Der Abgas-Turbolader hat die Aufgabe, die Verbrennungsluft, die dem Motor zugeführt wird, zu verdichten. Damit wird im Vergleich zu Saugmotoren eine wesentlich bessere Füllung der Zylinder erreicht. Auf diese Weise ergibt sich eine höhere Motorleistung bei gleichzeitig niedrigerem Verbrauch und besseren Emissionswerten.

Bei der Abgasturboaufladung wird ein Teil Abgasenergie, die sonst ungenutzt in die Umwelt entweichen würde, zum Antrieb einer Turbine genutzt. Auf der Welle des Turboladers ist gegenüber der Turbine ein Verdichter montiert. Dieser saugt die Verbrennungsluft an und führt sie in verdichteter Form dem Motor zu. Eine mechanische Kopplung mit dem Motor besteht nicht. 

Der Abgasturbolader besteht aus einer Turbine und einem Verdichter, die durch eine gemeinsame Welle mechanisch fest miteinander verbunden sind. Die Turbine wird von den Abgasen des Motors angetrieben und liefert die Antriebsenergie für den Verdichter. Bei Turboladern werden in den meisten Fällen Zentripetalturbinen und Radialverdichter eingesetzt.

Radialverdichter

Ein Radialverdichter besteht im Wesentlichen aus dem Verdichterrad, dem Diffusor und dem Spiralgehäuse. Wird das Verdichterrad gedreht, saugt es axial (in Richtung der Längsachse) Luft an und beschleunigt sie auf eine hohe Geschwindigkeit. Die Luft verlässt das Verdichterrad in radialer Richtung. Im Diffusor wird die Geschwindigkeit der Luft weitgehend verlustfrei verringert. Die Folge davon ist, dass der Druck und die Temperatur ansteigen. Der Diffusor wird aus der Verdichterrückwand und einem Teil des Spiralgehäuses gebildet. Im Spiralgehäuse wird die Luft gesammelt und die Geschwindigkeit bis zum Verdichteraustritt weiterhin reduziert.

Auf der Antriebsseite werden in Abgasturboladern für Pkw-, Nutzfahrzeug- und Industriemotoren ausschließlich Radialturbinen, die auch als Zentripetalturbine bezeichnet werden, eingesetzt. Sie wandeln den Druck des Abgases innerhalb des Spiralgehäuses in kinetische Energie um und führen das Abgas mit konstanter Geschwindigkeit dem Turbinenrad zu. Im Turbinenrad wird die kinetische Energie des Abgases in Rotationsenergie der Welle umgewandelt. Das Turbinenrad ist so ausgelegt, dass am Austritt nahezu die gesamte kinetische Energie umgesetzt ist.

Ladedruckregelung

Für eine optimale Funktion des Turbomotors muss der Ladedruck des Abgasturboladers an die Motorlast und die Motordrehzahl angepasst werden. Die einfachste Form der Ladedruckregelung ist der turbinenseitige Bypass (Umgehungskanal). Die Turbine wird dabei so klein gewählt, dass die Anforderungen an das Drehmomentverhalten bei niedrigen Drehzahlen erfüllt werden und eine gute Fahrbarkeit des Motors erreicht wird. Bei einer solchen Auslegung wird der Turbine kurz vor Erreichen des maximalen Drehmomentes mehr Abgas zugeführt, als für die Erzeugung des Ladedruckes notwendig ist. Deshalb wird nach dem Erreichen des erforderlichen Ladedruckes ein Teil der Abgasmenge durch einen Bypass um die Turbine herum geleitet. Die Ladedruckregelklappe, die den Bypass öffnet und schließt, wird in Abhängigkeit vom Ladedruck durch eine federbelastete Membrane angesteuert.

Bei modernen Pkw-Dieselmotoren ist für die Ladedruckregelung die verstellbare Turbinengeometrie (VTG) mit drehbaren Leitschaufeln mittlerweile Stand der Technik. Die verstellbare Turbinengeometrie ermöglicht es, den Strömungsquerschnitt der Turbine in Abhängigkeit des Motorbetriebspunktes zu verstellen. Dadurch wird die gesamte Abgasenergie genutzt und der Strömungsquerschnitt der Turbine kann für jeden Betriebspunkt optimal eingestellt werden, sodass gegenüber der Bypassregelung der Wirkungsgrad des Turboladers und damit der des Motors verbessert wird. Das ständige Anpassen des Turbinenquerschnittes an den Fahrzustand des Motors bewirkt zudem das Senken des Kraftstoffverbrauchs und der Emissionen. Das bereits bei niedrigen Drehzahlen hohe Drehmoment des Motors und eine sorgfältig abgestimmte Regelstrategie bewirken eine spürbare Verbesserung des dynamischen Fahrverhaltens.

Der Einsatz der Turboaufladung hat erst den Siegeszug des Dieselmotors in Pkw möglich gemacht. Die bereits seit vielen Jahren bei Nutzfahrzeugen geschätzten Vorteile des turboaufgeladenen Dieselmotors, wie Wirtschaftlichkeit und Drehmomentstärke, überzeugten mehr und mehr auch Pkw-Käufer. Moderne Dieselmotoren bieten heute geringen Verbrauch und Emissionen gepaart mit hoher Leistung und Fahrvergnügen.

Der Turbomotor hat gegenüber einem gleich starken Saugmotor einen geringeren Verbrauch, weil ein Teil der Abgasenergie, die sonst nicht genutzt würde, zur Leistungssteigerung des Motors beiträgt. Bei gleicher Leistung kann ein Turbomotor daher kleiner ausgelegt werden als ein Saugmotor. Die geringeren Reibungs- und Wärmeverluste des hubraumkleineren Turbomotors bringen weitere Vorteile.

Angesichts einer weiteren Reduzierung der CO2-Emissionen bei allen Antriebskonzepten gewinnt die Turboaufladung deshalb auch beim Otto-Motor an Bedeutung. Hier ist der Turbolader eine Schlüsseltechnologie für das sogenannte Downsizing (Verkleinern des Hubraums und der Zylinderzahl) als Mittel zur deutlichen Verbrauchsreduzierung ohne Leistungs- und Komforteinbußen.

Was ist gut für den Abgasturbolader?

Der Turbolader ist so konstruiert, dass er in der Regel die Lebensdauer des Motors erreicht. Er benötigt keine besondere Wartung und Pflege. Die Überwachung beschränkt sich auf wenige periodische Kontrollen innerhalb der Inspektionsarbeiten. Damit der Turbolader so lange hält wie der Motor, sind die folgenden Servicevorschriften des Fahrzeug- bzw. Motorenherstellers genau zu befolgen:

– Ölwechselintervalle

– Wartung der Ölfilteranlage

– Kontrolle des Öldruckes

– Reinigung der Luftfilteranlage

Was schadet dem Abgasturbolader?

90 Prozent aller Turboladerschäden entstehen durch folgende Ursachen:

– Eindringen von Fremdkörpern in die Turbine oder den Verdichter

– Schmutz im Öl

– mangelnde Ölversorgung (Öldruck/Filteranlage)

– Überhöhte Abgastemperaturen (Fehler an Zünd- oder Einspritzanlagen).

Diese Schäden sind durch regelmäßige Wartung vermeidbar. Bei Wartungsarbeiten, z.B. am Luftfiltersystem, ist darauf zu achten, dass keine Fremdkörper in den Turbolader gelangen.