Was ist aus den Turbos mit variabler Geometrie geworden?

Nicht, dass sie gänzlich verschwunden wären, aber vor 10 Jahren schienen sie eine der heißesten neuen Motorentechnologien auf dem Markt zu sein.

Heutzutage jedoch sind sie in benzinbetriebenen Sportwagen eine Seltenheit. Was ist passiert?

Zunächst ein paar Erklärungen…

Einer der Gründe, die einen Turbolader mit variabler Geometrie für einen Fahrer so attraktiv erscheinen lassen, ist das theoretische Versprechen von konstantem Ladedruck, wenn er gebraucht wird; ein Turbo, der dem Motor immer die am besten geeignete Menge an Druckluft zuführt. Kein Verzögern, kein Aufschaukeln – einfach nur pures, ungebremstes „Stu-Stu-Stu-Stu“. Unabhängig von der Motordrehzahl.

Ja! Ja! Ja! *zwinker* (Video-Gutschrift: MotorTrend.com)

Durch den Einsatz von adaptiven Schaufeln an der Abgasturbine kann ein Turbolader mit variabler Geometrie seinen Anstellwinkel in Echtzeit ändern.

Im Wesentlichen kann ein Turbolader mit variabler Geometrie ein kleiner, reaktionsschneller Turbolader bei niedrigen Drehzahlen sein, bevor er sich in einen großen, kräftigen Turbolader verwandelt, wenn der Motor in Fahrt kommt.

Hört sich toll an, oder? Es ist, als hätte man einen kleinen und einen großen Turbo in einem sequentiellen Doppelturbo-Setup. Aber stattdessen handelt es sich um eine Art CVT-Turbo in einem… Ding.

Je niedriger die Drehzahl, desto kleiner wird der Turbo. Das ist das Beste aus beiden Welten.

Sie müssen sich nicht um die Wartung von zwei separaten Turboladern kümmern, falls Sie diesen Sprung rechtfertigen, und wenn die örtliche Polizei den Kopf unter die Motorhaube steckt, um zu prüfen, ob alles in Ordnung ist, wird sie nicht verwirrt sein, dass Sie es gewagt haben, mehr als ein ‚Hoon-Gerät‘ einzubauen.

Es gibt auch noch andere Vorteile.

Da die Leistungsentfaltung viel straffer ist, wenn der Turbo anspringt, verhält sich der Motor eher wie ein Saugmotor und nicht wie ein „Nichts, nichts, nichts, oh mein Gott“-Gefühl, mit dem alte Porsche 930-Besitzer vertraut sind.

*Geht in jeden Turbolader aus den 80er Jahren*

Es gibt auch eine längere, flachere Verteilung des Drehmoments in den mittleren Bereichen; die Fähigkeit des Motors, mit einem magereren und effizienteren Luft-Kraftstoff-Verhältnis unter Teillast zu arbeiten; Der thermische Wirkungsgrad wird durch ein adaptives Luft-Kraftstoff-Verhältnis erhöht, und der Motor wartet nicht darauf, hochgedreht zu werden, um genügend Ladedruck zu erzeugen, wie es bei einem großen Turbo der Fall ist, und wird auch nicht in Situationen mit hohem Durchsatz und hohen Drehzahlen von einem kleinen Turbo erdrosselt.

Wenn das so gut ist, warum haben wir sie dann nicht?

Nun, wir haben sie. Einmal.

Im Jahr 2007 stellte Porsche den 911 Turbo (997) vor – einen weiteren in einer langen Reihe von „heiliger Strohsack, der ist schnell“-Elfer-Turbos – aber dieses Mal machte Porsche etwas anders.

Abgesehen vom 88er Honda Legend und dem 1989er Shelby CSX war der 2007er Porsche 911 Turbo der erste Benziner mit VGT-Technik.

Anstatt den Ladedruck zu erhöhen und den legendären „Turbo“ noch furchteinflößender zu machen, wie es bei allen turbogeladenen 911ern zuvor der Fall war, wollte Porsche den neuen 997 Turbo zu einem saubereren, lebenswerteren Auto machen.

Um dies zu erreichen, installierte Porsche zwei Turbos mit variabler Geometrie von BorgWarner, um die Leistungsentfaltung und die mechanische Effizienz zu verbessern.

Alles, was mit der Leistungsentfaltung, der Gasannahme und der (fehlenden) Verzögerung des Turboladers zu tun hat, wurde so gut wie überall gelobt. Kein Wunder, denn das Unternehmen hat eine lange Geschichte in der Entwicklung, Verfeinerung und Perfektionierung von Turboladern für Sportwagen.

Wenn es sich also um eine dieser Innovationen handelt, die in der Theorie – und in der Praxis – gut funktionieren, warum haben wir dann noch nicht gesehen, dass die Turbolader mit variabler Geometrie in erschwinglicheren Sportwagen zum Einsatz kommen?

Der Manager von IAM Asia – BorgWarner, Garry Shields, sagte Folgendes: „VTG-Turbolader (Variable Turbine Geometry) sind in der Herstellung sehr teuer, da zusätzliche Komponenten und hochspezialisierte Materialien verwendet werden, um die hohen Abgastemperaturen von Benzinmotoren zu bewältigen. Die Hersteller wollen ihre Ziele in Bezug auf Leistung, Effizienz, Fahrverhalten und Emissionen in der Regel mit dem kostengünstigsten Produkt erreichen.“

Außerdem sind VGTs fast ausschließlich in schweren Dieselmotoren zu finden, was laut Shields aber eher darauf zurückzuführen ist, dass VGTs für Dieselmotoren aufgrund der niedrigeren EGT nicht die gleichen hochspezialisierten Materialien erfordern.

