Im Unterschied zum Turbolader nutzt die Abgasladepumpe eine Membran, um mithilfe der Auspuffgase auf der gegenüberliegenden Einlassseite leistungsfördernden Überdruck aufzubauen. Wir fuhren eine KTM RC 390 mit einem solchen innovativen Stoßwellenlader.
bilski-fotografie.de
6 Bilder
Arno Hofmann, seines Zeichens Physiker, hat einen ganz speziellen ALP-Traum. Einen kühnen, aber hoffnungsfrohen. Kurz zusammengefasst besteht dieser Traum darin, seine Entwicklung für die Serienfertigung eines Zweiradherstellers zu vermarkten, der in großen Stückzahlen kleine bis mittelgroße Einzylindermotoren produziert. Um das Potenzial seines Stoßwellenladers zu demonstrieren, stellte er MOTORRAD eine umgerüstete KTM RC 390 für einen kurzen Test zur Verfügung.
Wie das Aufmacherfoto zeigt, sitzt die Abgasladepumpe oben auf dem Gitterrohrrahmen, dort, wo bei der Serien-RC der Tank montiert ist. Als Ersatz für den Serientank konstruierte Arno Hofmann einen Edelstahlbehälter, der zwischen Getriebe und Federbein im Rahmen Platz findet. Obgleich die ALP und ihre Komponenten allesamt Einzelanfertigungen sind und also nicht die perfekte Verarbeitungsqualität eines Großserienprodukts aufweisen, sind sie sorgfältig gearbeitet. Das Ladergehäuse entstand aus Polyamid im 3-D-Drucker, die komplexe Abgasanlage aus sauber verschweißten Edelstahlrohren.
Sinn und Funktionsweise dieses Rohrgeschlinges zu verstehen, ist nicht ganz einfach. Man darf sich die Arbeitsweise der Aufladung nicht so vorstellen, dass der heiße Abgasstrom direkt auf die Membran in der Pumpe drückt. Diese würde sofort verbrennen. Stattdessen strömen die heißen Gase zunächst in das dicke Impulsrohr, wo sie sich durch den Fahrtwind abkühlen und bis zum Stillstand verlangsamen können. Zwischen den heißen Auspuffgasen und der Membran der Ladepumpe liegen kühlere Abgasmoleküle, die als Wärmepuffer fungieren und zugleich die Bewegungsenergie des Abgasstroms an die Membran weitergeben. Nur etwa fünf Prozent der Hitze der frisch einströmenden Auspuffgase gelangen in den Lader. Trotzdem erreicht das Polyamidgehäuse wegen seiner geringen Wärmeleitfähigkeit bei längeren Vollgasfahrten kritische Temperaturen von über 95 Grad. Für größere Serien verspricht ein Gehäuse aus Aluminiumguss bessere Wärmeabfuhr.
Im Deckel auf der Frischluftseite der Ladepumpe befindet sich ein System gegenläufig öffnender Membranzungen. Die einen lassen Umgebungsluft in die Frischgaskammer strömen, die anderen verdichtete Luft in einen Druckspeicher, der in Strömungsrichtung vor der Drosselklappe sitzt und den höheren Gasdurchsatz bewirkt. Nachdem die Bewegungsenergie der Abgasmoleküle ausgenutzt ist, wird die große Membran im Lader von einer Feder wieder in Richtung Abgasseite gedrückt. Dabei strömt gegenüber frische Luft in den Lader. Zugleich werden die Abgasmoleküle entgegen ihrer ursprünglichen Strömungsrichtung in Bewegung gesetzt, jetzt aber deutlich langsamer. Wären die Auslassventile noch offen, würden die Abgase in den Zylinderkopf zurückgedrückt, da diese aber geschlossen sind, strömen sie an der sogenannten Impulsweiche ins eigentliche Auspuffrohr und damit ins Freie. Eine Abgasreinigung durch Katalysatoren gibt es bei dem Versuchsträger nicht.
So weit, so verwirrend. Was aber bringt dieses System, das mit relativ einfachen Komponenten – Rohre, Membranen, Kammern, Schläuche – eine komplexe Gasdynamik in Gang setzt? Wie ein Blick ins Leistungsdiagramm zeigt, bringt es vor allem elf PS und 8,1 Nm mehr an Spitzenleistung und -drehmoment gegenüber einem serienmäßigen Vergleichsmotorrad der gleichen Spezifikation mit entsprechend fülligen Kurven. Ab etwa 4,200/min ergeben sich signifikante Vorteile für die ALP-KTM. Verglichen mit einer neuen KTM RC 390, welche für 2018 überarbeitet wurde, sind sie sogar noch größer. Ergänzend zur ALP hat Arno Hofmann die Steuerzeiten seines Motors durch Verdrehen der Nockenwellen geändert und zwischen Drosselklappen und Einlassventilen das Saugrohr verlängert, um das Drehmoment im unteren Bereich anzuheben. Der höhere Gasdurchsatz bedingt auch eine neue Abstimmung der Einspritzung. Es lässt sich daher nicht bestimmen, welcher Anteil an der höheren Leistung der Aufladung und welcher den übrigen Modifikationen zuzuschreiben ist.
Im Fahrbetrieb fällt sofort auf, wie kräftig und spontan im Ansprechverhalten der ALP-Motor zur Sache kommt. Genauso deutlich ist allerdings der wellenförmige Verlauf der Drehmomentkurve zu spüren. Hier ließe sich mit emsiger Feinarbeit bei der Abstimmung sicherlich noch einiges verbessern; ein Aufwand, den sich in der Regel nur die namhaften Hersteller für die Großserie leisten können. Weiterer Optimierungsbedarf besteht in puncto Geräuschentwicklung, weil das Kunststoffgehäuse der Abgasladepumpe im Rhythmus der Druckwellen ein mächtiges Ballern erzeugt. Auch zählt der Giannelli-Schalldämpfer nicht gerade zu den Leisetretern.
Den Gewinn an Leistung und Drehmoment wollte Arno Hofmann mithilfe einer längeren Sekundärübersetzung in eine Minderung des Verbrauchs umsetzen. Gegenüber der Standard-RC mit dem gleichen Übersetzungsverhältnis gelingt dies nicht. Verglichen mit einem Motorrad, das mit einem konventionellen Antrieb aus einem größeren Hubraum eine ähnliche Leistung schöpft, sieht der ALP-Motor besser aus. Eine Honda NC 750 zum Beispiel verbrauchte auf der MOTORRAD-Testrunde 3,4 Liter auf 100 Kilometer. Dieser Wert entspringt keinem direkten Vergleich, der Vorteil ist deshalb nicht zu hoch zu bewerten. Andererseits muss man berücksichtigen, dass der ALP-Motor von einem Kleinbetrieb entwickelt wurde, während die NC-Motoren mit der geballten Entwicklungsmacht des weltweit größten Motorradherstellers für geringen Benzinverbrauch konzipiert und optimiert wurden. Während sich die ALP-KTM RC 390 also nur bedingt durch geringeren Benzinverbrauch profilieren konnte, wirkte ihr kräftiger, spritziger Motor durchaus überzeugend. Man könnte sie für eine temperamentvolle RC 450 oder RC 500 halten. Und das ist keine schlechte Basis für weitere Entwicklungsschritte.
