gesponsertTurboaufladung Kompromissloser Boost

Gesponsert von

BorgWarner Ludwigsburg GmbH

Mehr Leistung, weniger Emissionen ohne Turbo-Dilemma: Was bislang als unvereinbar galt, ändert sich mit einem integrierten Elektromotor auf der Turboladerwelle. So eröffnet die von BorgWarner entwickelte Technologie Hybridherstellern völlig neue Möglichkeiten.

Jeder Antriebsingenieur kennt das Problem: Wer einen Turbolader für maximale Nennleistung auslegt, erkauft sich damit ein träges Ansprechverhalten bei niedrigen Drehzahlen. Wer umgekehrt auf schnellen Ladedruckaufbau optimiert, limitiert die Spitzenleistung. Diesen Zielkonflikt hat die Branche jahrzehntelang mit Kompromissen verwaltet, bis ein elektrischer Antrieb direkt auf der Turboladerwelle beide Seiten der Gleichung entkoppelt.

Der eTurbo kombiniert Abgasturbolader und permanenterregten Synchronmotor in einer hochintegrierten Rumpfgruppe. Das Ergebnis: Der Verdichter lässt sich auch dann auf Drehzahl bringen, wenn die Abgasenergie noch nicht ausreicht. Der Ladedruckaufbau erfolgt dadurch mindestens doppelt so schnell als ohne elektrische Unterstützung – messbar in rund 1,5 Sekunden Vollbestromung bis zum Erreichen des Eckdrehmoments.

Ein bewusst groß ausgelegter Turbolader kommt dabei ohne Anfetten aus – der elektrische Antrieb kompensiert dessen träges Ansprechverhalten und ermöglicht so einen stöchiometrischen Betrieb bis zur Nennleistung.

„Der eTurbo eignet sich besonders für Premium-, Performance- und Hochvolt-Hybridfahrzeuge, bei denen höchste Anforderungen an Fahrdynamik und einen Lambda-1-Betrieb über den gesamten Motorbetriebsbereich bestehen. Durch die elektrische Unterstützung des Turboladers lässt sich der Zielkonflikt zwischen hoher spezifischer Motorleistung, stöchiometrischem Betrieb und erhöhtem Abgasgegendruck – etwa durch die Integration eines Otto-Partikelfilters – deutlich entschärfen“, erklärt Ralf Christmann, Director Product Development Passenger Car Turbochargers bei BorgWarner.

In Kombination mit einem zusätzlichen Traktionsmotor – wie mit Technologie von BorgWarner bei einem großen europäischen Hersteller realisiert – steigert sich der transiente Drehmomentaufbau auf das Vier- bis Fünffache gegenüber einem konventionellen Verbrennungsmotor. Das ist kein theoretischer Wert: Die 400-V-Version ist seit 2024 in Serienproduktion.

Energie zurückgewinnen statt vernichten

Im Normalfall leitet ein Wastegate überschüssige Abgasenergie ungenutzt vorbei. Der eTurbo macht daraus eine Ressource: Anstatt die Turbinenleistung zu begrenzen, wandelt er die überschüssige Energie in Strom um – mit bis zu 20 kW elektrischer Dauerleistung direkt in die Hochvoltbatterie. Das schont die Batterie, entlastet den Antriebsstrang und verbessert die Gesamteffizienz des Hybridsystems.

„Damit wird der komplette Abgasmassenstrom genutzt: Ein großer Teil der Energie treibt den Verdichter zur Ladedruckdarstellung an, der restliche Anteil wird über den Elektromotor rekuperiert und der Batterie zur Verfügung gestellt. In dieser Auslegungsvariante gibt es daher kein Wastegate“, so Christmann.

Ergänzt wird der Nutzen durch die Sekundärluftfunktion im Kaltstart: Der eTurbo arbeitet dabei als Sekundärluftpumpe und beschleunigt den Katalysator-Lightoff – das senkt NO_x-Emissionen ohne zusätzliche Komponenten.

Ein integriertes Temperaturmodell berechnet in Echtzeit die Zustände in kritischen Bereichen – von Rotor und Stator bis zu den SiC-Leistungsschaltern. Werden Grenzwerte dauerhaft überschritten, greift ein automatisches Derating: Die Leistung wird stufenweise begrenzt, bevor Komponenten in den thermischen Grenzbereich geraten. Das System bleibt betriebsfähig, statt hart abzuschalten.

Sicher by Design

Wichtige Funktionen wie die Spannungs- und Strommessung sind gemäß ASIL-A ausgelegt. Eigendiagnosen und Plausibilisierungen laufen in Echtzeit im Hintergrund; ein Selbsttest beim Systemstart sichert die Integrität gegenüber dem HV-Bordnetz.

Skalierbar in beide Richtungen

Die 400-V-Plattform ist der aktuelle Seriensockel. Das Portfolio kann von einer 48-V-Variante für Mild-Hybrid-Anwendungen bis zu einer 800-V-Version für leistungsstarke Hochvoltarchitekturen ergänzt werden – und schließt mit dem eBoosterPlus eine Zwischenlösung ohne Abgasturbine ein – als 400- oder 800-V-Variante mit bis zu 10 kW Dauer- und 15 kW Spitzenleistung. Für den Nutzfahrzeugbereich sind höhere Leistungsklassen in Entwicklung.

„Zu Beginn der weiteren Produktentwicklung stehen Evolutionen und applikationsspezifische Derivate der heutigen 400-V-Plattform im Fokus. Gleichzeitig beobachten wir ein zunehmendes Interesse an 800-V-Architekturen, insbesondere im Premium-, Performance- und Hochvolt-Hybridsegment“, sagt Christmann.

Perspektivisch reicht das Einsatzfeld über Benzin-Hybridantriebe hinaus: „Der eTurbo ist eine Schlüsselkomponente für zukünftige Wasserstoff-Verbrennungsmotoren. Er ermöglicht die hohen Luftmassenströme, die für einen NO_x-armen Magerbetrieb erforderlich sind – bereits bei niedrigen Motordrehzahlen“, beschreibt Ralf Christmann.

(ID:51003247)