So steigern Performance-Abgassysteme die Motorleistung

Eine gut konzipierte Hochleistungsabgasanlage kann die Motorleistung um bis zu etwa drei Prozent steigern.

Nach einem auffälligen Radsatz gibt es wahrscheinlich nichts, was Getriebefans, die ihr Fahrzeug individuell gestalten möchten, mehr lieben als das kernige Dröhnen einer Hochleistungsauspuffanlage. Der Auspuffsound verleiht dem Auto nicht nur Charakter, auch das Herumspielen mit etwas, das versteckte Motorkraft zu entfesseln verspricht, wirkt geradezu mystisch.

Allerdings ist das Auspuffdesign eine dynamischere Wissenschaft, als ein paar Rohre aneinanderzureihen und ein paar laute Schalldämpfer und schicke Auspuffendrohre anzubringen.

Früher wurde eine Hochleistungsauspuffanlage allgemein als „Free-Flow“-Auspuff bezeichnet, wobei einige Tuner glaubten, dass die besten Systeme diejenigen seien, die den Abgasstrom nicht einschränkten. Wir wissen jetzt, dass dies in den meisten Fällen nur eine untergeordnete Rolle bei der Freisetzung von PS spieltMotoren.

Krümmerrohre mit abgestimmter Länge, oft mit gewundener Führung, die tatsächlich Abgase aus der Brennkammer spülen, sind die leistungsstärksten Abgassysteme für Saugmotoren. Für Motoren mit Turbolader gelten eigene Regeln.

Die Abstimmung einer Abgasanlage auf eine bestimmte Anwendung ist eine individuelle Herausforderung. Der Hubraum, die Größe des Auslassventils, das Ansaugsystem, das Nockenprofil, das Design der Auslassöffnung und der Drehzahlbereich spielen bei der Entscheidung, welche Form das Abgassystem haben soll, eine Rolle. Allgemeine Faustregeln sind leicht zu verstehen, doch bei der richtigen Anwendung wird es schwierig.

Bei laufendem Motor werden Hoch- und Niederdruckwellen manipuliert, um die verbrannten Gase aus der Brennkammer zu entfernen. Um das günstigste Druckgleichgewicht zwischen Einlass und Auslass zu erreichen, nutzt ein ordnungsgemäß konstruierter Sammlersatz zwei verschiedene Spülmechanismen: Trägheitsspülung und Wellenspülung.

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Die Trägheitsspülung entsteht durch die Trägheit der Gase, die beim Öffnen des Auslassventils aus der Brennkammer in das Primärrohr des Sammelrohrs verteilt werden.

Nach Angaben des Performance-Abgasspezialisten Hooker Headers liegt die optimale Abgasgeschwindigkeit für die beste Leistungsabgabe bei etwa 300 Fuß pro Sekunde. Wenn ein Motor also ein 36-Zoll-Primärrohr hat, würde der Auspuff 1/100 Sekunde dauern „Impuls“, um durch die Röhre zu gelangen.

Selbst bei geschlossenem Auslassventil bewegt sich das Gas aufgrund seiner Trägheit weiterhin mit einer Geschwindigkeit von 300 Fuß pro Sekunde durch das Auslassrohr. Mit dem Energieverlust des Kühlgases nimmt jedoch auch die Geschwindigkeit ab. Dies ist einer der Gründe dafür, den Turbolader bei Aufladungsmotoren so nah wie möglich am Auslassventil zu platzieren – wie man an den verschiedenen „Hot-V“-Motoren sehen kann, die auf den Markt kommen.

Hinter diesem Hochdruckimpuls befindet sich ein Bereich mit niedrigem Druck, der sich weiter ausdehnt, je weiter sich das Gas vom Ventil entfernt. Sobald der letzte Abgasimpuls das Ende des Primärrohrs erreicht, steht das gesamte verbrauchte Gas in diesem bestimmten Sammelrohr unter demselben niedrigen Druck.

Der Rennmotorenbauer Reher-Morrison Racing Engines entwirft seine leistungsorientierten Systeme auf der Grundlage der Beziehung zwischen dem Durchmesser des Primärkrümmerrohrs und der Abgasgeschwindigkeit.