„Alle unsere OEM-Kunden haben die Möglichkeit, sich für die VTG-Technologie (Variable Turbinengeometrie) zu entscheiden. Sie werden jedoch immer die kostengünstigste Option wählen und dabei ihre Gesamtanforderungen an Leistung, Effizienz, Fahrbarkeit und Emissionen im Auge behalten. Ich glaube, dass derzeit nur Porsche unsere Benzin-VTG-Technologie für die einstufige Zwangsaufladung einsetzt.“

In der Tat gibt es nur eine Handvoll benzingetriebener Sportwagen, die Turbolader mit variabler Geometrie verwenden. Die 718er Modelle von Porsche (Boxster S/Cayman S) und der aktuelle 911 Turbo sind zwei davon. Und der neue 25.490 Dollar teure Swift Sport von Suzuki ist ein weiterer. Seltsam.

Aus irgendeinem Grund verwenden jedoch alle 911 Carrera-Standardmotoren Mono-Scroll-Turbos.

Mono-Scroll, Twin-Scroll, VTG-Turbos… Was ist der Unterschied und welcher ist besser?

Wenn es nur so einfach wäre…

Kurz gesagt: Mono-Scroll-Turbos sind die einfachsten. Sie sind ein einfaches, alltägliches Design, das zwar verzögert, aber durch das Hinzufügen einer weiteren Einheit daneben „behoben“ werden kann.

So toll es auch ist, mehr Turbos hinzuzufügen, es ist eine unpraktische Lösung.

Man wird nicht „nicht pleite“, indem man noch mehr Geld wegwirft. Man muss sich anpassen. Und hier kommen die Twin-Scroll-Turbos ins Spiel.

Gleich einem Turbo mit variabler Geometrie bieten Twin-Scroll-Turbolader viele technische Vorteile gegenüber ihren einfacheren Mono-Scroll-Brüdern.

Sie erhöhen das Drehmoment im unteren Drehzahlbereich, verbessern das Ansprechverhalten des Ladedrucks, steigern die Leistung über das gesamte Leistungsband, maximieren den Wirkungsgrad der Turbine, verringern die Pumpverluste des Motors, verbessern den Kraftstoffverbrauch, verringern die Verdünnung der Ansaugluft während der Ventilüberschneidung und senken die Abgastemperaturen.

Sie können sogar einen Monoscroll-Turbolader durch eine einzelne Twin-Scroll-Einheit ersetzen. Genau das hat BMW bei seinem M2 Sportcoupé getan, als es das ältere 1er M Coupe mit Doppelturbo ersetzte.

Im Vergleich zu VTG-Turbos scheinen Twin-Scroll-Einheiten eine starke Alternative zu sein – und das sind sie auch.

Wenn man sich den Sportwagenmarkt ansieht, scheint es so, als ob Porsche die einzigen sind, die an VTG-Turbos festhalten.

Volkswagens Golf GTI hat ein Twin-Scroll-Setup, ebenso wie der i30 N von Hyundai, der A45 AMG von Mercedes-Benz, der gute alte Rexy STI und Evo X und viele mehr. Sie sind überall.

Und obwohl die Vorteile eines Twin-Scroll-Turbos mit denen eines VTGs vergleichbar sind, haben sie doch einige Unterscheidungsmerkmale.

Um es einfach zu halten, haben Twin-Scroll-Turbos keine Schaufeln. Ähnlich wie Monoscroll-Turbolader sind sie einfach. Allerdings benötigen Twin-Scroll-Turbolader ein Turbinengehäuse mit geteiltem Einlass und einen entsprechend konstruierten Abgaskrümmer, der die Hälfte der Zylinder in einer Spirale und die andere Hälfte in einer anderen Spirale zusammenfasst.

Bei einer Vierzylinder-Anwendung blasen die Zylinder eins und drei die Abgase in eine Spirale und die Zylinder zwei und vier in die zweite Spirale.

Es ist schwer zu sagen, welche Konstruktion „besser“ ist, vor allem, wenn ein solches Argument eine ähnliche Antwort hervorruft wie das lästige „Es kommt auf die Umstände an“.

Aber obwohl Twin-Scroll-Turbolader ähnliche Vorteile wie VTG-Turbos haben, sind ihre Vorteile insgesamt nicht so stark. Sie sollten jedoch zuverlässiger sein, da sie weniger bewegliche Komponenten haben und nicht auf sekundäre und tertiäre Aktuatoren angewiesen sind, um ordnungsgemäß zu funktionieren.

Und während VTG-Turbolader beeindruckend sind – wahrscheinlich der Höhepunkt des Turboladerdesigns – sind sie ziemlich teuer.

Außerdem kann es ziemlich schwierig sein, sie in einen Motor einzubauen und zu kalibrieren, der von vornherein nicht für sie vorgesehen war. Irgendetwas muss diesen Schaufeln sagen, wann sie sich bewegen sollen und um wie viel.

Aber andererseits, wenn Turbolader mit variabler Geometrie so gut sind, warum sollte dann fast der gesamte Markt die Technik der Twin-Scroll-Turbolader übernehmen?