Turbolader: Was ist das und wie funktioniert’s?

Wenn du weißt, wie ein Düsentriebwerk funktioniert, bist du auf halbem Wege, den Turbolader eines Autos zu verstehen. Ein Düsentriebwerk saugt vorne kalte Luft an, drückt sie in eine Kammer, wo sie mit Kraftstoff verbrennt, und bläst dann hinten heiße Luft aus. Wenn die heiße Luft austritt, rauscht sie an einer Turbine vorbei (ähnlich wie ein sehr kompaktes Windrad aus Metall), die den Kompressor (Luftpumpe) an der Vorderseite des Triebwerks antreibt.

Der Turbolader ist das Teil, das die Luft in das Triebwerk drückt, damit der Treibstoff mittels Zündspule richtig verbrennt. Der Turbolader eines Autos wendet ein sehr ähnliches Prinzip wie ein Kolbenmotor an. Er nutzt die Abgase zum Antrieb einer Turbine. Diese treibt einen Luftkompressor an, der zusätzliche Luft (und Sauerstoff) in die Zylinder drückt, so dass diese pro Sekunde mehr Kraftstoff verbrennen können. Aus diesem Grund kann ein turboaufgeladenes Auto mehr Leistung bzw. “mehr Energie pro Sekunde” erzeugen.

Funktionsweise von einem Turbolader

Ein mechanisch angetriebener Auflader ist einem Turbolader sehr ähnlich, aber statt von den Abgasen mittels einer Turbine angetrieben zu werden, wird er von der sich drehenden Kurbelwelle des Autos angetrieben. Das ist in der Regel ein Nachteil: Während ein Turbolader durch Energieverschwendung aus Auspuff angetrieben wird, stiehlt ein mechanisch angetriebener Auflader tatsächlich Energie aus der eigenen Kraftquelle des Autos (der Kurbelwelle), was im Allgemeinen nicht gerade hilfreich ist.

Wie funktioniert die Turboaufladung in der Praxis?

Ein Turbolader besteht effektiv aus zwei kleinen Luftgebläsen (auch Laufräder oder Gaspumpen genannt), die auf derselben Metallwelle sitzen, so dass sie sich beide zusammen drehen. Eines dieser Gebläse, auch Turbine genannt, sitzt im Abgasstrom der Zylinder. Wenn die Zylinder heißes Gas an den Gebläseflügeln vorbeiblasen, drehen sie sich, und die Welle, mit der sie verbunden sind (technisch als die rotierende Zentralnabenbaugruppe oder CHRA bezeichnet), dreht sich ebenfalls. Das zweite Gebläse wird als Kompressor bezeichnet, und da es auf der gleichen Welle wie die Turbine sitzt, dreht es sich auch. Er ist im Lufteinlass des Wagens montiert, so dass er beim Drehen Luft in den Wagen saugt und sie in die Zylinder drückt.

Nun gibt es hier ein kleines Problem. Komprimiertes Gas wird heißer (deshalb erwärmt sich eine Fahrradpumpe, wenn man beginnt, die Reifen aufzupumpen). Heißere Luft ist weniger dicht (deshalb steigt warme Luft über den Kühler auf) und weniger effektiv bei der Unterstützung der Verbrennung des Kraftstoffs. Deshalb wäre es viel besser, wenn die vom Kompressor kommende Luft gekühlt sein würde, bevor sie in die Zylinder eintritt. Um sie abzukühlen, wird der Output des Kompressors über einen Wärmetauscher geleitet, der die zusätzliche Wärme abführt und an andere Stellen kanalisiert. Die Grundidee besteht darin, dass der Auspuff die Turbine antreibt, die direkt mit dem Verdichter verbunden ist (und diesen antreibt), der Luft in den Motor rammt.

In der Praxis könnten die Komponenten in etwa so miteinander verbunden werden. Die Turbine saugt durch ihren Einlass Abluft an und treibt den Kompressor an, der saubere Außenluft ansaugt und in den Motor pumpt. Diese besondere Konstruktion weist ein elektrisches Kühlsystem zwischen Turbine und Verdichter, während der Strom von der Lichtmaschine zur Verfügung gestellt wird.

Beispielbild Turbolader

Woher kommt die zusätzliche Kraft?

Turbolader geben deinem Auto mehr Leistung, aber diese zusätzliche Leistung kommt nicht direkt aus den Abgasen – und das verwirrt die Leute manchmal. Mit einem Turbolader nutzen wir einen Teil der Energie im Abgas, um den Kompressor anzutreiben, der es dem Motor ermöglicht, pro Sekunde mehr Kraftstoff zu verbrennen. Dieser zusätzliche Kraftstoff ist der Ursprung der zusätzlichen Leistung deines Autos. Turbos gibt es übrigens auch in Automatik Autos.

