Arbeitsweise eines Abgasturboladers

Ein großer Teil der Verluste entsteht bei thermodynamischen Kreisprozessen wie dem Diesel- oder dem Otto-Kreisprozess durch nicht genutzte Abgaswärme und den Abgas-Restdruck (typisch 3–5 bar), weil das Gas wegen des begrenzten Verdichtungsverhältnisses nicht mehr weiter expandiert werden kann. Beim Saugmotor wird es ungenutzt in den Auspuff entlassen. Effektiver ist es, einen Teil dieser Restenergie durch weitere Expansion in einer Abgasturbine zurückzugewinnen.

Die Wellenleistung dieser hochtourigen Abgasturbine kann auf verschiedene Weisen genutzt werden:

 

  • Sie kann untersetzt auf die Kurbelwelle des Motors gekoppelt werden (Turbo-Compound-Motor).
  • Sie kann einen elektrischen Generator antreiben, der eine sonst von der Kurbelwelle anzutreibende Lichtmaschine entlastet oder sogar überflüssig macht.
  • Die von der Abgasturbine gewonnene Leistung kann über einen Verdichter die Ladeluft komprimieren. Das hat mehrere Effekte:
  • Im Ansaugtakt wird der Kolben mit Überdruck angetrieben, statt wie beim Saugmotor gegen Unterdruck arbeiten zu müssen.
  • Der Liefergrad erhöht sich, es gelangt mehr Luft in den Brennraum, wodurch sich auch die Leistung und der Wirkungsgrad des Motors erhöht.

 

In jüngerer Zeit werden kaum noch von der Kurbelwelle angetriebene Verdichter (umgangssprachlich auch als Kompressor bezeichnet) wie Drehkolbenverdichter oder Roots-Gebläse verwendet, da die günstig verfügbare Leistung einer Abgasturbine genutzt werden kann.

 

 

 

  

Aufladung beim Viertakt-Motor

Beim Viertakt-Saugmotor erzeugen die Kolben im Ansaugtakt einen Unterdruck, in den unter Atmosphärendruck stehende Luft oder Kraftstoff-Luft-Gemisch einströmt. Bei niedrigen Drehzahlen bleibt genügend Zeit, so dass sich der Verbrennungsraum nahezu vollständig mit Frischladung füllt. Mit steigender Drehzahl jedoch öffnet das Einlassventil immer kürzer und mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit im Ansaugtrakt anwachsende Druckverluste behindern die Füllung des Zylinders, der Liefergrad nimmt ab und immer weniger Frischladung steht zur Verfügung. Durch Erhöhen des von außen wirkenden Drucks mit einem Turbolader wird daher vor allem bei hoher Drehzahl wesentlich mehr Frischladung in den Zylinder gepresst, was das Drehmoment und dementsprechend die erreichbare Motorleistung steigert.

 

 

 

 

 

 

 

 

Aufladung beim Zweitakter

Bei Zweitaktmotoren wird während dem Durchlaufen des unteren Totpunkts in kurzer Zeit gleichzeitig Frischladung in den Zylinder gedrückt und dabei die Abgase ausgestoßen (dynamischer Ladungswechsel oder auch „Spülen“), wofür beim Viertakter zwei getrennte Takte Zeit ist. Der schnelle Ladungswechsel beim Zweitakter erfordert in jedem Fall zumindest ein Gebläse (im einfachsten Fall Kurbelgehäusespülung). Mit Turbolader kann ein effektiv erhöhter Ladedruck nur aufgebaut werden, wenn der Auslass vor dem Einlass schließt, was beim Zweitakt-Dieselmotor mit einem gesteuerten Auslassventil erreicht wird.