Kompaktes Schubumluftventil setzt neue Maßstäbe

“Downsizing”, also die Verringerung des Hubraums bei gleicher oder gesteigerter Motorleistung durch Aufladung, ist bei modernen Motoren nicht mehr wegzudenken. Kein Wunder - denn kleine, mittels Abgasturbolader aufgeladene Motoren haben einen geringeren Kraftstoffverbrauch, ohne auf Leistung verzichten zu müssen. Zur Regeltechnik des Turboladers gehört bereits seit 2004 das von der Pierburg GmbH entwickelte elektrische Schubumluftventil, mit dem heute nahezu jeder aufgeladene Motor versehen ist. Mehr als 15 Mio. Stück wurden bereits verkauft und das Produkt dabei ständig weiter entwickelt. Mittlerweile befindet sich das Ventil in der vierten Entwicklungsgeneration in Serie und ist kleiner, leichter, haltbarer und kostengünstiger als seine Vorgänger.

Seit dem letzten Jahr werden auf einer dritten, automatischen Fertigungslinie am Standort in Neuss etwa 2 Millionen Stück jährlich hergestellt; zusätzlich wird die Komponente auf zwei weiteren Produktionsstraßen gefertigt. Die Gesamtstückzahl belief sich im Jahr 2012 auf rund 5 Millionen, mit steigender Tendenz. Abnehmer sind nahezu alle bedeutenden OEMs sowie die Hersteller von Turboladern.

Technisch gesehen handelt es sich beim Schubumluftventil um ein Magnetventil mit integriertem Druckausgleich, der das Ventil in weiten Bereichen unabhängig vom aktuellen Ladedruck des Turboladers arbeiten lässt. Dies hat den Vorteil, dass die Magnetkraft relativ zu den Druckverhältnissen gering ausgelegt werden kann, was sich wiederum positiv auf die Kosten niederschlägt. Die neueste Generation setzt auch hier die Grenzen bezüglich des Ladedrucks und der Temperatur weiter nach oben. Sie ist kompakt, um etwa zwei Drittel gewichtsreduziert und etwa ein Drittel kleiner als ihre Vorgänger. Dadurch ergeben sich vor allem Packaging-Vorteile. Ihr Serienstart ist für 2015 geplant.

In Zukunft sind auch variable Schubumluftventile für Dieselmotoren vorstellbar, die künftig das richtige Verhältnis von Druck und Luftmenge regeln.

Regeltechnik des Turboladers

Das elektrische Schubumluftventil kommt immer dann zum Einsatz, wenn der Fahrer den Fuß vom Gas nimmt und die Drosselklappe geschlossen wird. Wäre hier keine Regelung vorhanden, so könnte es durch den Rückstoß zu Schäden am Turbolader kommen. Wird der bei geschlossener Klappe stark ansteigende Druck nämlich nicht über ein Ventil abgebaut, erfolgt der Ablauf über den Verdichter. Dabei kommt der Turbolader ins "Pumpen". Das heißt: Die Luftströmung löst sich von den Verdichterschaufeln und der Fördervorgang wird dadurch unterbrochen. Die Luft strömt rückwärts durch den Verdichter, bis sich wieder ein stabiles Druckverhältnis mit positivem Volumenstrom einstellt. Der Druck baut sich erneut auf und der genannte Vorgang wiederholt sich in rascher Folge.

Aus dem dabei entstehenden Geräusch leitet sich die Bezeichnung »Pumpen« ab. Um das "Pumpen" zu vermeiden, schaltet das elektrische Schubumluftventil einen Bypass um das Verdichterrad frei. Dieser muss so groß sein, dass der Druck im Saugrohr schnell genug fällt, um den Turbolader bei sinkender Drehzahl von der Pumpgrenze fernzuhalten. Der Turbolader kann frei weiterdrehen, ein erneuter Druckaufbau wird verkürzt und ein schnelleres Beschleunigen des Turboladers zugunsten eines besseren Ansprechverhaltens nach dem Schaltvorgang wird erzielt.

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