Umweltverträgliche Fahrzeuge ohne Einbußen bei Motorleistung und Fahrspaß wünschen sich viele Autofahrer. Eine Lösung sind Downsizing-Turbomotoren, die kleiner und leichter sind als herkömmliche Aggregate. Ein Leistungsverlust aufgrund des kleineren Hubraumes wird durch einen Abgasturbolader (ATL) kompensiert. Der Turbolader „beatmet“ den Motor mit Verbrennungsluft höherer Dichte, so dass im Vergleich zu einem saugmotorischen Betrieb mehr Kraftstoff eingespritzt werden kann und somit mehr Drehmoment bereit steht.
Downsizing-Vorteile sind neben vermindertem Gewicht und geringerem Raumbedarf des Motors insbesondere die Vermeidung von ineffizientem Niedriglastbetrieb – etwa im Stadtverkehr – und die Betriebspunktverschiebung in verbrauchsgünstige Motorkennfeldbereiche.
Turbolader sind bisher vor allem bei Dieselmotoren erfolgreich im Einsatz und waren Wegbereiter für die heute hohe Akzeptanz des dieselmotorischen Antriebs. Ohne Turboaufladung wäre das heutige Niveau bei Drehmoment und Leistung und damit Fahrleistungen undenkbar. Die durch den Turbolader erhöhte Frischgaszufuhr zum Motor ist aber auch im Hinblick auf die Minimierung der Abgasemissionen entscheidend: Einerseits bedeutet mehr Sauerstoff im Brennraum eine sauberere Verbrennung, andererseits kann dadurch der Anteil an rückgeführtem Abgas erhöht werden. Die gekühlte Abgasrückführung (AGR) ist beim Dieselmotor eine unverzichtbare Maßnahme zur Begrenzung der Stickoxid-Emissionen.
Abgasturboaufladung bei Benzinmotoren
Es ist absehbar, dass die Abgasturboaufladung nun auch bei Benzinmotoren ihren Siegeszug antritt. War die Turboaufladung bei Benzinmotoren früher ein Ausweis für sportliche Motoren mit hohem Verbrauch, so ist sie heute in Kombination mit der Benzindirekteinspritzung die Basis für verbrauchsgünstige Downsizing-Konzepte. Bosch Mahle Turbo Systems sieht im Abgasturbolader in Kombination mit der Kraftstoff-Direkteinspritzung eine der Schlüsseltechnologien zur nachhaltigen Senkung des Kraftstoffverbrauchs und der CO2-Emissionen. Darüber hinaus sorgen reduzierte Reibungsverluste des Motors und ein optimierter Gaswechsel zusätzlich zur Turboaufladung für Kraftstoff- einsparungen und höhere Motorleistungen. Allerdings steigen in Verbindung mit dem Downsizing auch die Anforderungen an die Aufladung: Das Grundproblem besteht darin, dass bei fehlendem Ladedruck nur das „saugmotorische“ Drehmoment des kleinen Motors zur Verfügung steht, das jedoch zum Anfahren oder in Beschleunigungsphasen aus niedriger Motordrehzahl meist nicht ausreicht. Es geht also darum, das Ansprechverhalten des Turboladers, das heißt die Fähigkeit, spontan Ladedruck aufzubauen, zu verbessern. Ziel ist dabei, den ATL-Rotor (d.i. das Verdichter- und Turbinenrad auf gemeinsamer Welle) durch eine verbesserte Nutzung der Abgasenergie schnell auf Drehzahl zu bringen beziehungsweise ihn in Schubphasen des Motors mit geringer Abgasenergie länger auf Arbeitsdrehzahlen zu halten.
Möglichkeiten der Doppel-Aufladesysteme
Der Downsizing-Motor von Mahle zeigt, dass mit Benzinmotoren Ziele erreicht werden können, die bislang für kaum realistisch gehalten wurden: ein maximales Drehmoment von rund 290 Nm bei einer Drehzahl von 2500 min-1 aus nur 1,2 l Hubraum und eine spezifische Leistung von 120 kW pro l Hubraum. Für solche Performance-Werte muss das Zusammenspiel von Aufladesystem und Verbrennungsmotor genau abgestimmt sein. Erst so kann durch optimierten Ladungswechsel auch eine effiziente Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemischs erfolgen.
Solch hohe Drehmomente und Literleistungen werden bei Diesel- wie Benzinmotoren durch den Einsatz von Doppel-Aufladesystemen mit zwei Turboladern erreicht. Diese bereits heute bei einigen Motoren in Serie befindlichen komplexen Systeme werden sich weiter entwickeln. So ist beispielsweise bei weiter steigenden Ladedrücken mit einem Gesamtdruckverhältnis (Ladedruck bezogen auf Umgebungsdruck) von über vier statt der heute üblichen sequenziellen Twin-Turboaufladung eine wirkliche zweistufige Aufladung notwendig. Hierbei wird die Verdichtung der Verbrennungsluft auf zwei hintereinander geschaltete Verdichter verteilt, die beide mit günstigen Wirkungsgraden arbeiten und spezifisch geringer belastet sind.
Bosch Mahle Turbo Systems;
Telefon: 0711/ 75879-0;
Teilen:
