Kompressionsdruck

Kompressionsdruck ist ein Begriff aus der Hubkolbenmaschinentechnik und bezeichnet den Druck im Inneren eines Zylinders, beispielsweise bei Verbrennungsmotoren oder Kompressoren, der durch den Kolbenhub erzeugt werden kann.

Bedeutung des Kompressionsdrucks

Konstruktiv ist der Kompressionsdruck durch das Verdichtungsverhältnis bedingt. Im idealen Zylinder sind Druck, Temperatur und Volumen nach den Gesetzen der Thermodynamik miteinander verknüpft (siehe auch P-V-T-Diagramm). Der tatsächliche Kompressionsdruck der realen Hubkolbenmaschine ist aber immer niedriger als sein theoretischer Wert, da der Zylinder nicht hermetisch abgeriegelt ist. Es treten Verluste bei Druck (am Kolben und ggf. an Ventilen vorbei) und Temperatur (durch die Zylinderwand) auf, die Temperaturverluste bewirken wiederum einen Druckverlust.

Der Kompressionsdruck ist für den Wirkungsgrad eines Verbrennungsmotors entscheidend. Durch hohen Druck wird die Verbrennung effektiver, bei Dieselmotoren ist die bei der Verdichtung entstehende Wärme die Grundlage für das Selbstzündungsprinzip. Bei einem Kompressor ist die Förderleistung von der Differenz zwischen möglichem Kompressionsdruck und Betriebsdruck abhängig. Ein verschleißbedingt nachlassender Kompressionsdruck wirkt sich bei jeder Hubkolbenmaschine unmittelbar auf den Wirkungsgrad aus, und wird deswegen auch zur Verschleißbeurteilung herangezogen.

Kompressionsdruck messen

Kompressdruckschreiber für Dieselmotoren mit Adapterstück in Holzbox

Bei Verbrennungsmotoren wird zur Kompressionsdruckmessung die Zündung / Verbrennung unterbunden, und so der Verbrennungsdruck vermieden. Das erfolgt zwangsläufig dadurch, dass Zünd- bzw. Glühkerzen oder Einspritzventile durch die Messvorrichtung ersetzt werden. Dazu stellen die Hersteller von Kompressionsdruckschreibern entsprechende Adapter zur Verfügung. Über eine Adapterdatenbank kann das passende Anschlussstück für den Motor ermittelt werden. Mit dem Anlasser wird der Motor auf Anlassdrehzahl gebracht und Zylinder für Zylinder nacheinander die Spitzendrücke gemessen. Bei Benzinmotoren wird jede Messung bei voll geöffneten Drosselklappen durchgeführt, um Ansaugdrosselung zu vermeiden.

Kompressionsdruckschreiber für Otto- und Dieselmotoren

In aller Regel sind Kompressionsmessgeräte separat nach Benziner- und Dieselmessbereichen anzutreffen. Das Messgerät kann ein schreibendes Gerät sein, das auf einem Kartonkärtchen mittels Kugelschreiber aus der federbelasteten Druckmembrane eine Bogenlinie erzeugt, dessen Endwert den Kompressionsdruck zeigt. Bei diesen Geräten wird das Kärtchen für den nächsten Zylinder ein wenig herausgezogen, sodass mit weiterer Messung eine parallele Bogenlinie entsteht. Statt einer geschriebenen Aufzeichnung kann das Messgerät auch ein Einweg-Ventil enthalten, das den Maximaldruck in der Anzeige aufrechterhält und den Druck für die folgende Messung per Knopf abzulassen erlaubt. Eine weitere Variante ist ein Druckmesser mit Schleppzeiger, der zur nächsten Messung von Hand auf Null gestellt wird.

Übliche Kompressionswerte moderner Fahrzeugmotoren liegen im Bereich von 11 bis 15 bar bei neuen, eingefahrenen Motoren (Benziner) und ca. 23 bis 28 bar bei Diesel; Vorkammer- und Wirbelkammer-Dieselmotoren haben niedrigere Kompressionswerte als Direkteinspritzer-Diesel. Werte unter 8 bar bei Benzinern oder unter 20 bar bei Diesel sind bei den meisten modernen Motoren ungewöhnlich und deuten auf Verschleiß oder einen Defekt hin. Ältere Motorkonstruktionen (z.B. VW-Boxermotoren) haben entsprechend niedrigere Vorgabe- und Grenzwerte. Es gibt auch Sonderbauarten mit abweichenden Kompressionsdaten (Zweitakter, "Mitteldruckmotoren" von Audi der 1960er Jahre). In gängigen Werkstatthandbüchern werden die regulär zu erwartenden Druckmesswerte nach Motorentypen aufgeschlüsselt angegeben.

