Wie steigert ein Turbolader den Druck?

Wie steigert ein Turbolader den Druck?

Der Turbolader bewirkt die Aufladung des Motors durch folgende Schritte und verbessert dadurch die Leistungsabgabe und Effizienz:

1. Abgas treibt die Turbine an (Turbine)

• Abgasenergienutzung: Wenn der Motor arbeitet, erzeugt er Abgas mit hoher Temperatur und hohem Druck. 

welches durch das Auspuffrohr in die Turbinenseite des Turboladers gelangt.

• Turbinenrotation: Abgas prallt auf die Turbinenschaufeln (normalerweise aus hochtemperaturbeständigen Materialien wie Nickellegierungen), 

Dadurch wird die Turbine zu einer Hochgeschwindigkeitsrotation angetrieben (bis zu Zehntausenden bis Hunderttausenden Umdrehungen pro Minute).

2. Kompressorbetrieb (Kompressor)

• Koaxialverbindung: Die Turbine und das Kompressorlaufrad (Kompressorrad) sind über eine starre Welle direkt verbunden. 

Wenn sich die Turbine dreht, dreht sich das Kompressorlaufrad synchron.

• Luftkompression: Das Kompressorlaufrad saugt Außenluft vom Lufteinlass an, und das schnell rotierende Laufrad beschleunigt und komprimiert die Luft. 

durch deutliche Erhöhung des Luftdrucks (Aufladung).

3. Zwischenkühlung (Zwischenkühlung, optionaler Schritt)

• Senkung der Temperatur: Die Temperatur der Druckluft steigt (aufgrund der beim Kompressionsprozess erzeugten Wärme), 

und die Luftdichte bei hohen Temperaturen ist geringer. Einige Systeme kühlen die Druckluft durch einen Zwischenkühler, um ihre Dichte weiter zu erhöhen. 

Dadurch wird die Verbrennungseffizienz verbessert.

4. Hochdruckluft wird in den Zylinder geleitet

• Ansaugoptimierung: Die komprimierte Luft hoher Dichte gelangt durch den Ansaugkrümmer in den Motorzylinder.

• Verbesserung der Verbrennung: Mehr Sauerstoff lässt den Brennstoff vollständiger verbrennen, setzt mehr Energie pro Zeiteinheit frei, 

und verbessert die Motorleistung (normalerweise 30–50 % mehr) und den Kraftstoffverbrauch.

Hauptvorteile • Energierückgewinnung: Abgasenergie nutzen, Abfall reduzieren und thermische Effizienz verbessern.

• Kleiner Hubraum und hohe Leistung: Ermöglicht es, dass Motoren mit kleinem Hubraum die gleiche Leistung erreichen wie Motoren mit großem Hubraum (also "Downsizing").

• Umweltschutz: Durch eine Optimierung der Verbrennung können die Emissionen unverbrannter Kohlenwasserstoffe und Partikel reduziert werden.

Kernkomponenten

• Turbine: Hohe Temperaturbeständigkeit, wandelt kinetische Energie des Abgases in mechanische Energie um.

• Kompressor: Komprimiert Luft und erhöht die Ansaugdichte.

• Lagersystem: Unterstützt die sich mit hoher Geschwindigkeit drehende Turbinenwelle, übliche Typen sind Schwimmlager oder Kugellager.

• Wastegate: Steuert den Ladedruck und verhindert Überdruck (bei einigen Turboladern vorhanden).

Durch diesen Prozess verbessern Turbolader die Leistung und Effizienz erheblich, ohne den Hubraum wesentlich zu vergrößern. 

und werden häufig in den Bereichen Automobil, Schifffahrt und Industriemotoren eingesetzt.