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Turbolader

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Turbolader an einem Schiffsdiesel für ein Binnenschiff (blau: Ansaugtrakt; schwarz: Abgasseite)
Turbolader an einem Schauraum-Motorblock eines LKW

Ein Turbolader, auch Abgasturbolader (ATL) oder umgangssprachlich Turbo, dient der Leistungs- oder Effizienzsteigerung von Verbrennungsmotoren. Ein Turbolader besteht aus einer Abgasturbine, die ihre Energie aus dem Restdruck der Abgase bezieht, und einem von der Turbine angetriebenen Verdichter für die Ansaugluft des Motors, der den Luftdurchsatz erhöht und die Ansaugarbeit der Kolben vermindert. Turbolader können den Druck (Stauaufladung) und die Bewegungsenergie der Abgase (Stoßaufladung) nutzen. Mit einem zusätzlichen Ladeluftkühler kann ein höherer Arbeitsdruck bei gleicher Temperatur im Zylinder erreicht werden.

Erfinder des Turboladers ist der Schweizer Alfred Büchi, der im Jahre 1905 ein Patent[1] über die Gleichdruck- oder auch Stauaufladung anmeldete. In den 1930er-Jahren wurden von der Adolph Saurer AG aus Arbon Diesel-Lastwagen als erste Straßenfahrzeuge mit Turbolader produziert.[2]

Prinzip und Aufbau[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bei nicht aufgeladenen Kolbenmotoren (Saugmotoren) erzeugen die Kolben einen Unterdruck im Ansaugtrakt, in den die unter Atmosphärendruck stehende Luft (oder Kraftstoff-Luft-Gemisch) einströmt. Der Druckunterschied ist immer kleiner als der Atmosphärendruck, der Motor könnte als Unterdruck ja maximal ein (Grob-)Vakuum erzeugen. Bei niedriger Drehzahl wird der Hubraum des Kolben knapp bis zum Umgebungsdruck gefüllt. Mit wachsender Drehzahl öffnet das Einlassventil kürzer, die Geschwindigkeit der Luft im Ansaugrohr und damit der Druckverlust ist größer, es gelangt weniger Frischgas in den Brennraum. Das begrenzt die erreichbare Leistung des Motors. Um dem entgegenzuwirken, kann man zum einen den Ansaugquerschnitt an seiner engsten Stelle – der Ventilöffnung – durch ein zweites Ventil vergrößern. Zum anderen kann der Druckunterschied erhöht werden, so dass mehr Frischluft in den Zylinder gelangt – er wird mit Überdruck befüllt. Dies ist die Aufladung, die mit Turboladern oder Kompressoren erreicht werden kann.

Abgasturbolader im Schnitt; links die Turbinenseite, rechts der Verdichter

Ein Turbolader besteht aus einer Turbine und einem Verdichter, die als Schaufelräder ausgebildet und auf einer gemeinsamen Welle montiert sind. Der Abgasstrom versetzt das Turbinenrad in Rotation. Dessen Drehmoment wird über die gemeinsame Welle auf das Verdichterrad im Ansaugtrakt übertragen. Solange genügend Abgas anströmt, reicht die Drehzahl aus, um auf der Ansaugseite einen Überdruck zu erzeugen. Dieser Zustand wird aber erst bei höherem Gasdurchsatz ab Motordrehzahlen von etwa 1500 bis 2000 min−1 erreicht, so dass Turbomotoren im unteren Drehzahlbereich nur als Saugmotoren arbeiten und auch beim plötzlichen Gasgeben bei höheren Drehzahlen verzögert reagieren (siehe Turboloch).

Die an der Kurbelwelle messbare Leistungssteigerung beruht zu einem kleinen Teil auf einem verbesserten Wirkungsgrad, zum größten Teil aber darauf, dass in der größeren Menge Sauerstoff im Zylinder mehr Kraftstoff verbrannt werden kann. Dies führt zu einer Steigerung des Motor-Mitteldrucks und des Drehmoments und erhöht die Leistungsabgabe. Bei Otto-Turbomotoren muss oft gegenüber einem Saugmotor das Verdichtungsverhältnis verringert werden, da es ansonsten infolge zu hohen Gesamtdrucks und daraus resultierender hoher Temperatur zur unkontrollierten Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches kommen kann (Klopfen).

Im Gegensatz zum Saugmotor, in welchem sich die angesaugte Luft infolge des Unterdrucks adiabatisch im Ansaugtakt abkühlt, führt die Kompression zu einer deutlichen Erwärmung der Luft auf bis zu 150 °C.[3] Weil warme Luft eine geringere Dichte hat, lässt sich die Füllung und damit die Leistung des Motors noch weiter steigern, indem die Ladeluft nach der Kompression durch einen Ladeluftkühler gekühlt wird. Ladeluftkühlung wird bei praktisch allen modernen aufgeladenen Motoren angewandt. Da der Ladeluftkühler einen Strömungswiderstand hat und so den vom Verdichter erzeugten Druck wieder etwas vermindert, sollte er eine Abkühlung um mehr als 50 K[3] bewirken, um die erwünschte Leistungssteigerung gegenüber einem Motor ohne Ladeluftkühlung zu erzielen.

Bei Motoren, bei denen eine möglichst hohe Leistungsabgabe Vorrang vor der Lebensdauer hat, kann die Ladeluft auch durch eine zusätzliche Wassereinspritzung oder Einspritzung eines Wasser-Alkohol-Gemisches direkt in den Ansaugtrakt gekühlt werden, was eine weitere Steigerung der Leistung ermöglicht.

Einfache ungeregelte Turbolader haben – wie alle Turbinen – einen engen Betriebsbereich mit bestem Wirkungsgrad, der sich nur schwer auf das Motorkennfeld abstimmen lässt. Bei niedrigem Gasdurchsatz kann sogar ein Ansaugdruckverlust auftreten, weil das langsame Verdichterrad der Strömung beim Ansaugen im Wege steht. Dagegen wurden verschiedene Konzepte entwickelt (siehe unten), beispielsweise verstellbare Leitschaufeln an der Turbine oder Registeraufladung. Ein Arbeiten oberhalb dieses Bereiches wird vermieden, indem dann ein Teil des Abgases an der Turbine vorbei geleitet wird (Bypass, Wastegate).

Turbine und Verdichter arbeiten mit Flügel- bzw. Schaufelrädern, um Strömungsenergie in eine Drehbewegung umzusetzen und umgekehrt. Moderne Turbolader können Drehzahlen bis zu 290.000 Umdrehungen pro Minute erreichen (zum Beispiel smart Dreizylinder-Turbodiesel). Für so hohe Drehzahlen muss die Turboladerwelle in einem hydrodynamischen Gleitlager gelagert werden. Einige Turbolader haben außer den Ölversorgungsanschlüssen auch Anschlüsse für den Kühlwasserkreislauf.

