Auspuffanlage

Endschalldämpfer eines PKW

Teil einer Auspuffanlage mit zwei Endschalldämpfern

Endschalldämpfer eines Motorrades

Die Abgasanlage eines Verbrennungsmotors im Kraftfahrzeug wird als Auspuff (Mz. Auspuffe) bezeichnet.

Aufbau

Die Bestandteile eines gängigen Pkw mit Ottomotor sind in Richtung des Abgasstroms:

• Abgaskrümmer
• Hosenrohr
• Vorschalldämpfer / Katalysator
• Mittelschalldämpfer
• Endschalldämpfer
• Endrohr

Bei kleineren Motoren wie zum Beispiel bei Mofas mündet der Krümmer direkt in den Endschalldämpfer.

Abgaskrümmer

Der Abgaskrümmer wird direkt mit dem Zylinderkopf verbunden. Die Abdichtung erfolgt durch geprägte Metalldichtungen oder durch beschichtete Gewebedichtungen. Der Krümmer besteht aus Grauguss oder Edelstahl. Die Form variiert zwischen einem einfachen Sammelrohr und komplizierten Formen, die die Auslasskanäle in unterschiedlicher Weise zusammenfasst. Wann und welche Auslasskanäle zusammengelegt werden, ist abhängig von der Zylinderanzahl, der Zündfolge und der Bauweise des Motors. An Motoren mit Aufladung werden die Abgasstränge, zum Beispiel vor dem Turbolader zusammengefasst. Bei der Konstruktion von Fächerkrümmern werden die Abgasrohre bis zur Zusammenführung möglichst gleichlang ausgelegt. Diese Form verhindert eine negative Beeinflussung des Ladungswechsels. Sollte das Zusammenführen der Abgase nach dem Krümmer noch nicht abgeschlossen sein, folgt dem Abgaskrümmer ein Hosenrohr. Bei den einfachen Varianten entfällt dieses Bauteil. Um die strengen Abgasnormen und eine weitere Senkung des Kraftstoffverbrauchs zu erreichen, gibt es bei neueren Motoren eine Abgasrückführung. Das Ventil dafür sitzt am Abgaskrümmer und verbindet diesen mit dem Ansaugsystem.

Hosenrohr

Das Hosenrohr wird starr mit dem Abgaskrümmer verschraubt. Die Abdichtung erfolgt wie am Krümmer. Der Name “Hosenrohr“ wird von der meist zweiflutigen Bauweise, ähnlich einer Hose, abgeleitet. Wie bei einer Hose enden die Eingänge in einem einzigen Ausgang. Die Lambdasonde findet sich häufig am Ende des Hosenrohrs. Hier werden früh die erforderlichen Temperaturen für die richtige Funktion erreicht. Der Übergang zum nächsten Bauteil, dem Katalysator, erfolgt über eine flexible Verbindung. Das kann ein flexibler Metallschlauch sein oder eine Konus- bzw. Kugelabdichtung sein. Diese Verbindung entkoppelt die Schwingungen und Wankbewegungen des Motors von der am Unterboden befestigten Auspuffanlage.

Katalysator

Der Katalysator ist das Bauteil, das beim Zusammenspiel mit der Lambdasonde die Abgase filtert. Der so genannte Kat hat eine tonnenförmige Form mit trichterförmigen Ein- und Ausgang. Von unten wird der Katalysator mit einem angeschweißten Blech gegen Spritzwasser geschützt. Innen befindet sich ein poröser Keramikblock mit kleinen parallel zur Längsachse verlaufenden Kanälen. Dieser Monolith ist mit den Edelmetallen Platin, Rhodium und Palladium beschichtet und bewirkt eine chemische Reaktion im Abgas.

