Turbolader

Turbolader – Extra Leistung durch Effizienz

Als Turbolader oder auch Abgasturbolader bezeichnet man ein Bauteil innerhalb des Autos, das für die Leistungs- und Effizienzsteigerung des Verbrennungsmotors gedacht ist und als moderner Biturbo noch deutlich leistungsstärker ist. Der Turbo setzt sich zusammen aus einer Abgasturbine, die Energie aus dem restlichen Druck der Abgase gewinnt, sowie einem durch eine Turbine angetriebenen Verdichter für die Ansaugluft innerhalb des Motors, der wiederum den Luftdurchsatz erhöht und somit auch die Ansaugarbeit der Kolben reduziert.

Der Turbolader oder Biturbo kann den Druck beziehungsweise die Stauaufladung und die Bewegungsenergie durch die Abgase nutzen. Durch die Zuschaltung eines zusätzlichen Ladeluftkühlers zum Turbo kann ein erhöhter Arbeitsdruck bei gleicher Temperatur innerhalb des Zylinders geschaffen werden. Erfunden hat den Turbolader Alfred Büchi, ein Schweizer, der bereits im Jahr 1909 ein Patent für die Gleichdruck- oder Stauaufladung angemeldet hat. Schon in den 1930er Jahren wurden dann durch die Adolph Saurer AG aus Arbon Diesel-Lastkraftwagen erstmalig als Straßenfahrzeuge mit Turbolader hergestellt.

Der Turboumbau am Motor wird in der Regel mit Hilfe eines Turboladers oder eines Kompressors vorgenommen. Beide Methoden sorgen dafür, dass der Motor mit einer größeren Menge an Frischluft und somit auch mit einer höheren Dichte an Sauerstoff versorgt wird, was dazu führt, dass der Motor aktiver und effektiver Kraftstoffe verbrennen kann und mehr Leistung aufbringt.
Der Kompressor schleust durch eine Turbine mehr Luft in den Motor, beim Turbolader wird Energie aus dem Abgasen genutzt und der Druck im Motor durch das effektive Ansaugen von Luft erhöht, weshalb mehr Sauerstoff in den Motor gelangt. So kann bei beiden Methoden mehr Energie entstehen, die das Drehmoment erhöht und mehr Leistung verschafft.

Wie funktioniert der Turbo?

Bei einem nicht aufgeladenen Kolbenmotor erzeugen die Kolben den Unterdruck im Ansaugtrakt, in den wiederum die unter Atmosphärendruck stehende Luft einströmt. Dabei ist der Druckunterschied ohne Turbo immer kleiner als der Atmosphärendruck innerhalb des Motors. Bei einer niedrigen Drehzahl wird der Hubraum der Kolben dann knapp bis zum Umgebungsdruck angefüllt. Mittels wachsender Drehzahl öffnet sich das Einlassventil nun kürzer – die Geschwindigkeit der Luft mittels Turbo innerhalb des Ansaugrohrs steigt und somit ist auch der Druckverlust größer, denn es gelangt deutlich weniger Frischgas in den Brennraum. Daraus resultierend wird die Leistung des Motors reduziert. Um hier entgegenzuwirken, kann einerseits ein Ansaugquerschnitt an der engsten Stelle, nämlich der Ventilöffnung, mittels zweitem Ventil geschaffen werden. Andererseits kann der Druckunterschied dahingehend eine Erhöhung erzielen, dass mehr Frischluft in den Zylinder geführt wird und er so mit Überdruck befüllt wird. Dies ist die Aufladung, die durch einen Turbolader oder Kompressor erzielt werden kann.