Mittlerweile werden zusätzlich zu den Gleitlagern ein oder zwei keramische Kugellager eingesetzt. Kugelgelagerte Turbolader haben einen geringeren Rollwiderstandskoeffizient, was sie schneller ansprechen lässt. Das beschleunigt den Drehzahlanstieg des Laders und lässt den Ladedruck früher einsetzen.

Stauaufladung und Stoßaufladung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bei der Stauaufladung werden die Abgase zusammengeführt, gesammelt und erst dann auf die Abgasturbine geleitet. Die Turbine ist vorrangig darauf ausgelegt, den Druckunterschied zwischen Abgassammelrohr und Auspuffleitung zu nutzen. Sie wird nahezu gleichmäßig angeströmt. Bei der Stoßaufladung ist die Turbine vorrangig darauf ausgelegt, die Bewegungsenergie der ausgestoßenen Abgase für die Aufladung zu nutzen. Dazu ist sie über enge und möglichst kurze Leitungen mit den Auslässen der Zylinder verbunden. Bei Mehrzylindermaschinen mit Stoßaufladung werden die Abgase durch mehrere Rohrleitungen geführt und treten durch eine Düsengruppe in die Turbine ein. Die Abgasleitungen müssen dabei so zusammengeführt werden, dass die an der jeweiligen Leitung angeschlossenen Zylinder nicht gleichzeitig Abgase ausstoßen. Bei der Stoßaufladung sinkt der Druck am Auslassventil nach anfänglichem starken Anstieg durch die Massenträgheit der ausgestoßenen Gasmasse unter den Spüldruck ab, was den Gaswechsel begünstigt. Die beschleunigte Gasmasse trifft auf die Turbine und treibt sie an. Der Abgasdruck an der Turbine schwankt wesentlich stärker als bei der Stauaufladung.

Auch die Entwicklung des Turboladers mit Stoßaufladung geht auf Alfred Büchi zurück.

Vorteile der Turboaufladung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Abgasturboaufladung ermöglicht die Steigerung des maximalen Mitteldrucks und damit des Drehmoments und der maximalen Leistung bei gegebenem Hubvolumen. Diese Steigerung ergibt entweder einen stärkeren Motor mit annähernd gleichen Abmessungen und Gewicht wie der ursprüngliche, nicht aufgeladene Motor oder ermöglicht ein sogenanntes Downsizing, also das Erzielen der gleichen Leistung aus einer kleineren Maschine. Das Leistungspotential des Turbo-Prinzips wurde in den 1980er-Jahren in der Formel 1 deutlich, als die stärksten Turbomotoren dieser Zeit mit auf 1,5 l begrenztem Hubraum im Training Leistungen über 750 kW erreichten.

Aus dem p-V-Diagramm (Druck-Volumen-Diagramm) ist ersichtlich, dass ein aufgeladener Motor bei jedem Ansaugtakt bereits Energie zugeführt bekommt (durch den Überdruck der komprimierten Frischluft) und keine Energie zum Ansaugen aufwenden muss.

Ein großer Vorteil des Abgasturboladers gegenüber dem Kompressor ist, dass der Abgasturbolader zumindest teilweise ansonsten ungenutzten Überdruck (ca. 3 bar bei Höchstleistung) der Abgase verwendet, also wenig zusätzliche Leistung zu seinem Betrieb erfordert.[4] Beim Turbolader strömt das heiße Abgas mit hoher Geschwindigkeit aus dem Zylinder und versetzt die Turbine in Rotation (der Kolben schiebt in der Folge den Rest des Abgases aus, wobei der Abgasgegendruck allerdings höher als bei einem nicht aufgeladenen oder einem Motor mit Kompressor ist – siehe dazu auch unter „Nachteile“ weiter unten).

Dagegen ist ein Kompressor direkt mechanisch an den Motor gekoppelt (Zahnriemen, Zahnräder, Kette, Keilriemen) und zieht somit unmittelbar Nutzleistung vom Motor ab. Ein Vorteil des Kompressors ist, dass er schon bei geringerer Drehzahl als ein Turbolader Überdruck erzeugt. Der Gesamtwirkungsgrad des Systems „Turbo“ liegt insgesamt aber höher als beim System „Kompressor“.

Nachteile der Turboaufladung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Durch den Einsatz eines Turboladers entstehen infolge der besseren Zylinderfüllung sowie des mehr eingespritzten Kraftstoffs bei der Verbrennung höhere Mitteldrücke und höhere Drehmomente mit entsprechenden Mehrbelastungen des Motors. Aus diesem Grund müssen viele Baugruppen kostenaufwendig angepasst werden:

  • Motorblock, Zylinder, Zylinderkopf, Ventile, Zylinderkopfdichtung, Kolben und Kolbenringe müssen für die thermische und mechanische Mehrbelastung ausgelegt werden. Letztere gilt auch für Pleuel und Kurbelwelle sowie den gesamten Antriebsstrang (Getriebe, Kardanwelle, Differential und Antriebswellen) sowie alle Lager.
  • Die höhere Leistung erfordert auch ein entsprechend größer dimensioniertes Kühlsystem oder Kühlung der Kolbenböden mit Spritzöl. Auch manche Komponenten des Turboladers müssen evtl. (beispielsweise mittels eines Ölkühlers) gekühlt werden (insbesondere seine Lager).
  • Da der Lader seine Energie aus dem Druckgefälle zwischen den Abgasen und der Umgebungsluft bezieht, muss der Querschnitt der Auspuffanlage ausreichend groß sein, damit kein zu großer Gegendruck im Auspuff entsteht. Der Gegendruck sollte nicht über etwa 5 kPa liegen[3] (wobei der Standardatmosphärendruck ca. 100 kPa beträgt).
  • Jede dieser Maßnahmen trägt zu einem höheren Fahrzeuggewicht bei.

Vor allem bei aufgeladenen Ottomotoren, deren Abgasturbinen rotglühend heiß werden können, empfehlen manche Hersteller, den Motor nach Fahrten unter hoher Last nicht sofort abzustellen, sondern einige zehn Sekunden mit Standgas laufen zu lassen, um den Lader abkühlen zu lassen. Geschieht das nicht, kann die empfindliche Öl-Lagerung der Welle durch Überhitzung irreparabel beschädigt werden.

Eine Möglichkeit, das zu verhindern, sind sogenannte Nachlaufregler (englisch turbo timer). Diese lassen den Motor nach dem Abschalten der Zündung eine einstellbare Zeit weiterlaufen. Allerdings nehmen manche Versicherungsgesellschaften das Fahrzeug dann nicht mehr an, da der Motor bei abgezogenem Zündschlüssel weiterläuft. Solche Nachlaufregler besitzen im Geltungsbereich der deutschen StVZO meistens auch keine Allgemeine Betriebserlaubnis.

