Aufladung von Verbrennungsmotoren

 

Grundsätzlich hat die Aufladung von Motoren zwei große Vorteile. Einmal wird mehr Luft und damit mehr Sauerstoff in die Zylinder gepumpt als es beim Ansaugen möglich wäre, wodurch sich die Füllung der Zylinder und damit die Leistung und das Drehmoment des Motors erhöht. Und zum Zweiten wird der Kraftstoffverbrauch und die Emission gesenkt (im Vergleich zu leistungsgleichen und hubraumgrößeren Saugmotor).

In heutigen Kraftfahrzeugen findet man fast ausschließlich 2 Varianten der Aufladung. Zum Einen den Abgasturbolader und zum Anderen den Kompressor. Manche Systeme wie die TSI (Twincharged Stratified Injection) Motoren von Volkswagen setzen auch auf eine Kombination von Beidem um eine möglichst konstante Aufladung vom untersten bis in den obersten Drehzahlbereich zu gewährleisten.

 

Den Abgasturbolader gibt es hauptsächlich in zwei Bauformen, den Turbolader mit Wastegate und den Turbolader mit variabler Turbinengeometrie (VTG). Die Druckerzeugung funktioniert bei beiden Typen nach dem selbem Prinzip. Der Abgasstrom des Motors wird dazu genutzt über das Turbinenrad des Turboladers eine Welle anzutreiben auf deren anderer Seite das Verdichterrad befestigt ist. Dieses befindet sich auf der Ansaugseite und durch seine Drehung wird Frischluft ansaugt und verdichtet... der Ladedruck entsteht. Der Unterschied der beiden Ladertypen besteht in der Regelung der Druckerzeugung.

Der Wastegate-Turbolader erzeugt mehr Druck als eigentlich nötig, worauf hin der überschüssige Druck über einen Bypass (das Wastegate) wieder in die Ansaugstrecke vor die Drosselklappe zurück geleitet wird. Dies ist ebenfalls nötig um bei Lastwechsel- oder Schaltsituationen schnell wieder Ladedruck aufbauen zu können, da sonst der Turbolader durch Gaswegnahme und dadurch entstehenden Staudruck viel zu stark abgebremst werden würde. Was dazu führt, dass beim darauf folgenden Beschleunigen zu langsam Ladedruck aufgebaut wird, da der Turbolader erst wieder auf Drehzahl gebracht werden muss - das so genannte Turboloch entsteht. 

Der VTG-Turbolader besitzt im Inneren mechanisch (über Stellmotor oder Unterdruck) verstellbare Leitschaufeln welche den Abgasstrom auf das Turbinenrad leiten und damit im unteren Drehzahlbereich ein schnelles Ansprechen des Turboladers garantieren und im oberen Drehzahlbereich eine Drehzahlbegrenzung des Turboladers und damit verbunden eine Ladedruckbegrenzung um nicht zu viel Druck zu erzeugen.

 

 

Der Kompressor ist ein mechanisch angetriebener Lader. Meist wird er über einen Keil- oder Zahnriemen von der Kurbelwelle des Motors angetrieben. Ihn gibt es ebenfalls in verschiedenen Bauformen. Anders aber als beim Abgasturbolader unterscheiden sich die Bauformen hier aber nicht durch ihre Regelung sondern durch die Art der Druckerzeuglung.

 

Der G-Lader besitzt ein spezielles Gehäuse mit Schneckengängen. In diesem Gehäuse befindet sich ein exzentrisch arbeitender Verdränger welcher es durch seine Drehung nun ermöglicht Luft an der Aussenseite des Laders anzusaugen und über die Schneckengänge ins Innere zu transportieren und zu verdichten. Nachteil dieser Methode ist, dass der Verdränger zum Gehäuse hin abgedichtet werden muss und welche bei Beschädigung schnell zum Totalausfall des Laders führt. Anders als beim Abgasturbolader oder Rootslader, bei welchen keine Abdichtung des Verdichtungsraumes notwendig ist.

 

 

Beim Rootslader befinden sich im Gehäuse zwei Wälzkolben, mit meist 2,3 oder 4 Aussparungen, welche berührungslos in einander greifen. Durch ihre Drehbewegung wird Zwischen den Wälzkolben und dem Gehäuse Luft von der Ansaug- auf die Verdichterseite gedrückt. Das Zurückströmen der Luft wird durch das Ineinandergreifen verhindert.