Wie entsteht ein Turbolader bzw. Der turboeffekt?
2 Antworten
Ein Verbrennungsmotor ohne Abgasturbolader saugt maximal die Menge Luft ein, die dem Volumen des Brennraums entspricht wenn der Kolben ganz unten ist. Diese Maximalmenge Luft beinhaltet eine bestimmte Anzahl Sauerstoffmoleküle, mit denen eine bestimmte Maximalmenge Kraftstoffmoleküle verbrannt werden kann.
Fördert man mehr Luft in die Brennräume, kann auch mehr Kraftstoff verbrannt werden, wodurch auch die Leistung in etwa proportional zunimmt.
Genau das macht der Turbolader, er fördert mit einem Verdichterrad, was vor den Brennräumen für Überdruck sorgt, mehr Luft in die Brennräume, so dass mehr Kraftstoff verbrannt werden kann und die Leistung entsprechend zunimmt.
Diesen Überdruck nennt man Ladedruck.
Nach der Zündung im Brennraum besitzen die Abgase noch eine hohe kinetische Energie. Die Abgase werden daher unmittelbar neben dem Motor durch das Turbinenrad des Turbolader geleitet, was dadurch wie ein Windrad rotiert.
Die aus dem Abgas gewonnene kinetische Energie treibt über eine kurze Welle direkt das Verdichterrad an was wiederum die Luft in die Brennräume fördert.
Der Turbolader sorgt so weitgehend selbst für seinen Antrieb, benötigt keine direkte Antriebsenergie vom Motor anders als z.B. ein mechanischer Lader.
Dieser Vorteil ist aber auch seine größte Schwäche:
- wenn gerade nur wenig Abgas im Motor anfällt, dreht auch das Turbinenrad nur langsam, also fördert das Verdichterrad auch nur wenig Ladedruck
- wird jetzt plötzlich Gas gegeben entsteht eine Zeitverzögerung, bis der Turbolader auf eine Drehzahl beschleunigt hat die hoch genug ist um Ladedruck auf zu bauen
- diese Zeitverzögerung nennt man traditionell "Turbo-Loch".
- hat der Turbolader aber einmal eine bestimmte Drehzahl errreicht (z.B. 120.000 U/min.) ist plötzlich Ladedruck und damit auch die Mehrleistung da
- dieses plötzliche Einsetzen der Leistung (oft beschrieben als "Tritt ins Kreuz") machte das Fahren mit frühen Turbolader-PKW unharmonisch, teils sogar gefährlich, z.B. galt der Porsche 930 Turbo Ende der 70er als "Witwenmacher":
Erst durch eine Vielzahl an Maßnahmen wie z.B.
- kleinere Turbolader-Durchmesser
- eine möglichst motornahe Lage der Turbolader
- verstellbare Leitschaufeln bei VTG-Turboladern
- Twin-Scroll-Turboladern mit zwei Einlasskanälen
- zusätzlichem elektrisch angetriebenem Verdichtern
- der heutigen vollelektronischen Motorelektronik
ist es gelungen, den Turbo-Motoren eine gleichmäßigere Leistungsentfaltung an zu erziehen die sich nicht mehr so stark von Motoren ohne Turbolader unterscheidet.
Eine leichte Verzögerung bis zum Einsetzen der Leistung ist beim plötzlichen Gas geben zwar immer noch spürbar aber eben viel kürzer und weniger heftig als früher.
Ein Turbolader ist praktisch eine Luftpumpe die Frischluft in einen Motor pumpt, und vom Abgasstrom eines Verbrennungsmotors angetrieben wird.
Mehr Luft im Motor = größere Menge Kraftstoff kann zugeführt werden = mehr Leistung.