Turbolader: Welche Vorteile hat er und was ist ein Turboloch?
Ein Turbolader, kurz „Turbo“, ist ein Gerät, das die Leistung eines Verbrennungsmotors erhöht, indem es Luft in den Brennraum drückt.
Die Leistungssteigerung entsteht dadurch, dass der Motor aus dem gleichen Luftvolumen viel mehr Sauerstoffmoleküle erhält. Da die Luft unter Druck steht, ist das Gemisch explosiver, der Motor beschleunigt dadurch leichter und benötigt nicht mehr Kraftstoff.
Inhalt
- Was ist der Unterschied zwischen einem Turbolader und einem Kompressor?
- Was ist Turboloch?
- Niedrige Motordrehzahlen sind KEIN Turboloch
- Bringt ein größerer Turbo mehr Leistung?
- Bi-Turbo, Twin-Turbo
- Twin-Scroll-Turbolader
- Turbolader mit variabler Geometrie
- Wozu dient Wastegate?
- Wozu dient das Abblasventil?
- Warum also Turbomotoren?
Zur Aufladung des Motors kommt neben dem Turbolader auch ein Kompressor oder eine Kombination aus Turbolader und Kompressor zum Einsatz.
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 vom Motor einen Turbolader antreiben.
Da der Kompressor die Energie des Motors für seinen Antrieb nutzt, nimmt er einen Teil der Energie des Motors auf, liefert ihm aber letztendlich mehr Energie. Ein weiterer Nachteil des Kompressors ist sein geringerer adiabatischer Wirkungsgrad im Vergleich zum Turbolader.
Unter adiabatischer Effizienz versteht man die Fähigkeit des Kompressors, Luft zu komprimieren, ohne der Luft überschüssige Wärme zuzuführen. Je niedriger die Lufttemperatur, desto dichter ist die Luft und sie enthält mehr Sauerstoffmoleküle. Kompressoren geben also mehr Wärme an die Luft ab als Turbolader, was sie weniger effizient macht.
Wie bereits erwähnt, wird der Turbolader nicht mechanisch, sondern durch Abgase angetrieben und entnimmt daher dem Motor keine Energie, was effizienter ist. Gegenüber dem Kompressor hat er allerdings einen Nachteil: das Turboloch.
Was ist Turboloch?
Die Turboverzögerung ist die Zeit zwischen der Anforderung einer Leistungssteigerung, also dem Betätigen des Gaspedals, und dem Einsetzen der Leistung (Turbo-Kick-in). Bei neueren Modellen mit Turboladern kann es etwa 1 Sekunde dauern, aber es hängt alles vom Turbotyp ab.
Mit anderen Worten: Beim Turboloch handelt es sich um die Zeit, die das Abgassystem und der Turbolader benötigen, um den erforderlichen Boost zur Leistungssteigerung zu erzeugen. Bei Kompressoren tritt dieses Problem nicht auf, da sie direkt vom Motor angetrieben werden und die Reaktion auf den Gashebel daher sofort erfolgt.
Niedrige Motordrehzahlen sind KEIN Turboloch
Manchmal werden niedrige Motordrehzahlen bei Fahrzeugen mit Schaltgetriebe mit einem Turboloch verwechselt. Bei niedriger Motordrehzahl kann das Warten auf die Beschleunigung nach dem Betätigen des Gaspedals mehrere Sekunden 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 die Turbine so zu rotieren, dass ein höherer Ansaugdruck als der atmosphärische Druck entsteht.
Der Turbolader zielt darauf ab, den volumetrischen Wirkungsgrad des Motors zu verbessern, indem er die Dichte der Ansaugluft erhöht und so mehr Leistung pro Motorzyklus ermöglicht.
Bringt ein größerer Turbo mehr Leistung?
Die Größe und Form der Turbine (sie dreht sich mit 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 benötigen 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 kombinieren, werden Twin-Turbolader oder Turbolader mit variabler Schaufelgeometrie eingesetzt.
Bi-Turbo, Twin-Turbo:
Twin-Turbo oder Bi-Turbo sind zwei Turbolader, die parallel (gemeinsam) oder sequentiell (getrennt) arbeiten. In einer Parallelkonfiguration 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.
Bei einer sequentiellen Konfiguration läuft ein kleinerer Turbolader bei niedriger Drehzahl und der andere größere wird bei einer höheren vorgegebenen Motordrehzahl eingeschaltet. Sequentielle Turbos reduzieren die Turboverzögerung, erfordern jedoch komplexe Rohre, um beide Turbos zu versorgen.
Twin-Scroll-Turbolader:
Dieser Turboladertyp verfügt über zwei Kanäle zur Ansaugung der Abgase im Turbinenteil. Auspuffrohre führen zu beiden Twin-Turbo-Anschlüssen von den Zylindern, so dass der Unterdruck nicht dem Abgas eines Zylinders Energie entzieht. Im Gegensatz dazu hat das Auslassventil des anderen Zylinders noch nicht geschlossen, sein Einlassventil hat jedoch bereits begonnen, sich zu öffnen.
Wenn die Zündung in den Zylindern in der Reihenfolge 1-3-4-2 erfolgt, führen die Zylinder 1 und 4 zu einem Kanal und die Zylinder 2 und 3 zum anderen Kanal. In diesem Fall entsteht kein Verlust an Abgasenergie, da Zylinder 3, der Energie aus dem Abgas von Zylinder 1 beziehen 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 Flügel, um den Luftstrom in die Turbine anzupassen und so über die gesamte Leistungskurve hinweg einen Turbolader mit optimaler Größe nachzuahmen. Das Ergebnis ist ein Turbolader ohne erkennbare Turboverzögerung.
Wozu dient Wastegate?
Das Wastegate leitet die Abgase von der Turboladerturbine weg. Die Drehzahl der Turbine wird durch Umleitung der Abgase gesteuert. Die Hauptfunktion des Bypassventils besteht darin, den Fülldruck zu regulieren, um Motor oder Turbolader nicht zu beschädigen.
Wozu dient das Abblasventil?
Ein Abblasventil ist ein Ventil, das in Turbomotoren Druck ablässt. Dieses Ventil hilft dabei, den Raum zwischen dem Turbo und der Drosselklappe zu entleeren, indem es komprimierte Luft an die Umgebung abgibt, um den Verschleiß des Turbos zu verringern.
Beim Ablassen der Luft entsteht ein charakteristisches Zischen oder Pfeifgeräusch.
Warum also Turbomotoren?
Durch Turboaufladung kann die Motorleistung erhöht und der Kraftstoffverbrauch gesenkt werden, einige Hersteller bevorzugen jedoch immer noch große Benzinmotoren mit Saugmotor. Dieselmotoren ohne Turboaufladung werden heutzutage nicht mehr hergestellt, da sie im Vergleich zu Benzinmotoren leistungsschwächer sind.