Die Abgase treiben lediglich den Turbolader an, und da der Turbolader nicht mit der Kurbelwelle oder den Rädern des Autos verbunden ist, trägt er in keiner Weise direkt zur Antriebskraft des Autos bei. Er ermöglicht einfach nur, dass derselbe Motor Kraftstoff schneller verbrennt und dadurch leistungsfähiger wird. Wenn ein Turbolader einem Motor mehr Leistung verleiht, kann ein größerer, besserer Turbolader ihm noch mehr Leistung verleihen. Theoretisch könntest du deinen Turbolader immer weiter verbessern, um deinen Motor immer leistungsfähiger zu machen, aber irgendwann wirst du an die Grenze stoßen, denn die Zylindergröße ist begrenzt.

Vor- und Nachteile bei einem Turbolader

Du kannst Turbolader sowohl mit Benzin- als auch mit Dieselmotoren und für mehr oder weniger jede Art von Fahrzeug (Pkw, Lkw, Schiff oder Bus) verwenden. Der grundlegende Vorteil der Verwendung eines Turboladers besteht darin, dass du mehr Leistung bei gleicher Motorgröße erhalten kannst. Mehr Leistung bedeutet jedoch mehr Energieausstoß pro Sekunde, und der Energieerhaltungssatz besagt, dass man auch mehr Energie einsetzen muss, also entsprechend mehr Kraftstoff verbrennen muss.

Theoretisch bedeutet das, dass ein Motor mit einem Turbolader nicht kraftstoffeffizienter ist als ein Motor ohne Turbolader. In der Praxis ist ein mit einem Turbolader ausgerüsteter Motor jedoch viel kleiner und leichter als ein Motor, der die gleiche Leistung ohne Turbolader erzeugt, so dass ein Auto mit Turbolader in dieser Hinsicht einen besseren Kraftstoffverbrauch bietet.

Neuer Turbolader

Vorteile

Die Hersteller können sich nun oft damit begnügen, einen viel kleineren Motor in dasselbe Auto einzubauen (z. B. einen turboaufgeladenen V6-Motor anstelle eines V8 oder einen turboaufgeladenen Vierzylindermotor anstelle eines V6). Und genau hier liegt der Vorteil von turboaufgeladenen Autos: Wenn sie gut funktionieren, können sie bis zu 10 Prozent Kraftstoff sparen. Da sie Kraftstoff mit mehr Sauerstoff verbrennen, neigen sie dazu, ihn gründlicher und sauberer zu verbrennen, wodurch weniger Luftverschmutzung entsteht.

Mehr Leistung bei gleicher Motorgröße klingt wunderbar, warum sind also nicht alle Motoren turboaufgeladen? Ein Grund dafür ist, dass die von den frühen Turboladern versprochenen Verbrauchsvorteile nicht immer so beeindruckend ausfielen, wie die Hersteller (die sich jeden Marketingvorteil gegenüber ihren Konkurrenten zunutze machen wollen) gerne behaupten.

Nachteile

Bei der Turboaufladung geht es per Definition darum, mehr aus derselben grundlegenden Motorkonstruktion herauszuholen, und viele der Motorkomponenten müssen höhere Drücke und Temperaturen aushalten, was dazu führen kann, dass Teile früher versagen; deshalb halten aufgeladene Motoren im Allgemeinen nicht so lange.

Sogar das Fahrerlebnis kann bei Turbos anders sein: Da der Turbolader durch das Abgas angetrieben wird, gibt es oft eine erhebliche Verzögerung (“Turboloch”) zwischen dem Gaspedal und dem Einsetzen des Turbos. Dies kann dazu führen, dass Turboautos sehr unterschiedlich (und manchmal sehr knifflig) zu fahren sind – egal ob es sich um ein manuelles oder automatisches Schaltgetriebe handelt. Erst in den letzten Jahren haben führende Hersteller wie Garrett und BorgWarner fleißig teil- oder vollelektrische Turbolader entwickelt, um dieses Problem zu lösen.

Dinge die du einfach selbst an deinem Gebrauchten machen kannst: Batterie abklemmen, Motorwäsche, Bremsflüssigkeit wechseln, Scheinwerfer polieren.

Mario Detzer

Als Chefredakteur bin ich hauptverantwortlich für alles, was sich auf Vision25 abspielt. Ich liebe es über meine absolute Leidenschaft zu schreiben: Autos. Mein Leben besteht aus allem, was dazu gehört … Ich bin damit wohl sowohl privat als auch geschäftlich ein wahrer Autofreak. Passend dazu war ich bis 2009 in meinem früheren Leben ein semi-professioneller Rennfahrer und habe sogar den 4. Platz bei der deutschen Autocross Meisterschaft der Serientourenwagen belegen können. Nun möchte ich auf Vision25 all meine Erfahrung als hilfreiche und wertvolle Beiträge weitergeben.

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