Druckzellenlader

Der Comprexlader (auch Druckwellenlader genannt) ist eine Bauart der Motoraufladung von Otto- und Dieselmotoren. Er funktioniert nach dem Prinzip der Stoßaufladung.

Aufbau und Funktionsprinzip

Prinzip der Comprex-Aufladung eines Dieselmotors

Der Lader hat ein Gehäuse, in dem sich ein einzelnes Zellenrad dreht. Er wird von einem Zahnriemen oder einer Kette mechanisch angetrieben und läuft somit entweder synchron zur Kurbelwelle oder mit einer niedrigeren Drehzahl (typisch 1/3). Der Antrieb überträgt jedoch im Gegensatz zu einem Kompressor oder Roots-Gebläse keine mechanische Energie zum Druckaufbau.

Der ansaugseitige Druckaufbau geschieht stoßartig mithilfe der Energie der Auspuffgase. Die Abgase werden jeweils in eine einzelne oder einige Zellen des Zellenrades gelenkt und komprimieren die darin befindliche Frischluft. Durch das Weiterdrehen der Zelle wird die Zelle vorübergehend durch die Gehäusewandung abgeschlossen, wodurch der Druck erhalten bleibt, so dass er nach weiterer Drehung im Ansaugtrakt des Motors freigesetzt wird.

Durch ein passendes Drehzahl- und Übersetzungs-Timing des Zellenrades wird bewirkt, dass der Auspuff-Druckstoß eine Frischluft-Partie in einer jeweils gerade angesteuerten Zelle dynamisch verdichtet. Dann wird durch Weiterdrehen der Frischluftdruck in der Zelle gehalten, und kurz darauf wird die so verdichtete Luft dem Ansaugtrakt zugeführt. Der mechanische Antrieb überträgt kein Drehmoment außer der Lagerreibung; es geht beim Antrieb von Comprex nur um eine Drehzahl- Synchronisation zwischen Kurbelwelle, den jeweiligen Zylindern und um den Austausch der Druckstöße zwischen Abgas und Frischluft.

Somit ist der Comprexlader nicht im eigentlichen Sinne eine Verdrängermaschine, da er die Energie direkt vom Abgas auf das Frischgas überträgt und der Vorgang von der Mechanik der Druckzellen nur gesteuert wird.

Geschichte

Entwickelt wurde der Comprexlader in den 1970er und 1980er Jahren durch die Firma Brown, Boveri & Cie in Baden (CH).

Das Bauprinzip wurde ab 1984 für kurze Zeit beim Hersteller Opel mit den letzten Rekord-Diesel-Modellen verwendet. Zu dieser Zeit hatten die anderen Hersteller schon Turbo-Diesel im Verkaufsprogramm, sodass Opel mit seinem 2,3 l Saugdiesel, der nur 52 kW (71 PS) leistete, nicht mehr konkurrenzfähig war. So beschloss man bei Opel, dem betagten 2,3-l-Saugmotor mithilfe eines Comprexladers zu mehr Leistung zu verhelfen. Nun stieg die Motorleistung auf 63 kW (86 PS). Ab 1985 verbaute Opel diesen Motor nicht nur im Mittelklasse-Modell Rekord, sondern auch in den höher positionierten Modellen Commodore und Senator. Auch zu Beginn der Produktion des Omega A fand der 2,3-l-Dieselmotor Verwendung, in dem er mittels neuer Wirbelkammereinspritzung sogar 65 kW (88 PS) leistete, als 2,3-l-Saugdiesel 54 kW (73 PS).

Die reine Leistungsangabe lässt den Vorteil des Comprexladers gegenüber dem Turbolader nicht so recht erkennen: Der Schub setzte schon bei niedrigen Drehzahlen ein; selbst im zweiten Gang konnte man die Hinterräder auf trockener Straße beim spontanen Gasgeben zum Durchdrehen bringen. So hätten den damit ausgerüsteten Fahrzeugen eine längere Gesamtübersetzung (anderes Zahnradpaar im Differential = „längere Hinterachse“) gut getan, um die Vorteile entweder für eine höhere Endgeschwindigkeit oder eine sparsamere Fahrweise richtig nutzen zu können.

Der erste Comprexlader hatte die Eigenart, dass von den gleichgroßen Zellen ein singender, als unangenehm empfundener Ton erzeugt wurde, dessen Tonhöhe der Drehzahl folgte. Abhilfe brachte ein neues Zellenrad, das nicht mehr aus Zellen, sondern aus einem Paket Röhren mit unterschiedlichen Durchmessern bestand. Da dies alles aus dünnwandiger Keramik gefertigt wurde, verteuerten sich die Herstellungskosten.

BBC fand mit dem Comprexlader bei den Fahrzeugherstellern in Europa nicht die gewünschte Resonanz; es gab nach der Fusion von BBC mit ASEA zu ABB auch kein neues Geld für dieses Projekt. Alles wurde daraufhin an Mazda verkauft, die im Modell 626 von 1988 bis 1996 einen Comprex-geladenen 2,0-l-Dieselmotor einbauten, der es auf eine Leistung von 55 kW (75 PS) brachte, der 2,0-l-Saugdiesel im Vergleich zu 44 kW (60 PS).

1996 wurde der Twingo Smile der Öffentlichkeit vorgestellt. Dieser Prototyp basierte auf dem Renault Twingo und hatte einen 358 cm³ Ottomotor mit Comprexlader. Der Motor leistete 40 kW (55 PS), was eine Literleistung von 154 PS pro Liter Hubraum ergibt. Trotz dieser Leistung senkte der Twingo Smile den Kraftstoffverbrauch gegenüber der Serienversion um 50 % auf unter 3,3 l.

Vor- und Nachteile

Ein Vorteil des Comprexladers ist, dass die Antriebsleistung für den Lader nicht (anders als beispielsweise beim Kompressor oder beim G-Lader) dem Motor verloren geht. Der Motor muss lediglich das Zellenrad drehen und die Lagerreibung überwinden, was zu vernachlässigen ist. Des Weiteren übertragen die Abgase den Druck direkt auf die Frischluft, was zur Folge hat, dass es beim Comprexlader kein lästiges „Turboloch“ gibt, sondern der „Turboschub“ direkt einsetzt.

Zu den Nachteilen zählt, dass der Comprexlader relativ schwer auf einen Motor abzustimmen ist, was die Entwicklung sehr teuer und aufwendig macht. Des Weiteren ist der Comprexlader sowohl abgas- als auch frischluftseitig äußerst gegendruckempfindlich, sodass bereits kleine Veränderungen im Ansaug- (verschmutzter Luftfilter) oder Abgassystem (kleines Loch im Auspuff) starke Auswirkungen nach sich ziehen. So hatte man oft das Problem der ungewollten Abgasrückführung, was der Motor mit starkem Stottern und Verschlucken quittierte.

Literatur

• Gert Hack, Iris Langkabel: Turbo- und Kompressormotoren. 1. Auflage, Motorbuch Verlag, Stuttgart, 1999, ISBN 3-613-01950-7
• Hans-Hermann Braess, Ulrich Seiffert: Vieweg Handbuch Kraftfahrzeugtechnik. 2. Auflage, Friedrich Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig/Wiesbaden, 2001, ISBN 3-528-13114-4

Siehe auch

• Motoraufladung

Weblinks

• Der Comprex-Lader
• Druckwellenlader (Comprex)