Was ist ein Turbolader und wie funktioniert er?

Dass ein Turbolader generell für mehr Leistung sorgt, weiß so gut wie jeder. Doch was ist das genau und wie funktioniert die Turboaufladung? Von der Geschichte über die Funktionsweise zu verschiedenen Varianten der Turbolader.
 

Was ist ein Turbolader?

Der Turbolader bezieht seine Energie aus dem normalerweise ungenutzten Restdruck der Abgase eines Motors. Eine Abgasturbine treibt den Verdichter an und erhöht dadurch den Luftdruckdurchsatz oder vermindert die Ansaugarbeit des Kolbens, was in einer Steigerung der Motorleistung bzw. der Effizienz resultiert.
 

Geschichte

1905 meldete der Schweizer Dr. Alfred Büchi ein Patent über die sog. Gleichdruck- oder auch Stauaufladung an – er gilt als Erfinder des Turboladers bzw. Abgasturboladers. Seit mehr als 100 Jahren wurde diese technische Innovation weiterentwickelt und zählt heute zu den wichtigsten Bauteilen im Motorsport und kommt immer mehr auch in privaten PKWs und Nutzfahrzeugen zum Einsatz.

Der wirkliche Durchbruch der Abgasturboaufladung im Pkw gelang mit der Einführung der ersten aufgeladenen Dieselmotoren im Mercedes Benz 300 SD im Jahre 1978 und 1981 im VW Golf Turbodiesel. Mit Hilfe des Turboladers konnten der Wirkungsgrad des Pkw-Dieselmotors erhöht und die Fahrleistungswerte des Ottomotors annähernd erreicht werden. Zugleich wurden die Schadstoffemissionen verringert.
 

Aufgabe und Funktionsweise

Bei der Abgasturboaufladung wird ein Teil der an sich verlorenen Abgasenergie zum Antrieb einer Turbine genutzt. Auf der Welle der Turbine sitzt ein Verdichter, der die Verbrennungsluft ansaugt und sie dem Motor verdichtet zuführt.

Der Turbomotor hat im Vergleich zu einem gleich starken Saugmotor einen geringeren Verbrauch, da ein sonst nicht genutzter Teil der Abgasenergie zur Leistung des Motors beiträgt. Durch den kleineren Hubraum sind sowohl die Reibungs- und Wärmeverluste als auch der benötigte Einbauraum und die Lärmentwicklung geringer. Das Leistungsgewicht (kg/kw) ist deutlich niedriger und der Drehmomentverlauf kann optimiert werden. Turbodieselmotoren können mit einem Luftüberschuss betrieben werden, dadurch können sie schadstoffarmer und verbrauchsgünstiger betrieben werden.



Der grüne Bereich zeigt den Weg des Öls und alle stellen die im Turbolader mit Öl versogt und gekühlt werden. Es ist deutlich zu erkennen, dass die Ölkanäle wesentlich feiner sind als die Zuleitung. Dies erhöht den Druck, mit dem die Lagerung mit Öl versorgt wird.

Rot wird der Weg des Abgases abgebildet, der genau umgekehrt verläuft wie auf der Frischluftseite. Durch die Schneckenform des Gehäuses wird das Abgas zusätzlich beschleunigt und gelangt mit höherem Druck auf das Turbinenrad welches über eine Welle mit dem Verdichterrad verbunden ist. Wir erreichen den erwünschten Ladedruck.
 

Bi-Turbo und Twin-Turbo

Die Funktionalität beim Bi-Turbo und Twin-Turbo ist mit der eines normalen AT Turboladers vergleichbar. Der Unterschied liegt darin, dass zwei Lader parallel verwendet werden. Bei dem Bi-Turbo handelt es sich um zwei kleinere Lader, die beispielsweise bei einem Achtzylinder-Bi-Turbo-Motor jeweils von vier Zylindern mit Abgas versorgt werden. Das dadurch verringerte Trägheitsmoment kann den Wirkungsgrad des gesamten Systems sowie das Ansprechverhalten beim Gasgeben verbessern.
 

Unterschied Turbolader und mechanischer Lader

Bei der mechanischen Aufladung wird die Verbrennungsluft durch einen Kompressor vorverdichtet, der vom Motor angetrieben wird, anstatt die Abgase dafür zu nutzen. Die erreichte Leistungssteigerung wird dabei zum Teil durch die hohe Antriebsleistung des Kompressors wieder aufgezehrt. Im Gegensatz dazu besteht bei einem Abgasturboauflader keine mechanische Kopplung mit dem Motor.

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