Turbolader setzen ihren Siegeszug fort
Foto: BorgWarner
Der Markt für Turbolader wächst. Vorreiter ist Europa, wo laut BorgWarner Turbo Systems schon in fast vier von fünf Neuwagen Abgasturbolader verbaut werden.
Dagegen geht Honeywell von 69 % Marktanteil im Jahr 2019 aus. Beide Zulieferer sind sich darin einig, dass die Märkte in China und Nordamerika zweistellig wachsen. Bis 2019 werden dort laut Honeywell ebenso wie in Indien und Südkorea etwa 40 % der Neuwagen aufgeladen sein. In China würde sich der Markt damit verdoppeln, sofern der dortige Automobilmarkt das aktuelle Tief überwindet. In Summe dürften 2020 an die 50 Mio. Abgasturbolader jährlich verbaut werden, was einen globalen Umsatz von über 10 Mrd. € ausmacht.
Treiber sind anziehende Abgasgrenzwerte und CO2-Ziele. Denn Turbolader tragen entscheidend zur Güte und Effizienz der Verbrennung bei, indem sie angetrieben vom Abgasstrom verdichtete, meist per Ladeluftkühler gekühlte Frischluft in die Brennräume schaufeln. Die Zufuhr von sauerstoffreicher Luft macht das kontinuierliche Anheben der Einspritzdrücke in Benzin- und Dieselmotoren möglich.
Bosch kündigt zur IAA neue 2700-bar-Systeme für Dieselmotoren sowie 350 bar Einspritzdruck für Benziner an. Vorteile: der Kraftstoff wird feiner zerstäubt und mischt sich besser mit der Luft. Er brennt nahezu rückstandsfrei durch und der Motor arbeitet dynamischer. So können Automobilhersteller sparsamere Motoren mit weniger Hubraum verbauen, ohne Kunden Abstriche bei den Fahrleistungen zuzumuten. Aufladung und Druckanstieg werden laut Bosch 2 % bis 3 % Verbrauchsminderung bewirken.
Welche Bedeutung Turboladern zukommt, zeigt sich beim schwedisch-chinesischen Hersteller Volvo. Der setzt bei Diesel- und Ottomotoren konsequent auf Gleichteile. Zylinderabstand, Bohrung und Hub der als 2,0-l-Vierzylinder ausgelegten Motoren sind identisch. Auch sonst weisen sie viele Gemeinsamkeiten auf. Die Differenzierung obliegt Turboladern. Bei den Benzinern machen teils elektrische Ventile und ergänzende Kompressoren den Unterschied. In Dieselmotoren verbaut Volvo geregelte zweistufige Lader von BorgWarner. Hier sind jeweils zwei Turbolader in Serie angeordnet. Meist ein großer Niederdrucklader und ein kleinerer Hochdrucklader. Mithilfe von Regelventilen und Bypassen ist gewährleistet, dass der nötige Ladedruck über alle Drehzahlbereiche des Motors hinweg bereitsteht. Unterhalb von 1500 min-1 arbeitet der kleine Lader allein. Steigt die Drehzahl, wirken beide Lader zusammen. Bei hohem Abgasdruck wird der kleine Turbolader aus dem Spiel genommen.
Durch Integration eines Laders mit variabler Turbinengeometrie (VTG) in die zweistufige Aufladung wird das Ansprechverhalten in niedrigen Drehzahlbereichen weiter verbessert. In VTG-Ladern sind die Leitschaufeln verstellbar. Dies geschieht zunehmend mit elektrischen Stellmotoren.
Einen weiteren Schritt kündigt BorgWarner für 2017 an: der elektrisch angetriebene Verdichter „ebooster“ soll dann Großserienpremiere feiern und Leistung und Verbrauch in sehr niedrigen Drehzahlbereichen optimieren.
Bei Bezinmotoren gibt es besondere Anforderungen. Da hier höhere Temperaturen auftreten, erfordert die hitzebedingte Materialausdehnung höhere Spaltmaße, mit denen Druckverluste einhergehen. Eine Lösung sind hitzebeständigere Metalllegierungen, die allerdings die Kosten treiben.
Bosch-Mahle Turbosystems und Continental gehen nun neue Wege. BMTS kündigt einen konstruktiv optimierten VTG-Lader an, der auch ohne hochwarmfeste Materialien Belastungen bis 980 °C standhalten soll. Mechanische Entkopplung kompensiere die Materialausdehnung. Continental setzt dagegen auf eine neue, radial-axiale Turbinentechnologie.