Rußfilter

Bei Dieselmotoren werden immer häufiger Partikelfilter eingesetzt. Der Aufbau, mit einem inneren Monolith, gleicht einem normalen Katalysator. Der Ruß mit den anhaftenden polyzyklischen Aromaten wird jedoch im Filter gesammelt durch das Zumengen von Additiven zum Kraftstoff oder Erwärmung des Filter über die Zündtemperatur in regelmäßigen Abständen abgebrannt.

Vor- und Mittelschalldämpfer

Bevor die Katalysatortechnik in unseren Kraftfahrzeugen Einzug hielt, waren an Stelle des Katalysators die Mittel- oder Vorschalldämpfer verbaut. Mittelschalldämpfer absorbieren den Schall durch den Einsatz von Dämmmaterial. Der Aufbau ähnelt einer Tonne. Das Abgasrohr geht gerade durch die Deckel der Tonne hindurch. Im Inneren ist das Rohr gelocht und ändert seinen Querschnitt. Der Raum zwischen Rohr und Außenwandung ist mit Stahlwolle, Basaltfasern oder, bei noch älteren Fahrzeugen, mit asbesthaltigen Fasern gefüllt. Durch das perforierte Rohr wird der Abgasstrom geweitet, verlangsamt und die Schwingungen abgeschwächt.

Vor allem Zweitakt-Motoren, wie beim Trabant, besitzen zusätzlich zum Mittelschalldämpfer auch noch einen Vorschalldämpfer. Dieser hat keine Schallisolierung, sondern erweitert den Abgasstrom und reflektiert die Schallwellen, so dass sich diese durch Interferenz gegenseitig verstärken. Es entsteht ein Sog, der das Ausströmen der Verbrennungsgase aus dem Brennraum begünstigt.

Endschalldämpfer

Im Endschalldämpfer vereinen sich die Bauweisen von Vorschalldämpfer (Reflexionsschalldämpfer) und Mittelschalldämpfer (Absorptionsschalldämpfer). Seine äußere Form variiert zwischen den verschiedenen Fahrzeugen, um sich deren Unterboden anzupassen. Im Inneren ist der Endschalldämpfer in mehrere nach außen gedämmte Kammern unterteilt. Das Abgas wird so gezwungen, sich in mehrere unterschiedlich lange Teilströme aufzuspalten, wodurch sich die Schallwellen teilweise gegenseitig auslöschen (Interferenzeffekt durch phasenverschobene Überlagerung). Im Ergebnis steht eine hohe Dämpfung bei einem geringen Gegendruck. Entwickler von Auspuffanlagen können durch genau definierte Querschnitte und Formen die Geräuschkulisse und die Motorleistung beeinflussen.

Verlegung

Die Bauteile der Auspuffanlage werden mit dem Auspuffrohr verbunden. An bestimmten Stellen zwischen den Bauteilen sind die Rohre ineinander gesteckt. Mit einer Rohrschelle werden sie befestigt und abgedichtet. Aus Kostengründen werden heutigen Auspuffanlagen bei Neuwagen als Einzelteil eingebaut. Das heißt, die Rohre zwischen den Bauteilen (Katalysator, Schalldämpfer) sind fest miteinander verschweißt. Zum Austausch einzelner Komponenten müssen die Rohre abgesägt werden. Die Ersatzteile werden wieder mit Rohrschellen befestigt. Auspuffrohre werden bei Straßenfahrzeugen unter dem Fahrzeug bis hinter die Personenkabine verlegt, um ein Vordringen der Abgase zu den Insassen zu verhindern. Bei Lastkraftwagen kann der Auspuff daher schon zwischen den Achsen enden. Bei größeren Motoren, wie 6-, 8- oder 12-Zylinder-V-Motoren, sind die Abgasanlagen von vorn bis hinten zweiflutig (mit zwei Rohren) ausgelegt. Entweder sind Katalysatoren und Endschalldämpfer dann ebenfalls zweiflutig oder doppelt vorhanden. Die Rohre und die Schalldämpfer werden elastisch mit Gummis am Unterboden befestigt. Das verhindert Risse in der Anlage und das Übertragen von Schwingungen auf die Karosserie. Der Unterboden ist zum Schutz gegen Hitze im Bereich des Auspuffs mit Zink- oder Aluminiumblechen verkleidet. Bei manchen LKW, Bussen, Traktoren und anderen Sonderfahrzeugen werden die Abgase nach oben geleitet. So wird das Anblasen von Personen oder Gegenständen vermieden. Bei PKW, die nicht in Ländern mit Rechtsverkehr hergestellt werden (z.B. Japan), ist es deshalb häufig zu beobachten, dass das Endrohr zum Gehsteig weist. Hängen die Endrohre oder Endschalldämpfer rechts und links an den Seiten spricht man von Sidepipes. Diese sind in Deutschland nach der StVZO nicht erlaubt.

