Dieselmotoren hatten einst den Ruf, effizient, aber träge zu sein. Sicher, sie nippten an Treibstoff, aber es fehlte ihnen die Dringlichkeit. Diese Wahrnehmung hat sich dramatisch verändert. Was ist der Hauptgrund? Die Popularität von Turboladern.
Moderne Dieselmotoren zeichnen sich durch explosives Drehmoment und schnelles Ansprechverhalten aus. Dabei geht es nicht nur um einen Teil. Eine wichtige Rolle spielt die Hochdruck-Direkteinspritzung. Der Turbolader ist jedoch der Motor, der den Motor antreibt. Interessanterweise gibt es Turboaufladung nicht nur bei Dieselmotoren. F1-Teams haben diese Jahre genutzt, um mehr PS aus ihren Einheiten herauszuholen. Die Technologie ist universell. Seine Anwendung hat sich jedoch in der Automobilindustrie stark weiterentwickelt.
Mechanismus der erzwungenen Induktion
Um die Bedeutung eines Turboladers zu verstehen, müssen Sie verstehen, wie ein Motor Leistung erzeugt. Es kommt vom Brennen. Genauer gesagt wird ein Gemisch aus Kraftstoff und Luft verbrannt. Mehr Mischung bedeutet mehr Leistung.
In der Vergangenheit haben Ingenieure dies auf zwei Arten erreicht. Sie haben den Zylinder größer gemacht. Sie fügten Zylinder hinzu. Er ist mit einem V8-Motor anstelle eines 4-Zylinder-Reihenmotors ausgestattet. Motor mit großem Hubraum. Diese Methoden funktionieren. Aber sie erhöhen das Gewicht und die Komplexität.
Es gibt einen dritten Weg. Sie können mehr Luft in die vorhandenen Zylinder drücken. Das ist die Aufgabe des Turboladers.
Saugmotoren nutzen den atmosphärischen Druck, um Luft anzusaugen, während Turbomotoren Abgase zum Ansaugen der Luft nutzen. Es handelt sich um einen geschlossenen Effizienzkreislauf. Die Abgasenergie, die sonst in die Atmosphäre gelangen würde, wird aufgefangen. Es dreht die Turbine. Die Turbine treibt den Kompressor an. Der Kompressor drückt dichte Luft in die Brennkammer.
Ein Schritt-für-Schritt-Prozess
Wenn Sie den Prozess visualisieren, ist es leicht zu erkennen, wie er funktioniert. Dies geschieht nicht durch Zauberei. Es geschieht durch eine bestimmte Reihe physischer Ereignisse.
- Abgasstrom: Heiße Abgase verlassen den Motor und treffen auf die Turbinenschaufeln. Durch den Druck dreht sich die Turbine mit unglaublich hohen Geschwindigkeiten.
- Verdichtung: Die Turbine ist über eine Welle mit dem Verdichterrad verbunden. Während sich die Turbine dreht, saugt der Kompressor die Umgebungsluft an und komprimiert sie.
- Kühlung: Komprimierende Luft erwärmt es. Heiße Luft hat eine geringere Dichte. Lösen Sie dieses Problem, indem Sie die Luft durch den Ladeluftkühler (oder Ladeluftkühler) leiten. Dadurch wird die Temperatur gesenkt. Kühlere Luft ist dichter. Eine höhere Luftdichte bedeutet, dass pro Kubikzentimeter mehr Sauerstoffmoleküle vorhanden sind.
- Feuer: Dichte kalte Luft dringt in den Zylinder ein. Ein Kraftstoffinjektor spritzt Dieselkraftstoff in diese unter Druck stehende Umgebung ein. Das Ergebnis ist eine stärkere Explosion.
„Der Hauptvorteil ist die Dichte. Durch die Kühlung der komprimierten Luft wird der für die Verbrennung verfügbare Sauerstoff maximiert, ohne dass der Motor größer wird.“
Überwindung der Hysterese mit variabler Geometrie
Frühe Turbolader hatten Mängel. Verzögerung. Dies ist kein Softwarefehler. Das ist Physik. Bei niedrigen Motordrehzahlen ist der Abgasstrom schwach. Es reicht nicht aus, die Turbine schnell zu drehen. Der Fahrer drückt das Gaspedal. Der Motor zögert. Dann dreht der Turbo plötzlich hoch. Der Strom kommt zu spät.
Ingenieure lösten dieses Problem durch den Einsatz von Turbinen mit variabler Geometrie (VGT). Die Schaufeln im Inneren des Turbinengehäuses können ihren Winkel ändern. Bei niedrigen Geschwindigkeiten verengen die Schaufeln das Abgasrohr. Dadurch erhöht sich die Geschwindigkeit des Gases. Trotz der geringen Lautstärke dreht die Turbine schneller. Bei hoher Geschwindigkeit öffnen sich die Flügel. Dadurch wird verhindert, dass der Motor durch Gegendruck verstopft.
Diese Technologie eliminiert die „tote Zone“ zwischen Leerlaufleistung und Spitzenleistung. Dadurch reagierten Dieselmotoren auf eine nie dagewesene Weise.
Der zweistufige Ansatz von BMW
Einige Hersteller wollen noch weiter gehen. BMW führte im 535d einen variablen Biturbolader ein. Dies ist ein zweistufiger Aufbau. Es kommen zwei unterschiedlich große Turbolader zum Einsatz.
Der kleinere Turbo dreht bei niedrigen Drehzahlen sofort hoch. Es bietet sofortiges Drehmoment und schnelle Beschleunigung für den Stadtverkehr. Es arbeitet effizient im unteren Drehzahlbereich, was bei größeren Turbinen schwierig ist.
Mit steigender Motordrehzahl und steigendem Hubraum wird ein größerer Turbolader effizienter. Es bewältigt die hohen Durchflussanforderungen bei Hochgeschwindigkeitsfahrten. Das System schaltet nahtlos zwischen den beiden Einheiten um. Das Ergebnis ist eine starke Leistung im gesamten Drehzahlbereich. Unten gibt es keine Verzögerung.
