Turbolader Pulheim   Struck Turbotechnik GmbH
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Für eine vollständige und einwandfreie Verbrennung im Motor ist ein Mischungsverhältnis von ca. 14,7 kg Luft und 1 Kilogramm Kraftstoff nötig. Die Luftmenge entspricht ca. 11 Kubikmeter.
Das Verhältnis der tatsächlich benötigten Luftmenge zum theoretischen Luftbedarf wird als Luftzahl oder Lambdawert bezeichnet. Lambda (griechischer Buchstabe λ)
λ = 1 bedeutet somit, dass die zugeführte Luftmenge dem theoretischen Luftbedarf entspricht. Im normalen Betrieb des Fahrzeugs schwanken diese Werte natürlich.
Der Motor hat seine beste Leistung bei Luftmangel (λ ca. 0,9 = fettes Gemisch) und den niedrigsten Verbrauch bei Luftüberschuss (λ ca. 1,1 = mageres Gemisch).

Bei einer Aufladung wird die Luftmenge vergrößert und somit die Dichte der Ansaugluft erhöht. Der Füllungsverlust wird reduziert und der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors wird deutlich verbessert. Mit einer Aufladung kann eine bedeutende Drehmomentanhebung und Leistungssteigerung erreicht werden. Der, im Vergleich zum Basis-Saugmotor, leistungsgleiche Ladermotor  kann mit kleinerem Hubraum und daher geringerem Gewicht ausgelegt werden (Downsizing).

Querschnitt Turbolader
 

Seit Alfred Büchi haben sich die Grundfunktionen eines Abgasturboladers nicht mehr wesentlich geändert. Ein Abgasturbolader besteht aus einem Verdichter und einer Turbine, die durch eine gemeinsame Welle miteinander verbunden ist. Die Turbine liefert, angetrieben von den Abgasen des Motors, die Antriebsenergie für den Verdichter. Für Turbolader werden in den meisten Fällen Radialverdichter und Zentripetalturbinen eingesetzt.

Der Turbolader besteht aus zwei kleinen Turbinen (Verdichter- und Turbinenrad), von denen eine im Abgasstrom und die andere im Ansaugstrom (Luft) des Motors sitzt. Das Turbinenrad (Abgasseite) ist durch Reibschweißverfahren fest mit der Welle verbunden. Auf der gegenüberliegenden Seite der Läuferwelle ist das Verdichterrad (Luft) montiert und somit sind beide Räder fest miteinander verbunden. Der aus dem Motor kommende Abgasstrom, welcher sonst ungenutzt in die Abgasanlage (Auspuff) gelangt, muss durch die Abgasseite strömen. Das Turbinenrad wird dadurch in eine Drehbewegung versetzt und treibt zugleich das Verdichterrad an.


Turbomotorfunktionen
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Turbomotorfunktion

Die Drehzahl der Turbine ist abhängig davon, wie viel Abgas sie durchströmt. Bei Vollgas erreicht das Laufzeug (Turbinenrad mit Welle und Verdichterrad) bis zu 300.000 U/min. Vereinzelt kann man im unteren Drehzahlbereich, von 10.000 bis 40.000 U/min., auch ein leichtes Turbopfeifen wahrnehmen. Dies ist kein Anzeichen einer Beschädigung des Abgasturboladers.

Turblader im Betrieb

Daraus folgt, dass Turbo-Motoren eine höhere Leistung und ein höheres Drehmoment als Saugmotoren haben. Je höher die Luft im Zylinder verdichtet wird, desto mehr Leistung hat der Motor. Um den Turbolader und den Motor nicht zu zerstören, wird der maximale Ladedruck meist über eine am Turbolader montierte Ladedruckdose begrenzt.
 

Turbinenrad
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Turbinenrad
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