Vor allem in Kraftfahrzeugen ist eine erhebliche Regelungstechnik rund um den Turbolader notwendig, die die Störanfälligkeit senken soll, aber auch selbst Störungen erleiden kann. Die Diagnose bestimmter Schäden kann bei Motoren mit Turbolader komplizierter sein als bei ähnlichen Motoren ohne. Moderne vollelektronische Fahrzeugdiagnosesysteme („OBD“) erleichtern die Diagnose sehr.

Im Teil „Aufbau des Turboladers“ wird beschrieben, dass die Lagerung in den Motorölkreislauf einbezogen ist. Die Gleitlager der Turbolader werden von einer motorgetriebenen Ölpumpe versorgt. Während des Beschleunigungsvorgangs (transientes Betriebsverhalten) erzeugt der Turbolader nicht ausreichend Ladedruck, so dass im Ansaugsystem ein kurzzeitiger Unterdruck entsteht, der Öl aus dem Turbolader-Lager ansaugen kann und den Verbrennungsräumen zuleitet. Je nach Fahrintervall liegen Schätzungen vor, dass 30 bis 40 % des Motorölverbrauchs aus der Lagerung des Turboladers kommen. Dieses Motoröl erzeugt Rußpartikel, die ohne Filterung teilweise – falls nicht verbrannt – ausgeleitet werden.

Beim Beschleunigen aus niedrigen Drehzahlen fehlte vor allem älteren Turbomotoren für Kfz zunächst die richtige Abgasmenge, um den gewünschten Ladedruck zu erzeugen. Erst wenn bei steigender Drehzahl ein ausreichend starker Abgasstrom zur Verfügung stand, setzte die Aufladung ein. Generell setzt die Leistungsabgabe bei plötzlichem Gasgeben verzögert ein, da der Abgasstrom zunächst die Turbine hinreichend beschleunigen muss, damit sich der Ladedruck einstellt. Diese Verzögerung bei plötzlichen Lastsprüngen bezeichnet man als Turboloch. Diese Eigenheiten konnten durch Regelsysteme und den Einsatz kleinerer Lader oder speziell geformter Kanäle im Zylinderkopf zu einem großen Teil kompensiert werden. Konstruktionsbedingt gilt: Ein kleiner Lader spricht aufgrund der geringeren bewegten Masse schneller an als ein großer; ein großer Lader jedoch kann aus gleichem Hubraum eine höhere maximale Leistung erzielen. Ebenfalls leistungssteigernd wirkt der Einsatz eines Anti-Lag-Systems.[5]

Ladedruck-Regelung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Prinzipbedingt dreht sich die Welle des Abgasturboladers durch die antreibenden Abgasmengen mit steigender Motordrehzahl immer schneller. Je schneller sich die Turbine dreht, desto mehr Luft fördert der Verdichter, was durch die wachsende Abgasmenge wiederum die Turbine noch mehr antreibt. Letztlich steigt auch die Reibung in den Lagersitzen an und die Verdichterdrehzahl erreicht ein Drehzahlplateau. Auch kann der Verdichter seine Fördergrenze erreichen oder die mechanischen und thermischen Grenzen des Motors werden überschritten. Die im niedrigen Drehzahlbereich gewünschte Aufladung des Motors kann also in höheren Bereichen problematisch werden. Um die Abgabeleistung in praktikablen Grenzen zu halten, also die Aufladung des Motors zu begrenzen, bedarf es einer Einrichtung, die im allgemeinen Sprachgebrauch „Ladedruckregelung“ genannt wird. Diese Regelung kann auf unterschiedliche Arten erfolgen. Die einfachste Ladedruckregelung wird durch Abblasen überschüssiger komprimierter Luft auf der Verdichterseite durch ein Überdruckventil, genannt Pop-Off-Ventil, realisiert. Solche Überdruckventile dienen bei heutigen Serienmotoren nur noch als Sicherheitsventile im Fall des Versagens anderer Bauteile, denn das Abblasen der verdichteten Luft hat schwerwiegende Nachteile:

  • Energie (Druck) wird ungenutzt entlassen
  • der Turbolader erreicht noch höhere Drehzahlen, weil der Gegendruck auf der Verdichterseite absinkt

Eine bessere Variante der Ladedruckregelung ist das Bypassventil (auch Wastegate genannt) im Abgasstrom. Ab einem bestimmten Ladedruck wird dieses Ventil durch einen Geber auf der Verdichterseite geöffnet und leitet dann Abgas an der Turbine vorbei direkt in den Auspuff, was ein weiteres Ansteigen der Turbinendrehzahl unterbindet. Das Bypassventil und seine Stellglieder sind aufgrund ihrer Position im heißen Abgasstrom thermisch hoch belastet, damit störanfällig und waren einer der Gründe, warum einzelne Motorenbauer von der Turbo-Aufladung von Ottomotoren wieder abkamen und Kompressorsysteme verwendeten, die ohne Bauteile im Abgasstrom arbeiten.

Siehe auch: Motoraufladung

Verstellbare Leitschaufeln (Variable Turbinengeometrie, VTG)[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die VTG arbeitet ähnlich wie eine Francis-Turbine. Sie hat verstellbare Leitschaufeln im Abgasstrom vor dem Turbinenrad, mit dem die Leistungsabgabe und das Ansprechverhalten an unterschiedliche Betriebsbedingungen, also an hohe oder niedrige Last besser anpasst werden kann. Sie sind im Turbinengehäuse unmittelbar vor dem Turbineneintritt angeordnet. Die Anstellwinkel der Leitschaufeln werden dabei so geregelt, dass bei wenig Gasdurchsatz aber hohem Leistungsbedarf das Abgas durch reduzierte Strömungsquerschnitte beschleunigt und auf die Turbinenschaufeln geleitet wird, was die Drehzahl der Turbine und somit die Leistung des Verdichters erhöht. Umgekehrt kann bei hohem Gasdurchsatz durch große Querschnitte die Strömungsgeschwindigkeit verringert werden, was die Leistung des Laders vermindert.

Honda nutzte 1989 seine Erfahrungen mit Turbomotoren aus der Formel 1 und brachte eine Wing turbo genannte Variante des Honda Legend mit einem VTG-Turbo auf den Markt. Die Regelung erfolgte durch einen Digitalrechner. Der 2-Liter-Motor leistete 142 kW (193 PS) bei 6000/min.[6]

Turbolader mit VTG werden seit 1996 auch in Dieselmotoren für PKW eingesetzt. Der TDI-Dieselmotor mit direkter Einspritzung von VW/Audi mit einer maximalen Leistung von 81 kW (110 PS) erreichte durch den Einsatz variabler Turbinengeometrie als erster PKW-Antrieb einen Motor-Wirkungsgrad von über 40 %. Die VTG-Technik hat sich inzwischen bei Dieselmotoren als Standard durchgesetzt.

Siehe auch: Turbodiesel

Porsche setzte im 911 Turbo (997) (Verkaufsstart in Deutschland war im Juni 2006) seinen ersten Ottomotor mit VTG ein. Um den mit bis zu 1000 °C gegenüber Dieselmotoren erheblich höheren Abgastemperaturen standhalten zu können, müssen hochwarmfeste Legierungen (Wolfram-Stähle) eingesetzt werden. Entwickelt wurde der moderne VTG-Turbolader für Ottomotoren in enger Zusammenarbeit mit BorgWarner Turbo Systems.

Ein weiterer bekannter Begriff für Turbolader mit variabler Turbinengeometrie ist auch VNT (Variable Nozzle Turbine). Diese Bezeichnung wird von Honeywell für deren Turbosysteme mit variabler Turbinengeometrie unter dem Markennamen Garrett verwendet.

Umluftventil[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Wirkungsweise ohne Umluftventil[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Wenn die Drosselklappe bei Ottomotoren geschlossen wird, stößt die in Bewegung befindliche Luftsäule auf die Klappe. Die Luftsäule (Drucksäule) kehrt um, läuft vor das sich drehende Verdichterrad des Turboladers und bremst dieses stark ab, was bei hohem Ladedruck auf Dauer zur Zerstörung des Turboladers führen kann (oder bei einem defekten Umluftventil). Außerdem sind starke Strömungsgeräusche hörbar, weil die Strömung am Verdichter abreißt („Pumpen“).

Wirkungsweise mit Umluftventil[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Um dieses ineffektive Abbremsen zu verhindern, wird die Luft über das Umluftventil abgelassen. So kann sich der Lader frei weiterdrehen, ein erneuter Druckaufbau wird verkürzt und ein schnelleres Beschleunigen des Turboladers zugunsten eines besseren Ansprechverhaltens nach dem Schaltvorgang erzielt.

Universelle (meist als offene Systeme vorgesehene) Lader aus dem Zubehörmarkt lassen sich fast immer in einem festgelegten Bereich auf das Ansprechen bei einer bestimmten Druckschwelle einstellen. Bei werksseitig eingebauten Ladern ist dies seltener, um unsachgemäße Veränderungen der Werkseinstellung zu verhindern.

Umluftventile sind heutzutage in fast allen Turbolader-Ottomotoren eingebaut und werden auch bei amerikanischen Indy-500-Rennfahrzeugen eingesetzt.

Offene/Geschlossene Systeme[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Beim offenen System wird die überschüssige Luft nicht zurück in den Ansaugkanal (geschlossenes Umluftventil/System), sondern nach außen abgeleitet. Systeme mit einem Ventil sind üblich. Teilweise werden auch Systeme mit zwei integrierten Ventilen verwendet, die einen feinfühligeren Überdruckablass ermöglichen. Der Anbau an einen Motor mit Luftmassenmesser kann problematisch sein, da die Luft, die ins Freie statt in den Ansaugtrakt gelangt, bereits vom Motorsteuergerät erfasst wurde und die Kraftstoffmenge zur richtigen Gemischbildung darauf angepasst wird. Als Folge der fehlenden Luft kommt es zu einer Überfettung des Gemisches, die Motorleistung sinkt, der Motor kann stottern, die Lambdasonde und der Katalysator können durch in den Auspuff gelangendes Benzin, das sich entzündet, zerstört werden. Daher ist von einem Umbau auf ein offenes System (ohne Neuprogrammierung des Motorsteuergerätes) dringend abzuraten. Außerdem entspricht das Fahrzeug so nicht mehr der Allgemeinen Betriebserlaubnis (ABE), da ungefilterte ölhaltige Abgase (durch die Ölschmierung des Turboladers und der Kurbelgehäuseentlüftung, die in das Ansaugsystem führt) in die Umwelt abgelassen werden.

Ventilarten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Beim Umluftventil sind zwei Ventilarten gängig, Membran oder Kolben. Der Kolben spricht feinfühliger an und schließt schneller, jedoch besteht die Gefahr eines Kolbenklemmers und damit einer Fehlfunktion (bleibt offen oder öffnet nicht).

Eine Sonderform stellen die elektronisch gesteuerten (sonst rein druckgesteuerten) Ventile dar. Über ein Steuergerät oder eine einfache elektrische Schaltung wird das elektrische Ventil geöffnet oder geschlossen und kann damit auch unabhängig vom Druck beliebig gesteuert werden. Dabei ist auch die Nutzung in einem Dieselmotor möglich, dort hat es jedoch keinen technischen Sinn, da ohne Drosselklappe, und dient lediglich dem Showeffekt durch das je nach Ladedruck laute Abblasgeräusch bei einem offenen System.

Das charakteristische Geräusch bei Membranventilen ist ein hell pfeifendes Zischen, wogegen Kolbenventile bei hohem Ladedruck nur laut zischen und bei niedrigem Ladedruck zum „Flattern“ neigen. Jedoch variieren die Ablassgeräusche auch stark je nach Bauart und Hersteller dieser Ventile.

Technisch nicht ganz korrekt ist, dass die elektronisch gesteuerten Ventile (technisch gesehen überflüssige Ventile bei Dieselmotoren) ebenfalls als Blow-Off- bzw. Pop-Off-Ventile bezeichnet werden, da die Blow-Off-Ventile im eigentlichen Sinne stets druckgesteuert sind.

Gängige Bezeichnungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Englischsprachige Bezeichnungen für Abblasventil, Ablassventil oder (Schub-)Umluftventil, die auch häufig verwendet werden sind unter anderem: Blow-Off-Valve (BOV), Pop-Off-Valve (POV) (eingedeutscht: „Pop-Off-Ventil“)

Weitere Bauarten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Biturbo/Twin Turbo[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Schematische Darstellung des Biturbo-Prinzips

Als Biturbo oder „Twin Turbo“ bezeichnet man die parallele Verwendung von zwei Ladern. Bi ist die lateinische Vorsilbe für zwei, Twin bedeutet „Zwilling“ (englisch). Bei dieser Konstruktionsform werden anstelle eines einzelnen großen zwei kleinere Lader verwendet. So wird beispielsweise bei einem Vierzylinder-Biturbo-Motor jeder Turbolader von den Abgasen zweier Zylinder angetrieben. Durch die Verwendung von zwei kleineren Ladern mit entsprechend geringeren Trägheitsmomenten kann das Ansprechverhalten beim Gasgeben sowie der Wirkungsgrad des gesamten Systems verbessert werden. In geringem Umfang wurden auch Motoren mit mehr als zwei Turboladern entwickelt, um eine weitere Verbesserung zu erreichen. Der Bugatti EB110 und auch der Bugatti Veyron 16.4 haben je vier Turbolader.

