Turbo-Compound-Motor

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Flugzeugmotor Napier Nomad, 1940s

Bei einem Turbo-Compound-Motor handelt es sich um einen Verbrennungsmotor, bei dem die Energie der Abgase außer durch die Turbine eines Turboladers auch durch eine nachgeschaltete Nutzturbine verwertet wird. Beim Öffnen der Auslassventile hat das Abgas einen höheren Druck als die Umgebungsluft; bei einem nicht aufgeladenen Motor entweicht dieser Druck ungenutzt. Bei einem Turbomotor wird ein Teil dieses Druckgefälles zum Antrieb eines Turboladers genutzt, der mit dieser Energie die Luft im Ansaugtrakt des Motors komprimiert. Bei einem Turbo-Compound-Motor wird das Abgas über eine weitere Turbine entspannt, welche die Energie über ein mechanisches oder hydraulisches Getriebe mit einer Untersetzung von etwa 20:1 bis 30:1 auf die Kurbelwelle überträgt, was unter optimalen Bedingungen zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades des Motors führt.

Vorteile[Bearbeiten]

System Napier Nomad

Ein Verbrauchsvorteil kann aber nur erreicht werden, wenn der Abgasturbolader trotz der Nutzturbine, die das Druckgefälle für die Turboladerturbine verringert, genügend Luft für die Verbrennung bereitstellen kann und die Ladungswechselverluste nicht allzu hoch sind. Einen Einsatz in größerem Maßstab gab es bisher nicht, da nur in kleinen Bereichen des Motorkennfeldes ein Verbrauchsvorteil gegenüber üblichen Turboladermotoren erreicht werden kann und die Turbo-Compound-Technik relativ aufwendig ist. Am effektivsten lassen sich Turbo-Compound-Systeme in Maschinen einsetzen, die längere Zeit konstant in hohen Lastbereichen arbeiten. Ein Einsatz als Schiffsantrieb (z. B. Swesda M520), als Flugzeugtriebwerk oder bei Road Trains ist daher sinnvoller als bei einem LKW im Regionalverkehr, der mit einer Schwerpunktleistung um 100 kW (136 PS) große Teile seiner Betriebszeit in Teillastbereichen arbeitet. Das Verbrauchsreduktionsvermögen einer stationären Compound-Maschine gegenüber dem reinen Turboladermotor beträgt unter den günstigsten Bedingungen etwa fünf bis sieben Prozent.

Anwendung[Bearbeiten]

Curtiss Wright R-3350 TC-18

Eines der berühmtesten Beispiele ist der Curtiss-Wright R-3350, der im militärischen Bereich im Bomber Boeing B-29 und im Aufklärer Canadair CL-28 sowie den Verkehrsflugzeugen Lockheed Super Constellation und Douglas DC-7 zum Einbau kam. Mit ihm ging der herkömmliche Kolben-Flugmotor in seine letzte Entwicklungsstufe.

Für große Schiffsantriebe hat MAN eine Nutzturbine entwickelt, die bis zu 4700 kW zusätzliche Leistung entwickelt. Hierbei treibt die Turbine über ein Getriebe einen Generator an, der die erzeugte elektrische Energie entweder an das Bordnetz oder an einen mit der Propellerwelle gekoppelten Elektromotor abgibt. Dadurch wird eine bis zu zehn Prozent höhere Leistung der Antriebsanlage erreicht.

Im Lastkraftwagen-Bereich setzen zum Beispiel Scania und Volvo die Turbo-Compound-Technik ein.

Zukunft[Bearbeiten]

Bei hybrid-elektrischen Antrieben steigt durch das Downsizing der Verbrennungskraftmaschine die mittlere Leistung, wodurch auch hier eine interessante Anwendung des Turbo-Compound-Motors, beispielsweise bei Stadtbussen oder Lieferfahrzeugen, entstehen könnte.

Alternativen[Bearbeiten]

Neben der mechanischen Auskopplung durch die Turbo-Compound-Turbine ist auch eine direkte Umwandlung der Wärmeenergie aus dem Abgas in elektrischen Strom möglich.[1]

Literatur[Bearbeiten]

  • Hack/Langkabel: Turbo- und Kompressormotoren. 1. Auflage, Motorbuch Verlag, Stuttgart, 1999, ISBN 3-613-01950-7
  • Richard van Basshuysen, Fred Schäfer: Handbuch Verbrennungsmotor Grundlagen, Komponenten, Systeme, Perspektiven. 3. Auflage, Friedrich Vieweg & Sohn Verlag/GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden, 2005, ISBN 3-528-23933-6

Weblinks[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. BMW: Elektrischer Strom aus Wärmeenergie der Abgase. NZZ, 20. Mai 2008, abgerufen am 3. Dezember 2011.