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Wie funktioniert ein Turbolader?

Dieselmotoren standen früher im Ruf, zwar sparsam, aber doch eher behäbig zu sein. Dass sich das grundlegend geändert hat, liegt nicht zuletzt an der Verwendung von Turboladern in Dieselmotoren.

Heutzutage sind Dieselmotoren dank Turboantrieb und anderen Innovationen wie der Hochdruck-Direkteinspritzung geradezu prädestiniert für ihre exzellente Kraftentwicklung und beeindruckende Drehmomente. Dabei ist der Turbolader an sich nicht unbedingt dieselspezifisch: Eine Zeit lang war er z.B. zum Zweck der Leistungssteigerung bei Formel-1-Aggregaten gang und gäbe.

Was also ist ein Turbolader? Dazu sollte man sich zunächst vor Augen führen, woher ein Motor überhaupt seine Kraft bezieht, aus der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches nämlich. Je mehr davon der Motor bekommt, desto mehr Leistung entfaltet er. Das erreicht man z.B., indem man die Zylinder vergrößert (Hubraum) oder Zylinder hinzufügt (z.B. sechs statt vier). Man erreicht es aber auch, indem man mehr Luft in die existierenden Zylinder hineinpresst. Das schafft der Turbolader.

Während normale Motoren lediglich Frischluft ansaugen, um sie dem Verbrennungsprozess zuzuführen, nutzen Turbolader zusätzlich die Abgasluft zum Antrieb einer Turbine, die ihrerseits die Luft durch einen Verdichter jagt. Auf diese Weise komprimiert, gelangt erheblich mehr Luft in die Zylinder als ohne Aufladung. Im einzelnen läuft der Prozess in diesen Schritten ab:

  • Abgasluft wird durch eine Turbine mit sehr hohen Drehzahlen beschleunigt und in einen Verdichter geleitet.
  • Im Verdichter wird die Luft komprimiert.
  • Die komprimierte Luft wird durch einen Ladeluftkühler geleitet, um sie abzukühlen. Dies ist der Motorleistung förderlich und hilft, Emissionen zu reduzieren.
  • Die komprimierte Luft wird in die Zylinder geleitet und treibt mit dem eingespritzten Kraftstoff die Kolben an.

Ein traditionelles Manko des Turbomotors ist eine gewisse Schwerfälligkeit im niedrigen Drehzahlbereich, wenn die Abgasmenge noch nicht für den Antrieb der Turbine ausreicht. Deshalb sind die Ingenieure dazu übergegangen, die Schaufeln der Turbine verstellbar zu konstruieren, was dieses Manko teilweise ausgleicht.

Beim sog. Variable-Twin-Turbo des BMW 535d ist man sogar noch einen Schritt weiter gegangen und hat die Turboaufladung zweistufig gestaltet. Bei niedrigen Drehzahlen sorgt ein kleiner Lader für hohen Druck, bei hohen Drehzahlen übernimmt dann der große Turbolader. Auf diese Weise spielt der Motor seine Leistungsstärke über das gesamte Drehzahlspektrum hinweg aus.

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