Ein Turbolader mit variabler Turbinengeometrie, abgekürzt VTG und im Englischen als VGT oder variable-nozzle turbine bezeichnet, ist eine ausgefeilte Bauform, die sich den Motorbedingungen anpasst, um über das gesamte Drehzahlband kräftigen Ladedruck bereitzustellen. Herkömmliche Turbolader mit fester Geometrie müssen zwischen frühem Ansprechen und hohem Durchsatz bei hohen Drehzahlen abwägen; der VTG umgeht diesen Zielkonflikt, indem er die Geometrie des Abgaskanals zur Turbine physisch verändert und sich so bei niedrigen Drehzahlen wie ein kleiner und bei hohen Drehzahlen wie ein großer Turbolader verhält.
Der Mechanismus beruht auf einem Kranz verstellbarer Leitschaufeln, die im Turbinengehäuse rund um das Turbinenrad angeordnet sind. Diese Schaufeln verstellen sich gemeinsam, gesteuert durch einen Aktuator, der unterdruck-, pneumatisch oder zunehmend elektrisch arbeitet und vom Motorsteuergerät geregelt wird. Durch das Verändern ihres Anstellwinkels verändern die Schaufeln den Querschnitt, durch den das Abgas strömt, sowie den Winkel, in dem es auf die Turbinenschaufeln trifft. Ein verengter Kanal beschleunigt das Gas und richtet es energischer auf die Turbine; ein erweiterter lässt den vollen Abgasstrom mit minimaler Drosselung passieren.
Genau diese Veränderlichkeit verleiht dem VTG seinen breiten, flexiblen Ladedruck. Bei niedrigen Drehzahlen, wenn die Abgasenergie knapp ist, schließen die Schaufeln und verengen den Strom, sodass das beschleunigte Gas selbst bei geringem Volumen die Turbine kräftig antreibt und früh nutzbaren Ladedruck erzeugt — was das Turboloch deutlich verringert. Steigen Drehzahl und Abgasvolumen, öffnen die Schaufeln fortschreitend, um den Motor nicht mit übermäßigem Gegendruck zu erdrosseln und die Turbine bei hoher Leistung frei durchströmen zu lassen. So liefert ein einziger Turbolader das frühe Ansprechen eines kleinen und die Hochdrehzahlkapazität eines großen Aggregats, ohne die Komplexität mehrerer Lader.
Die variable Turbinengeometrie ist bei modernen Turbodieselmotoren heute nahezu Standard und gehört zu den Schlüsseltechnologien, die Common-Rail-Diesel so elastisch und spontan gemacht haben. Das vergleichsweise kühle, sauerstoffreiche Abgas eines Diesels kommt dem Schaufelmechanismus entgegen und erlaubt einen zuverlässigen Betrieb ohne jene extremen Temperaturen, die den Einsatz von VTG-Ladern bei Benzinern lange erschwerten. Bei Dieseln unterstützt das System zudem die Motorbremswirkung und kann durch Modulation des Gegendrucks die Abgasrückführung begünstigen. Anwendungen bei Benzinern mit ihrem weit heißeren Abgas haben sich langsamer durchgesetzt und sind auf teurere Hochtemperaturwerkstoffe angewiesen.
Die wichtigsten Vorbehalte betreffen Zuverlässigkeit und Wartung. Die verstellbaren Schaufeln arbeiten in einem heißen, rußhaltigen Abgasstrom und können sich besonders bei Dieseln mit Ruß und Verbrennungsrückständen zusetzen, sodass sie festgehen und die Ladedruckregelung gestört wird. Regelmäßiger Betrieb, hochwertiges Öl und gelegentliches zügiges Fahren halten den Mechanismus gängig; Aktuator und Gestänge sind häufige Servicestellen. Neben Twin-Scroll-, sequenziellen und Doppelturbo-Anordnungen stellt der VTG-Lader die eleganteste Einzelturbo-Lösung für das ewige Problem dar, im gesamten Drehzahlband Ladedruck zu liefern.
- Verstellbare Leitschaufeln passen den Abgasstrom auf die Turbine an
- Schließen bei niedrigen Drehzahlen für frühen Ladedruck, öffnen bei hohen für Durchsatz
- Wirkt wie ein kleiner und ein großer Turbolader in einem
- Nahezu Standard bei modernen Turbodieseln