Aufgaben

Animation zur Aufgabe des Schalldämpfers als Resonanzauspuff bei Zweitaktmotoren

Zwei Hauptaufgaben des Auspuffs sind die Ableitung der Verbrennungsabgase aus dem Fahrzeug und die Dämpfung der Druckstöße, die bei der explosionsartigen Verbrennung in den Brennräumen entstehen, um die Schallemission zu reduzieren.

Bei genauerer Betrachtung der Vorgänge, welche beim Betrieb eines Verbrennungsmotors stattfinden, kommt dem Auspuff eine wichtige Bedeutung zu. Der Auspuff hat einen deutlichen Einfluss auf das zur Verfügung stehende Drehmoment im nutzbaren Drehzahlbereich des Antriebsaggregates. Im Motorsport, wo die Leistungs- und Kraftentfaltung im Vordergrund steht wird das besonders ausgenutzt.

Der Auspuff ist passiv am Ladungswechsel beteiligt, indem seine Form die in ihm stattfindenden Schwingungen der Auspuffgase bestimmt. Diese Schwingungen können das Ausströmen der Verbrennungsgase aus dem Brennraum bei geöffnetem Auslassventil unterstützen, ihnen aber auch entgegenwirken. Der Sog kann dabei so stark sein, dass selbst das Einströmen der Frischgase bei gleichzeitig geöffnetem Auslassventil unterstützt wird. Durch entsprechende Auslegung des Auspuffsystems und Abstimmung anderer Komponenten wie Steuerzeiten lässt sich aber auch die Füllung der Brennräume erhöhen, und gleichzeitig der Verbrauch senken, indem die Spülverluste gering gehalten werden. Der Gasfluss wird dabei durch den negativen Teil der Gasschwingung erst unterstützt, um beim darauffolgenden positiven Teil die Gase zurückzudrücken, bevor das Ventil geschlossen wird. Dieses Prinzip bildet auch die Basis, um einen Zweitaktmotor überhaupt betreiben zu können, da bei ihm der Ladungswechsel hauptsächlich durch strömungstechnische Vorgänge bestimmt wird. Es gibt keine Ventile, und der Kolben kann das Ausströmen der verbrannten Gase durch seine Hubbewegung nicht oder nur sehr wenig unterstützen.

Im Bereich Auspuffherstellung gibt es eine Vielzahl von produzierenden Firmen. Zu den bekanntesten gehören z.B. Hamann, Remus-Sebring und Bosal.

Literatur

• Wilfried Staudt: Handbuch Fahrzeugtechnik Band 1. 1. Auflage, Bildungsverlag EINS, Troisdorf, 2005, ISBN 3-427-04520-X
• Peter Gerigk, Detlev Bruhn, Dietmar Danner: Kraftfahrzeugtechnik. 3. Auflage, Westermann Schulbuchverlag GmbH, Braunschweig, 2000, ISBN 3-14-221500-X
• 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

Siehe auch

• Comprexlader
• Ventilsteuerung
• Resonanzauspuff

Weblinks

• Technik-Wissen: Abgas