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"Die Mehrfachaufladung ist eine Kunst"

09.04.2015

Biturbo, Twinturbo oder gar Dreifachturbo – um die Performance von Diesel- und Ottomotoren zu verbessern, setzen die Ingenieure zunehmend auf die MehrfachAufladung. Bernhard Geringer, Vorstand des Instituts für Fahrzeugantriebe und Automobiltechnik an der TU Wien, erklärt im Interview mit der KFZ Wirtschaft den Stand der Technik.

KFZ WIRTSCHAFT: Beim Dieselmotor hat sich die Turboaufladung längst durchgesetzt, beim Benziner gibt es dagegen noch viele Saugmotoren. Ist hier das Potenzial zur Performancesteigerung geringer?

BERNHARD GERINGER: Der Ottomotor braucht bei der Verbrennung nicht so viel Luft wie ein Diesel und kann mit höheren Drehzahlen betrieben werden. Nach der Formel Leistung = Drehzahl mal Füllung bringt es ein Zwei-Liter-Ottomotor ohne Turbo bereits auf bis zu 180 PS, ein Diesel dagegen nur auf etwa 80 PS. Mit der Turboaufladung wird dieser Nachteil ausgeglichen. Die noch in den 1970er-Jahren verbreiteten schwachen und stinkenden Dieselmotoren sind daher zum Glück heute ausgestorben. 

Die Komplexität eines Dieselmotors hat mit der Aufladung deutlich zugenommen. Zahlt sich dieser Aufwand aus?

Tatsächlich hat die Komplexität nicht nur mit der Aufladung, sondern auch mit den Maßnahmen zur Einhaltung der Emissionslimits exponentiell zugenommen. Verglichen mit einem Ottosaugmotor gleicher Leistung kommt daher ein Dieselmotor mit Turbo, Direkteinspritzung, Abgasnachbehandlung sowie Geräusch- und Vibrationsdämmung in der Herstellung fast doppelt so teuer. Die Kosten für einen Benziner mit Direkteinspritzung und Turboaufladung sind dagegen nur etwa 1,5-mal so hoch. Trotz der höheren Kosten lohnt sich selbst der Aufwand einer mehrstufigen Aufladung, da ein Sechszylinder – egal ob Diesel- oder Ottomotor – damit heute die gleiche Performance wie ein ehemaliger Achtzylinder bietet und ein heutiger Vierzylinder die gleiche Leistung wie ein ehemaliger Sechszylinder. 

Welche Vorteile bringt eine Turboaufladung beim Benzinmotor?

Die Kombination von Direkteinspritzung und Turboaufladung bringt auch dem Benziner eine deutliche Leistungssteigerung bei gleichbleibendem Verbrauch beziehungsweise eine markante Verbrauchssenkung bei gleichbleibender Leistung. Das unerwünschte Klopfen wird vermieden, indem der Brennraum vom Turbo mit kalter Luft gespült wird, bevor der Kraftstoff direkt eingespritzt wird. Das Problem dabei ist ein erhöhter Partikelausstoß, der heute noch über dem Limit der ab 2017 geltenden Abgasnorm Euro 6c liegt. Wir arbeiten daher mit Hochdruck daran, die Verbrennung zu optimieren, um die Partikelentstehung zu vermeiden. 

Welche Maßnahmen kommen dafür infrage?

Eine Möglichkeit ist die Mehrfacheinspritzung, eine andere, den Einspritzdruck von aktuell 200 auf bis zu 500 bar zu erhöhen. Da ein Partikelfilter beim Ottomotor zu einem Druckverlust und weniger Leistung führen würde, soll er möglichst vermieden werden. Derzeit findet ein spannender Wettlauf zwischen verschiedenen technischen Konzepten um die Gunst der Automobilhersteller statt, die natürlich die beste Performance mit den geringsten Kosten erreichen wollen.

Welchen Vorteil bringt eine mehrstufige Turboaufladung für die Performancesteigerung?

Da ein Turbolader nur für einen bestimmten Durchsatz ausgelegt ist, kann ein größerer Drehzahlbereich am besten durch mehrere Lader abgedeckt werden. Die richtige Abstimmung ist allerdings höchste Ingenieurskunst. Bei der Register- oder Stufenaufladung wird ein kleinerer Lader für niedrige Drehzahlen und ein größerer Lader für die höheren Drehzahlen verwendet. Einen Kompromiss stellen die sogenannten VTG-Lader mit variabler Turbinengeometrie dar, die heute beim Dieselmotor Standard sind. Volkswagen kombiniert bei seinen TSI-Ottomotoren wiederum einen mechanischen Kompressor für den unteren Drehzahlbereich mit einem Abgasturbolader für höhere Drehzahlen. An der Spitze der Entwicklung steht momentan BMW mit einem Dreifachturbolader im M 550d xDrive, der kürzlich auf dem Genfer Automobilsalon vorgestellt wurde. Zwei kleine Hochdrucklader mit variabler Turbinengeometrie und ein größerer Niederdrucklader sorgen dafür, dass das maximale Drehmoment von 740 Nm fast über das gesamte Drehzahlband zur Verfügung steht. 

Glauben Sie, dass die zunehmende Komplexität der Motoren auch den Werkstätten mehr Arbeit bescheren wird?

Das weiß ich aus eigener leidvoller Erfahrung. Mein Privatauto – ein Kompaktwagen mit Turbobenziner – hat eines Tages ab 3.000 Touren einen massiven Leistungsabfall gezeigt. Die Werkstatt hat zuerst keinen Fehler gefunden und wollte daher den Turbo austauschen, was mich mindestens 2.000 Euro gekostet hätte. Nach langwieriger Suche haben wir dann doch den versteckten Fehler gefunden. Es war nur der Plastikschlauch der Unterdruckleitung undicht. Der Tausch hat dann zum Glück nicht mehr als 20 Euro gekostet. 

Autor/in:
Peter Seipel
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