Sequenzieller Biturbo[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bei einem sequenziellen Biturbo werden nicht beide Turbinen ständig durch die Abgase angetrieben, sondern die zweite Turbine wird erst bei entsprechendem Leistungsbedarf zugeschaltet und treibt dann den zweiten Verdichter an. Ist das geschehen, arbeiten die Lader nach dem Prinzip des Biturbos parallel. Ziel dieser Technik ist eine bessere Nutzbarkeit des Drehzahlbandes. Im oberen Drehzahlbereich hat man den Vorteil der größeren Fördermenge zweier Turbolader, während in den niedrigen Drehzahlbereichen die geringe Masseträgheit nur einer Turbine ein schnelles und frühes Aufbauen des Ladedrucks und damit ein gutes Ansprechverhalten bewirkt. Beispiele:

  • Ottomotor: Der 3,0-l-Reihensechszylinder-Twinturbo, der ab 1993 im Toyota Supra (JZA80) verwendet wurde (der Supra wird als Twin Turbo bezeichnet, nicht als Biturbo).
  • Dieselmotor: Der 2,2-l-Vierzylinder-Biturbo-Dieselmotor von Ford/PSA (DW12BTED4); der 2.0 CDTI BiTurbo (143 kW/195 PS, 400 Nm Drehmoment) von Opel (seit Januar 2012 im Opel Insignia erhältlich)[7]

Registeraufladung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Schematische Darstellung der Registeraufladung

Als Registeraufladung bezeichnet man die parallele abwechselnde Verwendung von Turboladern. Dabei wird ein kleinerer Lader, der aufgrund der geringen Massenträgheit schnell hochdreht, für niedrige Drehzahlen verwendet. Ab einer bestimmten Drehzahl wird auf einen großen Turbolader umgeschaltet, der dann genügend Luftmasse und Druck für das hohe Luftvolumen höherer Drehzahlen bereitstellt. Die unterschiedlichen Turbolader können gut auf ihren Wirkungsbereich abgestimmt werden und der kleine Lader verringert das sogenannte „Turboloch“: Bei niedrigen Drehzahlen war der zumeist große Lader nicht in der Lage, eine gewisse Drehzahl zu erreichen, um damit einen Überdruck im Ansaugbereich aufzubauen. Unterhalb dieser kritischen Marke arbeitet ein normaler Turbomotor wie ein Saugmotor, unter Umständen sogar noch gedrosselt durch die „bremsenden“ Turbinenschaufeln. Die Registeraufladung ist im Automobilbau allerdings bis heute nur selten anzutreffen. Erstes Serienfahrzeug mit Registerturbo war der Porsche 959.

Es gibt auch Aufladekonzepte mit einer Kombination aus Registeraufladung und mehrstufiger Aufladung, so bei den Motoren der BMW-Modelle 535d (Baureihe E60/61), 335d, 123d, bei einigen Ausführungen der Mercedes-Benz-Dieselmotoren OM646,[8] OM651 und der 180-PS-Ausführung des Saab-93-Dieselmotors. Dabei arbeiten die Verdichter des kleineren und des größeren Laders in Reihe auf der Ansaugseite. Ist der Leistungsbedarf niedrig, wird die Luft nur durch den Verdichter des kleineren Laders komprimiert. Bei höherer Last wird dann durch Steuerung des Abgasstroms und geregelte Überbrückung des ersten Verdichters der größere Lader wirksam. Durch eine Kennfeldregelung der Gassteuerung auf der Abgas- wie auf der Frischgasseite im Zusammenspiel mit der Kraftstoffeinspritzung können Drehmomentschwankungen im Übergangsbereich weitgehend unterdrückt werden.

Mehrstufige Aufladung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bei einer mehrstufigen Aufladung wird die Luft durch mehrere hintereinander geschaltete Verdichter komprimiert. Die so erreichbaren Verdichtungsverhältnisse sind nur unter Bedingungen stark verringerten Außendrucks sinnvoll einsetzbar, so dass diese Technik nur bei der Entwicklung von Flugmotoren eine Rolle spielte.

Bei mehrstufiger Aufladung werden meist mechanische Lader und Turbolader kombiniert. So enthielt der Versuchsmotor Daimler Benz DB624 (Prüfstandserprobung ab 1944) eine Kombination aus zwei mechanischen Getriebeladern und einem Abgasturbolader. Die konzipierte Volldruckhöhe lag bei 15.000 bis 17.000 Metern. Beim Antrieb des ab 1989 entwickelten Höhenforschungsflugzeugs Grob Strato 2C war ein mehrstufiger Lader vorgesehen, wobei das Abgas des Motors sowohl einen Abgasturbolader als auch den Niederdruck- und Mitteldruckverdichter aus einem Turboproptriebwerk antreiben sollte, dessen Komponenten in der Triebwerksgondel untergebracht waren. Nach dem Passieren des Turboladers wurde das Abgas in die Turbinensektion des ursprünglichen Turboprop-Verdichters geleitet. Diese Motor-Verdichter-Kombination heißt „Compound“-Antrieb. Die von den Verdichterstufen komprimierte Luft wurde dem Verdichter des Turboladers und dann dem Motor zugeführt. Das Verdichtungsverhältnis betrug maximal 1:45, was großvolumige Ladeluftkühler notwendig machte. Die konzipierte maximale Flughöhe lag bei 24.000 Metern.[9] Das Projekt wurde jedoch aus finanziellen und politischen Gründen nicht verwirklicht. Napier erprobte Ende der 1940er Jahre Compoundtriebwerke, allerdings kam das Napier-Nomad-Triebwerk nie über das Versuchsstadium hinaus.

