Turbodiesel

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Turbodieselschriftzug eines Dieselmotors aus den 1980er-Jahren (BMW M21)

Turbodiesel bezeichnet umgangssprachlich einen aufgeladenen Dieselmotor, bei dem die dem Motor zugeführte Verbrennungsluft durch einen oder mehrere Turbolader vorverdichtet wird. Dadurch ist zu Beginn der Verdichtung mehr Luftmasse in den Zylinder, damit mehr Sauerstoff und folglich kann auch mehr Dieselkraftstoff zugeführt und verbrannt werden. Aufgeladene Dieselmotoren haben bei gleichem Hubraum eine höhere Maximalleistung und einen höheren Wirkungsgrad als Saugmotoren.

Wegen der niedrigeren Abgastemperatur hinter der Turbine wird ein Teil der Abgasenthalpie ausgenützt, was den thermischen Wirkungsgrad steigert. Durch Kühlen der vorverdichteten Luft kann beim Turbodieselmotor der thermische Wirkungsgrad noch weiter verbessert werden.[1] Bei gegebener Leistung kann der Kraftstoffverbrauch auch durch Verwenden eines turbogeladenen Motors mit kleinerem Hubraum gesenkt werden.

Geschichte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Nachdem im Jahr 1905 der Schweizer Alfred Büchi in Deutschland das Patent auf den Turbolader erhalten hatte, erschien 1924 der erste Schiffsdieselmotor mit Turbolader.[2] Die Adolph Saurer AG hatte schon 1938 Aufladung für Lkw-Dieselmotoren erprobt, arbeitete aber zunächst mit Schraubenladern. Im Jahr 1972 setzte sie dann im Dieselmotor DIKL erstmals einen Abgasturbolader ein. Schon Jahre zuvor war ein Abgasturbolader von Volvo im F88 verwirklicht worden, wobei der Turbolader selbst von Schwitzer-Holset zugeliefert wurde.[3] In dieser Zeit standen auch Turbolader mit kompakten Abmessungen zur Verfügung.[4] Daimler-Benz führte 1978 in den Experimentalfahrzeugen C 111 Versuche mit aufgeladenen Dieselmotoren durch. Im gleichen Jahr erschien erstmals im Pkw-Serienbau ein aufgeladener Dieselmotor (noch ohne Direkteinspritzung) im Exportmodell 300 SD der Baureihe W 116 mit dem OM-617-Motor. Dieser Motor (92 kW / 125 PS, Drehmoment 250 Nm) wurde ab 1979 auch im Modell 300 TD Turbodiesel der Baureihe W 123 verwendet. In Europa bot der französische Autohersteller Peugeot mit dem 604 im Februar 1979 erstmals einen aufgeladenen Dieselmotor (59 kW / 80 PS, 184 Nm Drehmoment) in einem Personenkraftwagen an.[5] Im Pkw-Bereich führten im Jahr 1999 Daimler und BMW Achtzylinder-, Volkswagen 2002 einen 10-Zylinder-Turbodiesel ein. Die Achtzylinder erreichten Drehmomente von 560 Nm, der V10 750 Nm; im Jahr 2006 stellte BMW einem gleichstarke Version des Achtzylinders her. Nur geringfügig weniger Drehmoment hatte der im Jahr 2008 von BMW eingeführte N57-Sechszylinder-Dieselmotor in einer Version mit drei Turboladern (280 kW/ 381 PS, 740 Nm Drehmoment).[6] Der 2015 eingeführte BMW B57-Dieselmotor B57D30S0 hatte 294 kW /400 PS und erreicht mit vier Ladern (zwei Niederdruck- und zwei Hochdrucklader) ein Drehmoment von 760 Nm. Er wird seit Januar 2020 in Europa nicht mehr angeboten.[7]

Aktuell[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Mittlerweile werden fast nur noch Turbodiesel mit Direkteinspritzung hergestellt. Auslegung mit kurzem Hub und großem Kolbendurchmesser erlaubt bei kompakter Bauweise hohe Drehzahlen und damit eine hohe Leistungsdichte.

Turboloch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Als Turboloch wird ein Effekt bezeichnet, der ausschließlich bei turbogeladenen Motoren auftritt: Bei kleiner Motorleistung reicht die Abgasmenge nicht, um die Abgasturbine auf hoher Drehzahl zu halten. Beim plötzlichen Lastanstieg (das Fahrpedal wird zügig voll betätigt), läuft die Turbine und mit ihr der Verdichter noch mit niedriger Drehzahl, sodass der Ladedruck gering ist. Der Abgasstrom muss das Laufzeug (Turbinen- und Lüfterrad) erst auf hohe Drehzahl beschleunigen, damit sie ausreichenden Ladedruck liefern. Daher reagiert der Motor verzögert auf den Lastwechsel; die Leistung steigt erst nach einer merklichen Zeitspanne.

Turbolader mit verstellbaren Leitschaufeln im Turbineneinlauf (VTG-Lader) haben auch bei geringerer Abgasmenge eine höhere Laderdrehzahl und ein kleineres Turboloch.

Eine andere Möglichkeit, das Ansprechen eines Turbomotors zu beschleunigen, ist das Verwenden möglichst kleiner Lader mit geringerem Trägheitsmoment, bei Motoren hoher Leistung auch mehrere Lader parallel (Biturbo).

Das Turboloch kann auch durch einen Druckluftspeicher mit entsprechender Steuerung überbrückt werden oder indem der Verdichter mit einem Elektromotor angetrieben wird, so dass seine Drehzahl unabhängig vom Abgasmassenstrom wird.

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Konrad Reif (Hrsg.): Dieselmotor-Management im Überblick. 2. Auflage. Springer Fachmedien, Wiesbaden 2014, ISBN 978-3-658-06554-6. S. 41
  2. https://www.kfz-tech.de/Biblio/Aufladung/AufladungLkw.htm, abgerufen am 27. Februar 2021.
  3. Volvo FB 88 – ein Lastzug für den Kraftverkehr. In: Kraftfahrzeugtechnik. 5/1967, S. 145–147.
  4. Dieselmotoren für Nutzfahrzeuge, in Karl A. Zinner, Aufladung von Verbrennungsmotoren, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1985, ISBN 978-3-540-15902-5, Seite 298.
  5. Roger Barlow: The Diesel Car Book, Grove Press 1981, S. 189
  6. Eric Smith: BMW N57 engine in Australian Car Reviews. Abgerufen am 7. Mai 2021
  7. auto-motor-und-sport.de vom 3. Januar 2020, Aus für den Super-Diesel - BMW stellt Quad-Turbo-Diesel ein (mit Zeichnungen), abgerufen am 7. Mai 2021.