Variable-Turbinengeometrie-Lader
Ein Variable-Turbinengeometrie-Lader (VTG-Lader), in Englisch Variable Nozzle Turbocharger (VNT), ist ein Abgasturbolader, der sich von herkömmlichen Turboladern durch verstellbare Leitschaufeln am Turbineneingang unterscheidet. Er hat wie herkömmliche Lader einen Turbinen- und ein Verdichterrad, die auf einer Welle miteinander verbunden sind.
Die schwenkbaren Leitschaufeln sind mit ihren Wellen auf einem Trägerring befestigt. Auf der Rückseite des Trägerrings haben die Wellen der Leitschaufeln einen Führungszapfen, der in einen Verstell-Ring greift. Die Leitschaufeln werden gleichzeitig über den Verstell-Ring verdreht. Der Verstell-Ring wird entweder von einem Stellmotor oder durch eine Unterdruckdose bewegt.
Beim größten Unterdruck an der – außen am Turbolader befestigten – Druckdose erreichen die Leitschaufeln ihre flachste Stellung.
Bei niedrigem Unterdruck an der Druckdose werden die Leitschaufeln durch eine Feder in der Druckdose steiler gestellt. Die Verstellung bewirkt, dass das Turbinenrad auch bei geringen Abgasmengen, also bei niedriger Last und geringer Motordrehzahl weiter mit hoher Umfangsgeschwindigkeit durch das Abgas angeströmt wird und die Verluste an den Schaufeln durch den Eintrittsstoß gering bleiben. Bei kleiner Abgasmenge werden die Leitschaufeln flach gestellt, dadurch ergibt sich für die Abgase ein geringerer Querschnitt in den Schaufeln. Damit in derselben Zeit trotzdem die gleiche Abgasmenge durch die Leitschaufeln strömen kann, müssen die wenigen Abgase schneller strömen. Dadurch ist die Drehzahl des Laders bei diesem Betriebszustand höher und bei einem Lastwechsel beispielsweise bei einem plötzlichen erhöhen der Geschwindigkeit, baut der Lader schneller Druck auf, weil er nicht erst höhere Umdrehungen erreichen muss, das sog. „Turboloch“ wird verringert.
Mit zunehmender Abgasmenge steigt die radiale Geschwindigkeit des Abgases, die Leitschaufeln werden steiler gestellt, der Querschnitt vergrößert sich, die Umfangsgeschwindigkeit des Gases ändert sich weniger und der Ladedruck sowie die Turbinenleistung bleiben annähernd konstant.
Da ein VTG-Lader meist mit Unterdruck oder elektrisch gesteuert wird, muss er – im Gegensatz zu Wastegateladern, die sich mit eigenem Überdruck steuern – ständig geregelt werden. Die steilste Stellung der Leitschaufeln und somit der größtmögliche Eintrittsquerschnitt ist gleichzeitig die Notlaufstellung des VTG-Laders bei Ausfall der Regelung. Diese Stellung ermöglicht meist einen vernachlässigbaren Ladedruck und verhindert so eine unkontrollierte zu starke Aufladung des Motors.
Vorteile des VTG-Laders:
- Verringerung oder gar Vermeidung des Turbolochs
- regelbar im gesamten Drehzahlbereich (etwa Motorbremse im Schubbetrieb)
- großes Motordrehmoment im unteren und oberen Drehzahlbereich
- Verringerung der Schadstoffanteile im Abgas über den gesamten Drehzahlbereich
Nachteile des VTG-Laders:
- Bei falscher Motoreinstellung ist eine Verunreinigung der VTG-Verstellung durch Abgasrückstände möglich, häufig bei Kurzstreckenbetrieb oder zu „gemütlicher“ Fahrweise.
- Die beweglichen Teile im heißen Abgasstrom können störanfällig sein
Turbolader eines PKW
Abgasseite mit Leitschaufelverstellung
Ladeluftseite
Lagerung der Turbowelle
Lagerung der Turbowelle
Literatur
- John D. Humphries: Automobiltechnisches Handbuch für Turbolader und Kompressormotoren. 1. Auflage, Schrader Verlag GmbH, Suderburg-Hösseringen 1993, ISBN 3-921796-05-9.
- Gert Hack, Iris Langkabel: Turbo- und Kompressormotoren. 1. Auflage, Motorbuch Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-613-01950-7.
- Richard van Basshuysen und Fred Schäfer: Handbuch Verbrennungsmotor: Grundlagen, Komponenten, Systeme, Perspektiven. Vieweg+Teubner Verlag, 2009.