Twin-Scroll-Lader[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Schema Twin-Scroll-Lader

Twin-Scroll-Lader unterscheiden sich von anderen Ladern durch die abweichende Gestaltung des Turbinengehäuses und stellen eine Alternative zu Bi-Turbo-Konzepten mit zwei parallel angeordneten Abgasturboladern dar. Das Spiralgehäuse der Twin-Scroll-Turbine wird durch einen Flutenteiler in zwei parallel verlaufende Strömungskanäle eingeteilt. In Verbindung mit einem zweiflutigen Abgaskrümmer ermöglicht dies eine getrennte Zuführung der Abgase auf das Turbinenlaufrad. Ziel hierbei ist, eine gegenseitige negative Beeinflussung der einzelnen Zylinder beim Ladungswechsel möglichst zu unterbinden. Im Abgaskrümmer werden die Abgaskanäle von jeweils zwei Zylindern (bei Vierzylinder-Motoren) bzw. drei Zylindern (bei Sechszylinder-Motoren) zu einem Strang zusammengefasst und durch den Aufbau des Twin-Scroll-Turbinengehäuses erst direkt vor dem Turbinenlaufrad wieder zusammengeführt. Die Auswahl der Zylinder erfolgt entsprechend der Zündfolge des Motors, sodass aufeinander folgende Zylinder stets unterschiedlichen Abgassträngen zugeordnet werden. Positive Effekte des Twin-Scroll-Laders sind ein reduzierter Abgasgegendruck und ein verbesserter Gaswechsel des Motors, wodurch sich wiederum dessen Verbrauch, Leistung und Ansprechverhalten verbessern. Der Twin-Scroll-Lader darf nicht mit dem Scrollverdichter, wie er beispielsweise in der Klimatechnik zum Einsatz kommt, verwechselt werden.

Turbo-Compound[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bei der Turbo-Compound-Technik kombiniert man einen herkömmlich arbeitenden ATL mit einer zweiten nachgeschalteten Abgasturbine, die mechanisch mit der Kurbelwelle verbunden ist.

Diese zweite Turbine nutzt die Energie des nach dem Austritt aus dem ersten Lader immer noch heißen Abgases. Resultat ist ein nochmals höheres Drehmoment bei insgesamt nochmals gesteigerter Energieausnutzung, also eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrades.

Anstelle einer mechanischen Ankopplung an die Kurbelwelle kann auch ein zusätzlicher Generator angetrieben werden, um das elektrische Bordnetz zu unterstützen. Dies ist sowohl in Verbindung mit der Turbine des Abgasturboladers als auch mit einer separaten nachgeschalteten Turbine möglich.

Verdichter-Elektromotor-Kombination[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der Verdichter lässt sich auch mit einem Elektromotor anstelle einer Abgasturbine antreiben. Dadurch entfällt die beschränkende Kopplung über den Abgasmassenstrom. Die Verdichterdrehzahl kann in jedem Betriebspunkt des Verbrennungsmotors unabhängig vom Abgasmassenstrom vorgegeben werden. Elektromotoren haben ein schnell verfügbares Antriebsdrehmoment.

Ladeluftkühler[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Da das Vorkomprimieren die Lufttemperatur erhöht und somit der angestrebten Vergrößerung der Ladeluftmenge entgegenwirkt, wurden Ladeluftkühler entwickelt, um diesen Nachteil wieder auszugleichen. Ladeluftkühler erhöhen immer auch den thermodynamischen Wirkungsgrad des Motors.

Turboaufladung bei Kraftfahrzeugen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Anwendung bei Dieselmotoren[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bei Dieselmotoren für PKW wie auch für LKW ist der Abgas-Turbolader mittlerweile „Stand der Technik“, da sich beim Diesel nur durch Turboaufladung eine dem (Benzin-)Ottomotor angenäherte Literleistung erreichen lässt. Ohne Turboaufladung müsste ein vergleichbar leistungsfähiger Motor nahezu den doppelten Hubraum und somit wesentlich höheres Gewicht aufweisen. Zudem verlagert die spezifische Drehmoment-Charakteristik eines Turbo-Diesels im Vergleich zum Saug-Diesel den Bereich maximaler Kraftentfaltung in niedrigere Drehzahlbereiche. Dadurch bieten solche Motoren eine hohe „Elastizität“, so dass zum Beschleunigen seltener in niedrigere Gänge geschaltet werden muss.

Welle eines Schiffsdiesel-Turboladers (ABB-VTR), Turbinenseite

Prinzipbedingt benötigen Dieselmotoren keine Drosselklappe. Daher liegt auch bei Schubbetrieb ein Gasstrom am Turbolader an. Damit sinkt die Drehzahl der Turbine nicht so weit ab wie bei einem Ottomotor, was das Ansprechverhalten bei Lastwechseln verbessert. Dieseltechnik ist somit sehr gut geeignet für den wirkungsvollen Einsatz eines Turboladers. Die hohe Verdichtung von Dieselmotoren (die ein Grund für den hohen Wirkungsgrad ist), bedingt eine geringere Abgastemperatur, daher ist das Material des Diesel-Turboladers weniger hohen Belastungen ausgesetzt.

Großdieselmotoren wurden schon frühzeitig mit Turboladern bzw. externen Kompressoren ausgestattet (z. B. Schiffsdieselmotoren erstmals 1925). Auch bei den ersten Diesellokomotiven Ende der 1930er-Jahre wurden Abgasturbolader eingesetzt. An Kraftfahrzeugen kamen Turbolader erst viel später zur Anwendung, was in größeren Verlusten des Laders – aufgrund geringerer Abmessungen – begründet lag. Ferner gelang es lange Zeit nicht, einen günstigen Drehmomentverlauf zu erreichen und unvollkommene Verbrennung beim Beschleunigen des Motors zu verhindern. Mit günstigen Kennwerten bei Niederdruckaufladung lösten sich diese Probleme zu Beginn der 1950er-Jahre.[10] Für LKW stattete MAN 1951 einen Motor mit einem selbst entwickelten Turbolader aus, wobei der 8,72-Liter-Motor in der Leistung von 130 auf 175 PS gesteigert wurde. Der LKW-Produzent Volvo baute ab 1954 einen Turbolader an seine Motoren an, der wegen seiner Zuverlässigkeit den Durchbruch im LKW-Motorenbau brachte. Bei einem sehr hohen Anteil der ausgelieferten großen Nutzfahrzeuge werden seit den 1960er-Jahren Turbolader eingesetzt. Als erster Pkw mit Turbodieselmotor kam im Mai 1978 der Mercedes 300 SD auf den Markt. Im europäischen Raum haben seit 1988 Personenkraftwagen mit Diesel-Turboladermotoren mit Ladeluftkühler und Direkteinspritzung eine sehr große Bedeutung erlangt.

Anwendung bei Ottomotoren[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Abgas-Turbolader eines Pkw

Bei Ottomotoren mit äußerer Gemischbildung ist der Ladedruck durch die entstehende Verdichtungswärme des Treibstoff-Luftgemisches im zweiten Takt begrenzt. Eine Überschreitung bedeutet ungesteuerte Selbstentzündung und damit Motorklopfen oder Motorklingeln. Der Klopfbeginn kann mittels hochoktanigem Treibstoff, durch einen wirksamen Ladeluftkühler oder durch Wasser-Methanol-Einspritzung nach oben versetzt werden. In den meisten Fällen werden jedoch die Steuerzeiten verändert und die Verdichtung herabgesetzt, um diesem Effekt vorzubeugen.

