Elektrischer Abgasturbolader

Elektrischer Abgasturbolader DAS TURBOLOCH ELEKTRISCH STOPFEN

Der Abgasturbolader kriegt elektrische Unterstützung: Ein E-Motor direkt auf der Laderwelle hilft dem Verdichterrad bei tiefen Motordrehzahlen, auf Touren zu kommen. Mercedes-AMG will so das Ansprechverhalten direkt ab Leerlaufdrehzahl und über den gesamten Drehzahlbereich hinweg deutlich verbessern. Text: Stefan Gfeller | Bilder: Mercedes-AMG

Der von Mercedes-AMG zusammen mit Garrett Motion entwickelte elektrische Abgasturbolader.

Mit der weiten Verbreitung der Abgasturboaufladung, die in erster Linie den Turbodiesel- und

Downsizing-Motoren geschuldet ist, wurden auch die mechanischen

Lösungen zur Verminderung des

«Turbolochs» weiterentwickelt. Dazu gehört etwa der Einsatz zweier unterschiedlich grosser Turbolader – der kleinere spricht bei tiefen Motordrehzahlen schneller an, der grössere liefert auch bei Volllast noch genügend

Durchsatz. Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung von Turboladern mit variabler Turbinengeometrie VTG.

Bei Fahrzeugmodellen, die über ein 48-V-Bordnetz verfügen, kann auch ein sogenannter E-Turbo bzw. eTurbo zum

Einsatz kommen. Diese «Turbos» sind recht eigentlich elektrische Verdichter, bei denen ein Elektromotor den Turbinenteil ersetzt und die in der Regel parallel zu einem herkömmlichen

Abgasturbolader verbaut sind.

«Echter» elektrischer Turbolader

Inzwischen scheint die Zeit reif zu sein für «echte» elektrische bzw. elektrisch unterstützte Abgasturbo

lader. Wie wir in der AUTO&Technik-Ausgabe 3/2020 bereits kurz berichtet haben, soll BorgWarners entsprechender eTurbo ab 2022 in die Massenproduktion gehen. Auch Mercedes-AMG treibt mit innovativen Entwicklungen die Umsetzung der Elektrifizierung voran und profitiert dabei zusätzlich vom Know-how aus dem Motorsport. Das Unternehmen liess nun verlauten, Aufbau und Komponenten des elektrischen Turboladers. dass sich der elektrische Abgasturbolader, der in Zukunft erstmals in einem Serienmodell aus Affalterbach zum Einsatz kommen werde, bereits im Endstadium der Entwicklung befinde. Die Technologie wurde zusammen mit dem Partner Garrett Motion entwickelt, stammt direkt aus der Formel 1 und verspricht, den Zielkonflikt zu lösen zwischen einem kleinen, schnell ansprechenden Lader, der jedoch eine vergleichsweise geringe Spitzenleistung erzielt, und einem grossen Lader mit hoher Spitzenleistung, der wiederum erst verzögert anspricht.

Hierzu ist direkt auf der Laderwel le, zwischen dem Turbinenrad und dem Verdichterrad, ein rund 4 cm schmaler, elektronisch gesteuerter Elektromotor integriert, der das Verdichterrad antreibt, bevor dieses den Abgasstrom übernimmt. Der Turbolader schafft Drehzahlen von bis zu 170’000/min, was einen sehr hohen Luftdurchsatz ermöglicht, und

lässt sich im 48-V-Bordnetz betreiben. Lader, Elektromotor und Leistungselektronik sind an den Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors angeschlossen, um ein stets bestmögliches Temperaturumfeld zu schaffen.

Deutlich dynamischer und agiler

Die Elektrifizierung des Turboladers verbessert das Ansprechverhalten direkt ab Leerlaufdrehzahl und über den gesamten Drehzahlbereich hinweg deutlich. Und das «Turboloch» werde durch den E-Motor eliminiert, verspricht Mercedes-AMG. In der Folge reagiere der Verbrennungsmotor noch spontaner auf Fahrpedalbefehle, das gesamte Fahrgefühl sei deutlich dynamischer und agiler. Zudem ermöglicht die Elektrifizierung des Turboladers ein höheres Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen, was die Agilität ebenfalls steigert und das Beschleunigungsvermögen aus dem Stand optimiert. Und auch wenn der Fahrer vom Gas geht oder bremst, ist das System in der Lage, den Ladedruck stets aufrechtzuerhalten, wodurch ein kontinuierlich direktes Ansprechverhalten gewährleis

tet ist.

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machen, ein bestehendes Elektrofahrzeug nehmen, vielleicht eine etwas leistungsstärkere E-Maschine verbauen, ein bisschen zusätzliches Plastik an die Karosserie und zum Schluss ein «GT» oder ähnlich ans Heck kleben – fertig wäre das «Sportmodell». Wenn man Audi heisst, sollte und will man jedoch mehr bieten.

Der e-tron S (bzw. S Sportback) erhält zusätzlich zu den zwei EMaschinen, die den «normalen» e-tron antreiben denn auch einen zusätzlichen Elektromotor – aber vom Antriebssystem des Elektrosportlers soll hier nicht die Rede sein. Denn die Ingolstädter Ingenieure haben auch bei der Aerodynamik erfolgreich Hand angelegt. So sind die elektrisch angetriebenen S-Modelle zwar durchaus durch sportliche Details im Exterieur wie etwa die auf beiden Seiten um 23 mm breiteren Radlaufblenden zu erkennen. Dieses markante Design korrespondiert aber eben auch mit einer Aerodynamik, die stark auf neue Technologien setzt.

Durchströmte Radlaufblenden

Sogenannte Air Curtains – seitliche Lufteinlässe in der Front – lenken die Luft für eine optimierte Anströmung der Räder und der Fahrzeugflanke über einen Kanal in die Radhäuser. Dazu dienen auch die durchströmten Radlaufblenden: In den Ausschnitten, die die verbrei terten Blenden im vorderen Bereich Der erste Blick mag täuschen: Der Audi e-tron S erreicht einen c W -Wert von 0.28, in der Sportback-Karosserie

Aerodynamikkonzept des Audi e-tron S (Sportback) WINDSCHLÜPFRIG DANK LUFTVORHÄNGEN UND JALOUSIEN

Audi setzt beim Aerodynamikkonzept seiner e-tron-S-Modelle einerseits auf bewährte Lösungen wie die «Luftvorhänge» bzw. Air Curtains in der Front und einen voll verkleideten Unterboden. Zusätzlich kommen aber auch neue Technologien wie die patentierten durchströmten Radlaufblenden zum Einsatz.

Text: Stefan Gfeller | Bilder: Audi

Man könnte es sich leicht

variante sogar lediglich 0.26.

haben, stehen schmale horizontale Stege, die den Fahrtwind so leiten, dass er störende Verwirbelungen in den Radhäusern umhüllt und somit kapselt. Daraus resultiert ein «sauberer» Nachlauf entlang der Fahrzeugseite mit verringerten Strömungsverlusten. Audi bringt diese patentierte Lösung erstmals in den Grossserien-Automobilbau. So erzielt der künftige Audi e-tron S Sportback einen c W -Wert von 0.26, der Audi e-tron S erreicht 0.28.

Verkleideter Unterboden und steuerbarer Kühllufteinlass

Der Fahrzeugunterboden samt der Aluminium-Abdeckplatte für die Hochvoltbatterie ist verkleidet und weist Spoilerelemente auf. Die Anschraubpunkte sind – ähnlich wie die sogenannten Dimples an einem Golfball – schüsselförmig vertieft und lasen so die Luft noch leichter strömen als eine völlig plane Fläche. Die serienmässige Luftfederung mit geregelter Dämpfung leistet einen weiteren Beitrag zur Verbesserung des Luftwiderstandes, indem sie bei höheren Geschwindigkeiten die Karosserie in zwei Stufen bis zu 26 mm unter das Normalniveau absenkt.

Der steuerbare Kühllufteinlass dient zugleich als Schaltstelle des Thermomanagements und besteht aus einem Rahmen hinter dem Singleframe, der zwei elektrisch betätigte Jalousien integriert. Bei Geschwindigkeiten zwischen 48 und 160 km/h sind sie zumeist geschlossen und die Luft strömt fast verwirbelungsfrei über die vordere Haube. Wenn die Klimaanlage oder die Antriebskomponenten mehr kühlende Luft brauchen, öffnen sich die Jalousien schrittweise. Und falls die hydraulischen Radbremsen in einer Ausnahmesituation sehr stark beansprucht werden, gibt der steuerbare Kühllufteinlass zwei Kanäle frei, die Luft in die vorderen Radhäuser leiten. Dazu wird – wenn nötig – auch der Kühlerventilator eingeschaltet.

Sorgen für weniger Strömungsverluste: Aufbau und Funktion der Air Curtains und der durchströmten Radlaufblenden.