungssteigerung, d. h. dem Drücken des Gaspedals, und dem Einsetzen der Leistung (Turbo-Kick-in). Bei neueren Modellen mit Turbolader kann es etwa 1 Sekunde sein, aber es hängt alles vom Turbotyp ab.

Mit anderen Worten, das Turboloch ist die Zeit, die das Abgassystem und der Turbolader benötigen, um den erforderlichen Schub zur Leistungssteigerung zu erzeugen. Kompressoren haben dieses Problem nicht, da sie direkt vom Motor angetrieben werden und die Reaktion auf das Gaspedal daher sofort erfolgt.

Niedrige Motordrehzahlen sind KEIN Turboloch

Manchmal werden niedrige Motordrehzahlen bei Autos mit Schaltgetriebe mit Turboloch verwechselt. Wenn die Motordrehzahl niedrig ist, kann das Warten auf Beschleunigung mehrere Sekunden nach dem Drücken des Gaspedals dauern. Allerdings ist diese Verzögerung kein Turboloch, sondern die falsche Gangwahl.

Turbolader sind auf den Aufbau von Abgasdruck angewiesen, um eine Turbine (Propeller) anzutreiben, was im Leerlauf oder bei niedrigen Motordrehzahlen nicht erreicht werden kann. Wenn der Motor eine ausreichende Drehzahl erreicht, beginnt sich die Turbine so zu drehen, dass ein höherer Ansaugdruck als der Atmosphärendruck entsteht.

Der Turbolader zielt darauf ab, den volumetrischen Wirkungsgrad des Motors zu verbessern, indem er die Dichte der Ansaugluft erhöht, wodurch mehr Leistung pro Motorzyklus ermöglicht wird.

Bringt ein größerer Turbo mehr Leistung?

Größe und Form der Turbine (sie dreht bis zu 300.000 U/min) beeinflussen einige der Leistungsmerkmale des Turboladers. Die Abmessungen der Turbine bestimmen auch die Luftmenge, die durch das System strömt. Im Allgemeinen gilt: Je größer die Turbine, desto größer die Luftstromkapazität.

Die Leistung eines Turboladers hängt eng mit seiner Größe zusammen. Große Turbolader brauchen mehr Druck, was bei niedrigen Drehzahlen zu einem Turboloch führt. Kleine Turbos drehen schnell, haben aber bei hoher Beschleunigung möglicherweise nicht die gleiche Leistung.

Um die Vorteile von großen und kleinen Turboladern effektiv zu vereinen, kommen Biturbolader oder Turbolader mit variabler Schaufelgeometrie zum Einsatz.

Bi-Turbo, Twin-Turbo:

Twin-Turbo oder Bi-Turbo sind zwei Turbolader, die parallel (gemeinsam) oder sequentiell (getrennt) arbeiten. In einer parallelen Konfiguration wird ein Turbolader von der einen Hälfte und der andere von der anderen Hälfte der Abgase des Motors angetrieben, und beide arbeiten gleichzeitig. Kleinere Turbos haben ein geringeres Turboloch als größere Turbos, daher werden oft zwei kleine Turbos verwendet.

In einer sequentiellen Konfiguration läuft ein kleinerer Turbolader bei niedriger Drehzahl und der andere größere wird bei einer höheren vorbestimmten Motordrehzahl eingeschaltet. Sequentielle Turbos reduzieren das Turboloch, erfordern jedoch komplexe Rohre, um beide Turbos zu versorgen.

Twin-Scroll-Turbolader:

Dieser Turboladertyp hat im Turbinenteil zwei Kanäle zum Ansaugen von Abgasen. Damit der Unterdruck dem Abgas eines Zylinders keine Energie entzieht, führen Abgasrohre beide Twin-Turbo-Anschlüsse von den Zylindern weg. Im Gegensatz dazu hat das Auslassventil des anderen Zylinders noch nicht geschlossen, aber sein Einlassventil hat bereits begonnen, sich zu öffnen.

Wenn die Zündung in den Zylindern in der Reihenfolge 1-3-4-2 ist, führen die Zylinder 1 und 4 zum einen Kanal und die Zylinder 2 und 3 zum anderen Kanal. In diesem Fall gibt es keinen Verlust an Abgasenergie, da Zylinder 3, der Energie aus dem Abgas von Zylinder 1 entnehmen würde, nicht an dieselbe Leitung angeschlossen ist.

Der Nachteil des Twin-Scroll-Turboladers ist seine Schwierigkeit, aber auch die Tatsache, dass eine gerade Anzahl von Zylindern erforderlich ist, damit die Abgase von der gleichen Anzahl von Zylindern in jeden Kanal strömen.

Turbolader mit variabler Geometrie:

Ein Turbolader mit variabler Geometrie verwendet bewegliche Schaufeln, um den Luftstrom in die Turbine einzustellen und ahmt einen Turbolader mit optimaler Größe über die gesamte Leistungskurve nach. Das Ergebnis ist ein Turbolader ohne beobachtbares Turboloch.

Wozu dient Wastegate?

Das Wastegate leitet die Abgase von der Turbine des Turboladers weg. Die Drehzahl der Turbine wird durch Umleitung der Abgase gesteuert. Die Hauptfunktion des Bypassventils besteht darin, den Fülldruck zu regulieren, um den Motor oder Turbolader nicht zu beschädigen.

Wozu dient das Blowoff-Ventil?

Ein Ablassventil ist ein Ventil, das in Motoren mit Turbolader Druck ablässt. Dieses Ventil hilft, den Raum zwischen dem Turbo und der Drosselklappe zu entleeren, indem Druckluft in die Umgebung abgegeben wird, um den Verschleiß des Turbos zu verringern.

Wenn die Luft abgelassen wird, tritt ein charakteristisches Zischen oder Pfeifen ein.

Warum also Turbomotoren?

Die Turboaufladung kann die Motorleistung erhöhen und den Kraftstoffverbrauch senken, aber einige Hersteller bevorzugen immer noch große Benzinmotoren mit Saugmotor. Dieselmotoren ohne Turboaufladung werden heute nicht mehr hergestellt, da sie im Vergleich zu Benzinern leistungsschwächer sind.

Sehen Sie sich eine kurze Animation zur Funktionsweise eines Turbomotors an: