Funktionsprinzip vom Turbolader

Erfunden wurde der Turbolader bereits um die Jahrhundertwende zum 20. Jahrhundert. Der Turbolader-Erfinder ist Alfred Büchi aus der Schweiz, der 1905 ein Patent zur Stau- bzw. Gleichdruckaufladung anmeldete. Es ist daher nicht verwunderlich, dass der schweizerische Nutzfahrzeughersteller Adolph Saurer AG in den 1930ern seine Motoren für den Straßenverkehr erstmalig mit Turboladern ausstattete. Von nun an wurde der Turbo zu einer echten Erfolgsgeschichte.

Abgasturbolader versus Ladedruckkompressor

Streng genommen handelt es sich um einen sogenannten Abgasturbolader. Hier liegt der deutlichste Unterschied zu einem Kompressor. Der Kompressor wird über die Kurbelwelle (Riementrieb) oder elektrisch angetrieben. Der Abgasturbo dagegen benötigt keine zusätzliche Leistung, da er die Restenergie des Abgasstroms nutzt. Das Funktionsprinzip ist einfach. Der Turbolader besteht aus zwei Schaufelrädern, die über eine Welle miteinander verbunden sind. Im Abgasstrom befindet sich die Abgasturbine, die so den Verdichter (das Verdichterschaufelrad) axial antreibt, welcher die verdichtete Luft radial entlässt.

Die Vorteile eines Abgasturboladers

Die Mehrleistung ergibt sich aus der nun dem Verbrennungsraum verdichtet zugeführten Luft. Es wird also der Sauerstoffanteil signifikant erhöht, der für die Verbrennung so wichtig ist. Aufgrund der verbesserten Verbrennung ist auch der Anteil an Abgasen und dessen Bestandteilen deutlich geringer. Kurzum: die Abgase werden sauberer. Ein weiterer Effekt für einen effizienteren Betrieb zeigt sich beim Kolbenhub. Es wird weniger Energie benötigt, den Kolben nach unten zu ziehen, da gegenüber einem herkömmlichen Saugmotor kein Unterdruck erzeugt werden muss.

Bei einem optimal eingestellten Turbomotor verringert sich auch der Kraftstoffverbrauch, da die Verbrennung nun effizienter ist. Auffällig ist zudem die Mehrleistung im Vergleich zu einem gewöhnlichen Saugmotor mit derselben Dimensionierung. Ein im Prinzip baugleicher Motor kann folglich mehr Leistung erbringen. Hier liegt zunächst der hauptsächliche Grund für den Erfolg des Dieselmotors, der als Saugmotor deutlich träger ist. Aber auch moderne Ottomotoren (Benziner) wären ohne Abgasturbo nicht denkbar. Erst der Turbolader ermöglichte das heute übliche Downsizing der Motoren.

Die Nachteile des Turboladers

Nun fragt sich sicherlich der eine oder andere, weshalb Turbolader dann nicht schon wesentlich früher im heutigem Ausmaß eingesetzt wurden. Auch diese Frage lässt sich einfach beantworten. Der Turbolader nutzt nicht nur die heißen Abgase. Eine effizientere Verbrennung durch mehr Sauerstoff bedeutet auch eine noch heißere Verbrennung. Daher können Bauteile des Laders Temperaturen von bis zu 950 Grad Celsius ausgesetzt sein. Grundsätzlich erhöht sich die gesamte Temperatur am Motor.

Das führt bereits zu einem höheren Verschleiß. Dazu kommt, dass ein Turbolader mit steigender Drehzahl mehr Leistung bereitstellt. Erst ab einer bestimmten Drehzahl setzt der Turbolader überhaupt ein. Im niedrigen Drehzahlbereich arbeitet ein entsprechender Motor daher wie ein Sauger. Der optimale Einsatzbereich ist sehr eng. Gleichzeitig führt das Funktionsprinzip dazu, dass sich der Turbo immer schneller drehen würde.

Die verschiedenen Bauteile geraten damit sehr schnell an ihre Leistungsgrenze - auch, was den Materialverschleiß angeht. Daher sind die Motoren robuster gebaut. Erst die moderne elektronische Motorsteuerung ermöglicht auch eine quasi drehzahlunabhängige Steuerung des Turbos.

Verschiedene Turbolader und Arbeitsprinzipien

Ein nicht weiter gesteuerter Turbolader muss also einerseits in der Drehzahl begrenzt werden. Andererseits soll die Leistung aber bereits in einem niedrigeren Drehzahlbereich zur Verfügung stehen. Diese Anforderungen führen zu verschiedenen Steuermechanismen. Damit der Turbo im Maximalbereich entlastet werden kann, wird der Abgasstrom ab einem bestimmten Zeitpunkt über einen Bypass am Turbolader vorbeigeführt oder der Turbinenwiderstand verringert.

Alternativ kann auch eine Stoßaufladung ausgeführt werden. Über Bypass werden Wastegate-Ventile genutzt. Um den Widerstand an der Abgasturbine zu verringern, werden vornehmlich beim Diesel VTG-Lader eingesetzt, bei denen die Schaufeln verstellt werden können. Für die Steuerung wird dann ein entsprechender Ladedruckregler benötigt. Dieser wird auch als Druckwandler bezeichnet. Aber auch bei einem Wastegate kann ein Druckwandler zum Einsatz kommen.