Wegen der höheren Abgastemperaturen im Vergleich zum Diesel gilt die Verwendung von Turboladern in Ottomotoren als schwieriger und erfordert hochwarmfeste Werkstoffe.

Verwendung bei PKW und Motorrädern[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bereits ab 1910 kamen erstmals aufgeladene Motoren in den A.L.F.A.-24-HP-Modellen zum Einsatz, welche aus den von der gleichen Firma entwickelten Flugzeugen übernommen wurden (s. u). Serien-PKW mit aufgeladenen Ottomotoren kamen in größerer Zahl aber erstmals Anfang der 1960er-Jahre in Form des Oldsmobile Turbo Jetfire (V8, Hubraum: 215 cui ≈ 3,5 Liter, 160 kW, 218 SAE-PS; für diverse Modelle) und Chevrolet Corvair Spyder (Sechszylinder-Boxer-Turbo, Hubraum: 145 cui; ≈ 2,4 Liter, 110 kW, 150 SAE-PS) auf den Markt.

In Europa rüstete der Schweizer Ingenieur und Unternehmer Michael May ab 1966 zunächst Ford 20M und später auch andere Pkw-Modelle mit Turboladern aus.[11] In Deutschland gingen 1973 mit dem BMW 2002 turbo und 1975 mit dem Porsche 911 turbo turbogeladene Pkw in Serienproduktion. Beide hatten durch die Ölkrise bedingt jedoch wenig Erfolg. 1978 kam der Saab 99 Turbo auf den Markt, bei dem ein schnell ansprechender, kleiner Turbolader mit einem Steuerventil (Wastegate) kombiniert wurde. Die Höchstleistung wurde nur wenig gesteigert, aber der Motor lieferte ein hohes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen. Der Saab 99 Turbo war das erste turbogeladene Serienauto, das nicht in kleinen Stückzahlen als Sportgerät, sondern in großen Serien produziert wurde.

Ottomotoren werden nur zu geringen Anteilen mit Aufladung versehen, auch wenn in jüngster Zeit eine deutliche Zunahme zu verzeichnen ist, bevorzugt bei leistungsstarken Modellen. Der Trend geht zu sogenannten Downsizing-Konzepten, bei denen kleinere Motoren mit Aufladung an die Stelle größerer nicht aufgeladener Motoren treten. Ziel beim Downsizing (dt. Verkleinerung) ist ein geringerer Verbrauch durch Entdrosselung des Motors. Weitere Vorteile ergeben sich aus vermindertem Gewicht und einer verminderten Reibung.

Aufgeladene Motoren – sowohl Otto- als auch Dieselmotoren – sind in der Herstellung meist teurer als vergleichbare Saugmotoren, zudem regelungstechnisch komplex (Steuerung der druckmindernden Ventile wie das Wastegate oder das Umluftventil). Bei auf Schubphasen folgendem Gasgeben, hauptsächlich im unteren Drehzahlbereich, entfalten Turbomotoren ihre Leistung etwas verzögert. Dieses sogenannte Turboloch tritt bei Ottomotoren meist stärker als bei Dieselmotoren auf. Es konnte durch Fortschritte bei der Konstruktion (variable Turbinengeometrie, kleinere und somit schneller ansprechende Lader, leichtere Schaufelräder mit geringerer Massenträgheit) und in der Regelungstechnik stark reduziert werden.

Früher sagte man Turbomotoren einen höheren Verbrauch nach, dies relativiert sich meist zu höheren absoluten Verbrauch des stärkeren aufgeladenen Motors. Moderne Turbo-Ottomotoren verbrauchen im Bestpunkt spezifisch weniger Kraftstoff als Saugmotoren gleicher Leistung (gemessen in Gramm/Kilowattstunde, früher in Gramm/PS-Stunde). Auch in der Formel 1 war der (früher dort laut Reglement untersagte, ab der Saison 2014 jedoch wieder eingeführte) Turbomotor dem Saugmotor im spezifischen Verbrauch überlegen. Eine absolut höhere Leistung verursacht jedoch auch einen höheren absoluten Kraftstoffverbrauch.

Nahezu alle Großserienhersteller bieten inzwischen Ottomotoren mit Turboaufladung an; Dieselmotoren ohne Aufladung spielen auf dem Markt praktisch keine Rolle mehr.

Volkswagen führte Mitte 2005 die TSI-Technik ein (Golf GT, 1,4-Liter-Motor mit 125 kW/170 PS). Dabei wird ein Ottomotor mit Direkteinspritzung mit einem Turbolader und einem Roots-Kompressor zusammen aufgeladen. Der Kompressor arbeitet im unteren Drehzahlbereich, während im oberen ab ca. 3000/min der Turbolader die Aufladung übernimmt. Die (spezifische) Literleistung des damit ausgerüsteten Motors liegt bei etwa 90 kW/122 PS. Allerdings ist dieses Konzept (abgesehen von der Kombination mit einer geschichteten Benzindirekteinspritzung) nur in der Großserie völlig neu. Lancia hat schon 1985 im Motorsport (für die „Gruppe B“) einen mittels ATL und Kompressor aufgeladenen Rennmotor entwickelt und diesen Motor in den laut Homologations-Regeln vorgeschriebenen 200 Serienmodellen des Lancia Delta S4 eingesetzt. Nissan baute 1988 in einer Motorsport-Kleinserie des Modells Micra ebenfalls einen solchen Motor ein, der allerdings aus nur 0,9 Litern Hubraum 81 kW (110 PS) und ein spezifisches Drehmoment von 144 Nm/l bei 4800/min erzielte. Der VW-Motor mit 1,4 Litern Hubraum und Doppel-Aufladung erreicht ein spezifisches Drehmoment von 200 Nm/l bereits bei 1500/min.[12]

Anfang der 1980er-Jahre wurden auch Serienmotorräder (Honda CX 500 Turbo, Yamaha XJ 650 Turbo, Kawasaki Z750 Turbo) ohne großen Markterfolg mit Turboladern angeboten. Außerdem machte die plötzliche Leistungssteigerung beim Erreichen einer bestimmten Motordrehzahl diese Motorräder besonders beim Beschleunigen (auch wegen des im Vergleich zum PKW deutlich geringeren Gewichts) schwerer beherrschbar.

