Downsizing-Motoren gelten als Schlüssel zur CO₂-Reduktion bei gleichzeitig hoher Fahrleistung. Entscheidend für ihre Effizienz ist die präzise Steuerung des Ladedrucks – ein komplexer Prozess, bei dem Messtechnik eine zentrale Rolle spielt.
Um steigende Anforderungen an Emissionsgrenzwerte zu erfüllen, setzen Automobilhersteller zunehmend auf kompakte Ottomotoren mit Turboaufladung. Diese Technik ist Kern des sogenannten Downsizing – der gezielten Reduktion des Hubraums bei gleichbleibender oder erhöhter Motorleistung durch Turboaufladung. Sie ermöglicht geringeren Kraftstoffverbrauch und reduzierte Emissionen, ohne auf Fahrdynamik zu verzichten. Entscheidend für die Effizienz dieser Motoren ist eine exakte Regelung des Ladedrucks.
Herausforderungen bei der Ladedruckregelung
Ein Downsizing-Motor muss die Leistung eines größeren Saugmotors erreichen – idealerweise sogar übertreffen. Dazu ist ein möglichst hoher Ladedruck bereits bei niedrigen Drehzahlen erforderlich, während bei höheren Drehzahlen eine gleichmäßige Leistungsentfaltung sichergestellt werden muss.
Zudem muss das Luft-Kraftstoff-Gemisch möglichst genau dem stöchiometrischen Verhältnis entsprechen. Besonders bei niedrigen Drehzahlen drohen unkontrollierte Verbrennungen („Klopfen“), die Leistung und Langlebigkeit des Motors beeinträchtigen können.
Systeme zur Ladedruckregelung
Bypass-Regelung
Eine klassische Methode ist die Bypass-Regelung über ein sogenanntes Wastegate. Sobald der gewünschte Ladedruck erreicht ist, wird ein Teil des Abgasstroms an der Turbine vorbeigeleitet – eine einfache, aber bewährte Lösung.
Variable Turbinengeometrie (VTG)
Fortschrittlichere Systeme nutzen eine verstellbare Turbinengeometrie. Leitschaufeln innerhalb der Turbine verändern dynamisch den Strömungsquerschnitt: geschlossen bei niedrigen, geöffnet bei hohen Drehzahlen. So kann der Ladedruck unter wechselnden Lastbedingungen optimal geregelt werden.
Elektronische Ladedruckregelung
Moderne Downsizing-Motoren nutzen elektronische Steuerungen zur Ladedruckregelung. Im Gegensatz zu rein pneumatischen Systemen ermöglichen sie eine präzisere Kontrolle – vor allem im Teillastbereich. Faktoren wie Ladelufttemperatur, Zündzeitpunkt oder Kraftstoffqualität fließen dabei in die Regelstrategie ein.
Simulation und Testverfahren
Die Entwicklung effizienter Turbomotoren stützt sich auf Simulationen und Messungen. Wesentlich ist die Erstellung von Druckkennfeldern für Verdichter und Turbine. Diese basieren auf der präzisen Erfassung von:
- Saugrohrdruck
- Ladedruck
- Barometrischem Druck
- Kühlmittel- und Öltemperatur
Solche Tests werden meist auf Motorprüfständen in Klimakammern durchgeführt. Auch Störungen wie stehende Wellen im Abgassystem – die Turboladerkomponenten beschädigen können – werden dort untersucht.
Ein gut kalibriertes Simulationsmodell spart letztlich Zeit und Kosten in der Motorenentwicklung und hilft, reale Testreihen zu reduzieren oder gezielter durchzuführen.
Fazit
Die präzise Messung und Regelung des Ladedrucks ist ein zentrales Element für die Effizienz, Lebensdauer und Umweltfreundlichkeit moderner Downsizing-Turbomotoren. Fortschrittliche Technologien und fundierte Testverfahren liefern dabei die nötige Grundlage, um auch künftige Anforderungen an Mobilität und Emissionen zu erfüllen.