Die Vorzüge vom Turbo

Die Vorzüge eines Motors, der mit einem Turbolader ausgestattet ist, liegen darin, dass die Abgasturboaufladung eine Steigerung des höchsten Mitteldrucks und somit des Drehmoments sowie der maximalen Leistung mit dem gegebenen Hubvolumen durch den Turbo erzielt. Diese Steigerung durch den Turbolader bewirkt eine höhere Leistungsausbeute mit einer annähernd gleichen Abmessung und Gewicht als ursprünglich nicht aufgeladene Motoren oder es wird ein sogenanntes Downsizing erzielt, was bedeutet, dass ein Erzielen der gleichen Leistung aus einer kleineren Maschine umsetzbar ist. Das Leistungspotential des Turboladers wurde innerhalb der 1980er Jahre innerhalb der Formel 1 besonders deutlich, als nämlich die stärksten Turbomotoren in dieser Zeit mehr als 750 kW mit einem auf 1,5 Liter begrenzten Hubraum innerhalb des Trainings erzielten – dank dem Turbolader.

Aus dem sogenannten p-V-Diagramm – genau: Druck-Volumen-Diagramm – lässt sich ersehen, dass ein mittels Turbolader aufgeladener Motor innerhalb jedes Ansaugtaktes wieder Energie zugeführt bekommt, die aus dem Überdruck der komprimierten Frischluft entstammt und somit keine weitere Energie zum Ansaugen liefern muss.

Ein wichtiger Vorteil vom Turbolader gegenüber einem Kompressor liegt darin, dass der Turbolader wenigstens teilweise den ansonsten ungenutzten Überdruck von circa 3 bar bei Höchstleistung aus den Abgasen verwendet und somit wenig zusätzliche weitere Leistung zum Betrieb benötigt. Beim Turbolader strömt das noch heiße Abgas mit sehr hoher Geschwindigkeit aus dem Zylinder und bringt die Turbinen so zum Rotieren, denn der Kolben schiebt das restliche Abgas aus, wobei allerdings der Abgasgegendruck absolut höher als bei einem nicht durch Turbolader aufgeladenen oder aber einem Motor mit Kompressor ist.

Der Kompressor ist direkt mechanisch an den Motor, also an Zahnriemen, die Zahnräder, die Kette sowie den Keilriemen gekoppelt und zieht damit seine unmittelbare Nutzleistung direkt vom Motor ab. Ein Vorteil des Kompressors liegt darin, dass er bereits bei einer geringeren Druckzahl als ein Turbolader in der Lage ist, Überdruck zu erzeugen. Insgesamt ist der Gesamtwirkungsgrad des Turbos aber deutlich höher als beim System mit dem Kompressor. Eine noch effizientere Leistung liefert lediglich der Biturbo.

Defekt beim Turbolader oder Biturbo

Ein Defekt am Turbolader oder auch am Biturbo ist leicht erkennbar. Wenn das Fahrzeug keine ausreichende Leistung mehr liefert, wenn es aus dem Auspuff qualmt, der Motor pfeifende Geräusche macht oder auch spätestens dann, wenn die Anzeige innerhalb des Cockpits darauf hinweist, weiß der Fahrer, dass mit dem Turbolader oder dem Biturbo etwas nicht stimmt.

Gründe für einen Turbolader Defekt

Die Gründe für einen Schaden, den der Turbolader oder auch der Biturbo nehmen kann, sind sehr vielfältig. Fremdschäden am Verdichter sowie an der Turbine lassen sich leicht erkennen. Auch verschmutztes oder ein altes Motorenöl oder ein ausgedienter Ölfilter können zu Schäden am Turbolader oder Biturbo führen. Ist die Ölversorgung gestört, kann es zu einer Überhitzung kommen und auch eine falsche Motoreinstellung oder Kühlwasser im Öl können Schäden verursachen. Weiterhin kann ein Abstellen des Motors nach hoher Belastung ohne Nachlauf Schädigungen herbeiführen.

Grundsätzlich ist der Turbolader allerdings sehr stabil und nahezu unzerstörbar bei guter Behandlung und Wartung des Fahrzeugs. Ist ein Austausch erforderlich, kann dieser aufgrund der Komplexität der Bauweise von Turbolader oder Biturbo meist lediglich von Fachkräften umgesetzt werden.