Turboaufladung in der Luftfahrt[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Turbolader des BMW801TJ-Flugmotors, 1944

Im Ersten Weltkrieg fanden Versuche statt, Abgasturbinen mit Ladegebläsen mechanisch zu koppeln und so einen Abgasturbolader zu schaffen. Vor und während des Zweiten Weltkriegs wurde die Entwicklung dann weiter vorangetrieben, jedoch wurde die Motorentechnik bis zum Kriegsende von der mechanischen Aufladung („supercharged“) dominiert. In Deutschland kam ein zusätzlicher Turbolader (mehrstufige Aufladung) nur für besondere Höhenanwendungen zum Einsatz, zunächst in den verschiedenen Ausführungen des Junkers Gegenkolben-Zweitaktdiesel-Flugmotores Jumo 207, und in nennenswerten Stückzahlen im BMW 801TJ-0. In der Lockheed P-38 kam der Allison V-1710 mit General-Electric-Turbolader zum Einbau.

Nach dem Krieg kamen bis zur Einführung der Turboprop- und Strahltriebwerke bei Linienmaschinen einige Jahre zum Teil sehr hochentwickelte Motoren mit Abgasturbinen (nicht -turbolader) wie zum Beispiel der Wright R-3350 zum Einsatz.

Heute werden Motoren mit Abgasturbolader vor allem bei Privat- und Geschäftsreiseflugzeugen der mittleren Kategorien eingesetzt, wobei hauptsächlich Ottomotoren Verwendung finden. Es muss zwischen zwei unterschiedlichen Verfahren der Turboaufladung unterschieden werden:

Turbo supercharging[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der Druck im Ansaugtrakt (Upper deck, Ladedruck) kann mittels Drosselklappenverstellung bis teilweise weit über den der Volldruckhöhe angehoben werden. Dem Motor kann dadurch eine Mehrleistung gegenüber der Nennleistung entnommen werden (Startleistung). Diese ist in den meisten Fällen auf maximal fünf Minuten begrenzt. Motoren dieser Bauart haben eine geringere Verdichtung als die Saugversionen. Beispiele: TSIO-520-UB (Continental, Beech Bonanza B36TC), TIO-540-AE2A (Lycoming, Piper Malibu Mirage). Die Nachteile dieser Version liegen bei verstärkten Verschleißerscheinungen durch Mehrbelastung und höhere Betriebstemperaturen.

Turbo normalizing[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der durch die Drosselklappenverstellung vorgegebene Druck im Ansaugtrakt (Upper deck, Ladedruck) wird über einen hydraulischen Regler und ein Abblaseventil (Waste gate) konstant gehalten. Der maximal mögliche Ladedruck entspricht dem bei Volldruckhöhe. Der Motor ist bis auf den Lader wie die Saugversion aufgebaut, kann aber seine maximale Nennleistung wegen des konstanten Ladedrucks bis in sehr große Höhen (>20.000 ft) abgeben.

Ladeluftkühler[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Dem Ladeluftkühler wurde bei Flugmotoren während sehr langer Zeit keine Bedeutung zugemessen, da man vom Anwendungsfall im Automotor ausging (erzeugen von Mehrleistung durch höhere Luftdichte). Dadurch entsprach die Lebensdauer von turbogeladenen Flugmotoren aufgrund der zusätzlichen Temperaturbelastung durch die erhitzte Ladeluft lange Zeit nicht den Angaben der Hersteller, was mit erhöhtem (Reparatur)-Aufwand verbunden war. Moderne Ladersysteme haben hocheffiziente Ladeluftkühler, die es dem Betreiber in allen Arbeitspunkten und auch bei extremen Witterungsverhältnissen (Hochsommer, Wüstenbetrieb usw.) möglich machen, die Temperatur des Motors (vor allem die der Zylinderköpfe) innerhalb der für die Lebensdauer der Motoren und die Unterhaltskosten erträglichen Grenzen zu halten.

Durch Aufladung wird das Fliegen in größeren Höhen ermöglicht, was wegen des dort geringeren Luftwiderstandes wirtschaftliche Vorteile bringt. Durch den mit zunehmender Höhe geringer werdenden Außendruck der Luft verbessert sich ferner die Effizienz der Abgasturbine, was den Aufwand einer Aufladung für Leistungsklassen zwischen Saugmotor und Turboprop rechtfertigt. Ein Beispiel eines aufgeladenen Motors ist der Rotax 914 von Bombardier. Die Produktionsvorbereitung des Bombardier V300T ist seit 2006 eingestellt und auch die Zertifizierung wird nicht mehr betrieben.[13]

In den letzten Jahren wurden auch Turbomotoren für kleinere Flugzeuge entwickelt (zum Beispiel der Thielert-Diesel), deren Vorteile im geringen Verbrauch und in der einfachen Bedienung liegen.

Hersteller von Turboladern[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Michael Mayer: Abgasturbolader. Sinnvolle Nutzung der Abgasenergie. 5. Auflage. Verlag Moderne Industrie, 2003, ISBN 3-478-93263-7.
  • Gert Hack, Iris Langkabel: Turbo- und Kompressormotoren. Entwicklung, Technik, Typen. 3. Auflage. Motorbuch Verlag, Stuttgart 2001, ISBN 3-613-01950-7.
  • Heinz Grohe: Otto- und Dieselmotoren. 11. Auflage. Vogel Buchverlag, 1995, ISBN 3-8023-1559-6.

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

 Commons: Turbolader – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
 Wiktionary: Turbolader – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Patent DE204630: Verbrennungskraftmaschinenanlage. Veröffentlicht am 28. November 1908, Erfinder: Alfred Büchi.
  2. www.saureroldtimer.ch (Memento vom 28. Juli 2010 im Internet Archive)
  3. a b c Gert Hack: Autos schneller machen – Automobil-Tuning in Theorie und Praxis. Motorbuch-Verlag, 16. Auflage. 1987, ISBN 3-87943-374-7, S. 83/84.
  4. Heinz Grohe: Otto- und Dieselmotoren. 11. Auflage. Vogel-Verlag, Würzburg 1995, ISBN 3-8023-1559-6.
  5. kfz-tech.de
  6. http://dwolsten.tripod.com/articles/jan89a.html/ englisch
  7. http://media.opel.com/ (englisch, 5. Dezember 2011)
  8. atzonline.de
  9. Kyrill von Gersdorff, Kurt Grasmann, Helmut Schubert: Flugmotoren und Strahltriebwerke. 3. Auflage. Bernard & Graefe, 1995, ISBN 3-7637-6107-1.
  10. Aufladung von dieselmotoren. In: Kraftfahrzeugtechnik. 11/1958, S. 408–414.
  11. Capri I 2300 GT mit May-Turbolader – Die sanfte Gewalt mit May-Turbo-Aufladung, 2, 3, 4, 5
  12. Innovation + Technik beim 90-kW-TSI-VW-Motor
  13. BRP-Rotax shelves its V6 aircraft engines project (Memento vom 6. November 2010 im Internet Archive)
Dieser Artikel wurde am 10. Juni 2008 in dieser Version in die Liste der lesenswerten Artikel aufgenommen.