Der Schlüssel dazu liegt in der Auswahl eines Rohrdurchmessers, der die Freiflussleistung von Rohren mit großem Durchmesser mit der überlegenen Spülung von kleinen Hochgeschwindigkeitssammlern in Einklang bringt. Die optimalen Durchmesser reichen normalerweise von 1-3/4 Zoll bis 1-7/8 Zoll für kleinere Motoren mit geringer Leistung und bis zu 2-3/8 Zoll Rohren für Motoren mit großem Hubraum und hoher Leistung.

Darüber hinaus ist es durch Variation der Länge des Sammlers möglich, die Zeit zu manipulieren, die der Niederdruckbereich hinter der Welle benötigt, um den Sammler zu erreichen, worum es beim „Tuning“ von Sammlerrohren geht.

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Im Gegensatz zur Trägheitsspülung hängt die Wellenspülung nicht von der physikalischen Bewegung der Abgase ab. Stattdessen beruht es auf dem Druck der (Schall-)Welle, die beim Öffnen und Schließen des Auslassventils entsteht.

Beim Öffnen beginnt sich eine Druckwelle mit einer Geschwindigkeit von mehr als 18.500 Zoll pro Sekunde vom Ventil weg auszubreiten – schneller als die Schallgeschwindigkeit, die auf Meereshöhe etwa 13.397 Zoll/Sekunde beträgt

Nach der gleichen Theorie, die die Bewegung von Schallwellen in einer Orgelpfeife regelt, wird eine negative Stoßwelle erzeugt, wenn die Schallwelle am Ende des Primärrohrs ankommt und zur Auslassöffnung zurückreflektiert wird. Indem die Länge des Sammlers so abgestimmt wird, dass diese Unterdruckwelle bei geöffnetem Ventil eintrifft, werden verbrauchte Gase aus der Brennkammer gespült.

Wenn dieser Niederdruckbereich in ein anderes Primärrohr für einen Zylinder übergeht, bei dem sich das Auslassventil gerade erst zu öffnen beginnt, hilft dieser Niederdruckbereich dabei, Abgase aus diesem Zylinder abzusaugen. Hier ist der Verbrennungsmotor im Vorteil, da weniger Restabgase im Brennraum verbleiben, die die einströmende Frischkraftstoff- und Luftfüllung verunreinigen können.

Diese abgestimmte Länge ist spezifisch für eine bestimmte Frequenz, die direkt von der Motordrehzahl bestimmt wird. Infolgedessen erhöht ein abgestimmter Krümmer die Motorleistung nur über einen relativ engen Drehzahlbereich, möglicherweise über mehrere verschiedene Geschwindigkeitsbereiche, und wie bei einer Orgelpfeife gilt: Je höher die Geschwindigkeit/Frequenz, desto kürzer die Pfeife. Die meisten Rennmotoren funktionieren am besten mit Primärrohren zwischen 28 und 30 Zoll Länge.

In der mystischen Welt des Motortunings, in der Verbesserungen oft im einstelligen Bereich gemessen werden, kann die Steigerung der Motorleistung um zwei bis drei Prozent, die eine Hochleistungsauspuffanlage normalerweise ermöglicht, nicht ignoriert werden.

Als Ingenieur mit über 40 Jahren Erfahrung in der Automobilindustrie bringt es Peter Els in einem Satz auf den Punkt: „Automobilingenieur von Beruf, Getriebebauer von Beruf.“ Von seinem Zuhause an der Ostküste Südafrikas aus verbringt Peter die meiste Zeit mit der Analyse und dem Schreiben über Autos und die spannenden Technologien, die die Zukunft der Mobilität vorantreiben. Er teilt seine Erkenntnisse, Meinungen und Erfahrungen in mehreren Online-Publikationen, darunter einer monatlichen Kolumne auf dem hoch angesehenen Automotive IQ-Portal, Artikeln zu FutureCar, Robotics Business Review und Produktrezensionen zum Car Fix Book. Wenn er nicht gerade über Autos schreibt, ist Peter ein begeisterter Motorsportfan. Nachdem er zehn Jahre lang Motorradrennen gefahren ist, fährt er immer noch gerne auf der Rennstrecke – wenn auch jetzt auf vier statt auf zwei Rädern.