Im Falle einer vermuteten Undichtheit an einem der Zylinder wird die Messung wiederholt, um die Art der Undichtigkeit genauer eingrenzen zu können. Hierzu wird vor der zweiten Messung in den Brennraum eine kleine Menge Motoröl gegeben, die die Abdichtung des Kolbens bzw. der Kolbenringe zum Zylinder hin verbessert. Ein dann gegebenenfalls deutlich höherer Messwert weist auf fortgeschrittenen Verschleiß im Bereich Zylinder, Kolben, Kolbenringe hin. Gleichbleibend schlechte Kompressionswerte lassen hingegen die Undichtheit im Bereich Zylinderkopf, Kopfdichtung, Ventile vermuten.

Beim Kauf gebrauchter Kraftfahrzeuge wird mitunter ein Kompressionsdruckdiagramm seitens des Verkäufers vorgelegt, mit dem belegt werden soll, dass der Motor in Ordnung sei. In vielen Fällen wird das auch den Tatsachen entsprechen. Mitunter jedoch werden diese Diagramme nicht korrekt erstellt: ein oder zwei als gut befundene Zylinder werden mehrfach gemessen, ein oder zwei Zylinder werden "übergangen" und damit ein Defekt unterschlagen. In krassen Fällen kann ein Diagramm womöglich von einem anderen als dem zum Verkauf stehenden Fahrzeug stammen. Solcher Täuschung kann nur vorgebeugt werden, wenn der Kunde (gegebenenfalls mit fachkundigem Begleiter) bei der Erstellung des Kompressionsdiagramms den Messvorgang im Motorraum selbst durchführen oder zumindest beobachten kann, um sicherzustellen, dass nacheinander alle Zylinder von den Messungen erfasst werden.

Zur Verschleißbeurteilung wird bei Kompressoren in der Regel, bei Pumpen für flüssige Stoffe grundsätzlich nicht der Kompressionsdruck gemessen, sondern die Förderleistung bei Betriebsdruck.

Alternative Messmethoden

Anstelle der Kompressionsdruckmessung wird auch die Druckverlustmessung verwendet. Dabei wird bei stehender Maschine ein definierter Druck im Zylinder aufgebaut. Dann wird die Druckzufuhr abgestellt, und die Zeit für den Druckabfall zwischen zwei Referenzdrücken gemessen. Die Druckverlustmessung kann sowohl mit Gasen (z.B. Luft) als auch mit Flüssigkeiten (z.B. Öl) durchgeführt werden.

Früher wurden bei Fahrzeugen teils auch "indirekte Kompressionsmessungen" durchgeführt: bei den ersten Volkswagen mit Diagnosesteckdose in den 1970er Jahren versuchte man aus dem periodischen Verlauf des Spannungsabfalls beim Anlassvorgang Rückschlüsse auf die Kompression der einzelnen Zylinder zu ziehen - eine recht ungenaue und eventuelle Fehler nur grob indizierende Methode. Bei so entdeckten Fehlerindikationen empfahl sich meist, eine "reguläre" Kompressionsprüfung im Anschluss an die erste Diagnose durchzuführen.

Schlussfolgerungen aus dem Messergebnis

Neben der Höhe des Kompressionsdruckes ist auch die Gleichmäßigkeit zwischen den Zylindern von Bedeutung. Daher sind für Verbrennungsmotoren außer dem Sollwert des Kompressionsdrucks und der Verschleißgrenze auch der höchstzulässige Druckunterschied zwischen den Zylindern vorgegeben. Gleichmäßig schlechte Kompressionswerte treten gewöhnlich bei einem Motor mit hoher Laufleistung auf, der sich seiner Verschleißgrenze nähert. Stark unterschiedliche Kompressionswerte zwischen den Zylindern sind ein Merkmal für einen lokalen Defekt und können auch bei neuen Motoren auftreten. Kleinere Unterschiede können sich (in seltenen Fällen, nach Einlauf-Vorgängen) auch mitunter verbessern bzw. einander annähern.

Literatur

• Max Bohner, Richard Fischer, Rolf Gscheidle: Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik. 27.Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten, 2001, ISBN 3-8085-2067-1
• Peter A. Wellers, Hermann Strobel, Erich Auch-Schwelk: Fachkunde Fahrzeugtechnik. 5. Auflage, Holland+Josenhans Verlag, Stuttgart, 1997, ISBN 3-7782-3520-6