Dieser erzeugt im Wastegate in der Membrankammer Unterdruck. Dieser Unterdruck bestimmt dann mechanisch die Durchflussmenge. Auch das AGR-Ventil (Abgasrückführung) wird so angesteuert. Bei der Steuerung dieser Druckwandler für den Abgasturbolader werden drei Funktionsprinzipien unterschieden: elektrische, mechanische und elektro-pneumatische Steuerung. Bei modernen Motoren wird der Druckwandler vom Motorsteuergerät pulsweitenmoduliert angesteuert.

Folgen des Druckwandlers

Der Druckwandler ermöglicht so den Einsatz von Turboladern, die ihre notwendige maximale Leistungskurve im Prinzip unabhängig von der Drehzahl erreichen. Bei steigender Drehzahl wird einfach entsprechend gesteuert, sodass sich das Abgasdurchflussvolumen verringert. Da der Turbolader ungesteuert nur einen sehr geringen optimalen Arbeitsbereich aufweist, sind bei einem mechanisch gesteuerten Turbo die Kennfelder nahezu nicht zu optimieren. Erst der Turbodruckwandler ermöglicht eine umfassende Turbonutzung (Turbogeometrie) schon bei geringen Drehzahlen. Auch das berühmte Turboloch beim Schalten (dem Ändern der Drehzahl) wird damit obsolet.

Verschleiß vom Turbolader und benötigter Bauteile

Schon die grundsätzlich heißen Temperaturen der Abgase, die durch Turboaufladung noch heißer werden, lassen die hohe Materialbelastung erahnen. Daher zählten AGR-Ventile oder mechanische Wastegate-Ventile, die sehr nah am Turbo angebaut sein müssen, sehr lange zu typischen Verschleißteilen. Damit die Temperaturen reduziert werden können, haben sich die Ingenieure verschiedene Kühlsysteme einfallen lassen. So werden Turbolader durch Motorenöl oder/und Kühlwasser gekühlt. Der Ladeluftkühler hat damit übrigens nichts zu tun. Der Ladeluftkühler (Intercooler) bei Turbomotoren soll die Ansaugluft weiter kühlen, da die Sauerstoffdichte mit abnehmender Temperatur zunimmt.

Auch die Schmierung (und gleichzeitige Kühlung) ist wichtig. So wird für die Schmierung der Verbindungswelle zwischen Turbine und Verdichter das Motoröl genutzt. Hier zeigt sich die ungleichmäßige thermische Belastung (zwischen Abgasführung und Ansaug) problematisch. Denn unter Umständen und bei zu wenig Druck im Turbolader kann hier Motoröl aufgrund der thermischen Ausdehnung austreten und mit in den Verbrennungsraum gelangen. Der Einsatz ausschließlich freigegebener Motorenöle ist hier umso wichtiger.

Darüber hinaus sind regelmäßige Ölwechsel, Luftfilterwechsel sowie die Verwendung ausschließlich geeigneter Luftfilter besonders wichtig. Bei zu großen Poren gelangen größere Partikel in den Ansaugtrakt. Diese Partikel schlagen wie Steine auf die Schaufeln und können diese regelrecht zerschießen. Die regelmäßige Wartung von Turbomotoren gehört mit zu den Hauptursachen für Defekte am Turbolader und seinen Bauteilen. Außerdem sollten Sie den Motor beim Beenden einer Fahrt einige Motoren im Stand laufen lassen, damit der Turbo gekühlt werden kann.

Ohne Wartungsstau und mit hochwertigen Ersatzteilen sind die Turbolader auf die Lebensdauer des Motors ausgelegt und können diese auch erreichen. Das ist einer der Gründe, weshalb Sie beispielsweise ausschließlich hochwertige Ersatzteile renommierter Hersteller verwenden sollten. Bei Luftfiltern aus unbekannter Herstellung - vielleicht sogar Kopien aus Asien - kann es das Filtermaterial auflösen oder die Poren sind zu groß.

Lott Autoteile bietet diese Ersatzteile ausschließlich von bestens etablierten Herstellern und als Markenprodukte in Erstausrüsterqualität. Sollten Sie trotz der bereits günstigen Preise noch mehr sparen, aber dennoch nicht auf hochwertige Qualität verzichten wollen, empfehlen wir Ihnen die Lott Hausmarke mit besonders günstigen Preisen bei dennoch erstklassiger Ersatzteilqualität.

Wartung und Reparatur von Turboladern

Sobald der Turbolader plötzlich seltsame Geräusche erzeugt oder vom gewohnten Verhalten abweicht, sollten Sie zur Vermeidung kostspieliger Folgeschäden sofort eine zertifizierte Fachwerkstatt aufsuchen. Keinesfalls empfehlen wir Laien, Reparaturen und Instandsetzungen an den komplex aufgebauten Turboladern selbst durchzuführen. Einen Defekt vom Turbo-Druckwandler können Sie daran erkennen, dass das Fahrzeug plötzlich in den Notlauf fällt, keine Leistung mehr bringt oder gar am Auspuff qualmt. Auch in diesem Fall legen wir den sofortigen Werkstattbesuch nahe. Hier kann auch der Fehlerspeicher ausgelesen und zurückgesetzt werden.

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Daneben natürlich ebenso hochwertige Betriebsmittel (Motoröle) und Filter, um den turbogeladenen Motor vor vorzeitigen Schäden zu bewahren. Der Versand der bestellten Ersatzteile erfolgt umgehend nach erfolgreichem Abschluss Ihrer Bestellung.