Ein Turbolader (http://www.gts-shop.de/Turbolader-Tausch/) besteht aus einem Verdichter und einer Turbine, die auf einer gemeinsamen Welle montiert sind und sehr ähnlich aufgebaut sein können. Das Turbinenrad wird vom Abgasstrom in Rotation versetzt, sodass dessen Drehmoment über die gemeinsame Welle auf das Verdichterrad im Ansaugtrakt übertragen wird. So lange genügend Abgas anströmt um auf der Ansaugseite einen Überdruck zu erreichen, reicht die Drehzahl aus. Allerdings wird dieser Zustand erst bei Drehzahlen ab 1500 bis 2000 erreicht, sodass Turbomotoren im unteren Drehzahlbereich nur als Saugmotoren arbeiten. Sie reagieren dann auch beim plötzlichen Gas geben bei höheren Drehzahlen verzögert.
Zu einem kleinen Teil beruht die an der Kurbelwelle messbare Leistungssteigerung auf einem verbesserten Wirkungsgrad, größtenteils aber auf die größere Menge Sauerstoff im Zylinder mit der mehr Kraftstoff verbrannt wird. Dies führt zu einer Steigerung des Drehmoments und des Motor (http://www.gts-shop.de/Motor-Teilmotor/) – Mitteldrucks und erhöht zusätzlich die Leistungsgabe. Da es infolge eines zu hohen Gesamtdrucks und daraus resultierender hoher Temperatur zu unkontrollierter Zündung des Kraftstoff – Luft – Gemisches kommen kann, muss bei Otto-Turbomotoren oft gegenüber einem Saugmotor das Verdichtungsverhältnis minimiert werden. Bei Motoren, bei denen eine möglichst hohe Leistungsgabe Vorrang vor der Lebensdauer hat, kann die Ladeluft auch direkt in dem Ansaugtrakt gekühlt werden. Dies ermöglicht eine weitere Steigerung der Leistung.
Stauaufladung und Stoßaufladung
Bevor die Abgase bei der Stauaufladung zusammengeführt werden können, werden sie erst gesammelt und in die Abgasturbine geleitet. Die Anströmung der Turbine erfolgt vor allem durch den Druckaufbau im gesamten Krümmerabschnitt vor der Turbine.
Bei der Stoßaufladung wird die Bewegungsenergie der ausgestoßenen Abgase für die Aufladung benutzt. Auf Alfred Büchi geht die Entwicklung des Turboladers mit Stoßaufladung zurück. Bei Mehrzylindermaschinen mit Stoßaufladung werden die Abgase durch mehrere Rohrleitungen geführt und treten durch eine Düsengruppe in die Turbine ein. Damit die Ausstoßtakte der an der jeweiligen Leitung angeschlossenen Zylinder nicht gleichzeitig erfolgen, müssen die Abgasleitungen dabei speziell zusammen geführt werden. Bei der Stoßaufladung sinkt der Druck am Auslassventil nach anfänglichem starkem Anstieg durch die Massenträgheit der ausgestoßenen Gasmasse unter den Spüldruck ab, was den Gaswechsel begünstigt. Die beschleunigte Gasmasse trifft auf die Turbine und treibt sie an. Im Vergleich zur Stauaufladung wirken die Abgase mit wesentlich stärker schwankendem Druck auf die Turbine.
Vorteile der Turboaufladung
Die Steigerung von maximalem Drehmoment und maximaler Leistung resp. Des Mitteldrucks (bei konstantem Arbeitsvolumen) wird durch die Abgasturboaufladung ermöglicht. Diese Steigerung erlaubt zwei verschiedene Arten von Motoren einzusetzen: Entweder einen leistungsstärkeren Motor mit ungefähr gleichen Abmessungen wie das Ursprungsaggregat oder ein Downsizing des Motors, d. h. es wird aus einer Maschine mit kleinerem Hubraum die gleiche Leistung erzielt.
Dass der Abgasturbolader nur den ungenutzten Überdruck der Abgase verwertet, ist ein großer Vorteil gegenüber einem Kompressor (http://www.gts-shop.de/Klimakompressor-Tausch/), dieser zieht Antriebsleistung vom Motor ab.
Ein aufgeladener Motor bekommt bei jedem ersten Takt schon Energie zugeführt (Überdruck der komprimierten Frischluft) und muss so keine Energie zum Ansaugen aufwenden.
Nachteile der Turboaufladung
Durch den Einsatz eines Turboladers (http://www.gts-shop.de/Turbolader-Tausch/) entstehen infolge des mehr eingespritzten Kraftstoffs, sowie der besseren Zylinderfüllung bei der Verbrennung höhere Drehmomente und Mitteldrücke. Diese haben eine entsprechende Mehrbelastung auf den Motor, weswegen viele Baugruppen kostenintensiv angepasst werden müssen:
- Kolben, Kolbenringe, Motorblock, Ventile, Zylinder, Zylinderkopf und Ventile müssen für die mechanische und thermische Mehrbelastung ausgelegt werden. Für die thermische Belastung müssen auch Pleuel und Kurbelwelle, sowie der gesamte Antriebsstrang (Antriebswellen, Differential, Getriebe, Kardanwelle), sowie alle Lager geändert werden.
- Die höhere Leistung erfordert ebenso ein entsprechend größer ausgerichtetes Kühlsystem oder Kühlung der Kolbenböden mit Spritzöl. Mittels eines Ölkühlers müssen auch die anfallenden Temperaturspitzen im Turbolader abgeführt werden.
- Der Querschnitt der Auspuffanlage muss ausreichend groß sein, da der Lader seine Energie aus dem Druckgefälle zwischen der Umgebungsluft und den Abgasen bezieht. Dies geschieht, damit kein zu großer Gegendruck im Auspuff entsteht. Der Gegendruck sollte nicht über 5 kPa liegen.
- Jede dieser Maßnahmen trägt zu einem höheren Fahrzeuggewicht bei.