Abgasanlage

Eine Abgasanlage dient dazu, die Abgase einer kontrollierten Verbrennung in einem Motor oder Ofen abzuleiten . Das gesamte System transportiert die Verbrennungsgase vom Motor ab und umfasst ein oder mehrere Abgasrohre . Je nach Systemkonstruktion können die Abgase durch eines oder mehrere der folgenden Rohre strömen:

• Zylinderkopf und Abgaskrümmer
• Ein Turbolader zur Steigerung der Motorleistung.
• Ein Katalysator zur Reduzierung der Luftverschmutzung .
• Ein Schalldämpfer (Nordamerika/Australien) / Schalldämpfer (Großbritannien/Indien) zur Geräuschreduzierung .

Ein Abgasrohr muss sorgfältig konstruiert sein, um giftige und schädliche Gase von den Benutzern der Maschine wegzuleiten. Generatoren und Öfen in Innenräumen können einen geschlossenen Raum schnell mit giftigen Abgasen wie Kohlenwasserstoffen , Kohlenmonoxid und Stickoxiden füllen , wenn sie nicht ordnungsgemäß nach außen abgeleitet werden. Da die Abgase der meisten Maschinen zudem extrem heiß sind, muss das Rohr hitzebeständig sein und darf nicht durch oder in die Nähe von brennbaren oder hitzeempfindlichen Materialien verlaufen. Ein Schornstein ist ein Abgasrohr in einem festen Gebäude. Bei Verbrennungsmotoren ist es wichtig, dass das Abgassystem für optimale Effizienz „abgestimmt“ ist (siehe auch: abgestimmter Abgasauspuff ). Es muss außerdem den jeweiligen nationalen Normen entsprechen. In China gilt beispielsweise die Norm China 5, in europäischen Ländern die Norm Euro 5 und in Indien die Norm BS-4.

Bei den meisten Motorrädern ist die Auspuffanlage ganz oder größtenteils sichtbar und kann als optisches Merkmal verchromt sein . Zubehörauspuffanlagen können aus Stahl, Aluminium, Titan oder Kohlefaser gefertigt sein.

Motorradauspuffanlagen gibt es in vielen Varianten, abhängig vom Motortyp und Einsatzzweck. Zweizylinder-Motorräder können über zwei separate Auspuffrohre verfügen, wie beispielsweise die Kawasaki EX250 (in den USA auch als Ninja 250 oder GPX 250 bekannt), oder über ein einzelnes Auspuffrohr, das als 2-in-1-Anlage bezeichnet wird. Vierzylinder-Maschinen, Supersportler wie die Kawasaki ZX-Serie, die Honda CBR-Serie, die Yamaha YZF-Serie (später R6 und R1) und die Suzuki GSX-R, sind oft mit einer Doppelauspuffanlage ausgestattet. Eine Komplettanlage, auch 4-2-1 oder 4-1 genannt, ist als Zubehör erhältlich. Früher wurden diese Motorräder serienmäßig mit einem einzelnen Auspuffschalldämpfer ausgeliefert. Diese Praxis hielt bis Anfang der 2000er-Jahre an, als EU-Lärm- und Abgasvorschriften die Hersteller zwangen, andere Methoden zur Leistungssteigerung der Motorräder anzuwenden.

Bei vielen Lkw ist die Abgasanlage ganz oder größtenteils sichtbar, oft mit einem senkrechten Auspuffrohr. Üblicherweise ist der Schalldämpfer bei solchen Fahrzeugen von einer perforierten Metallhülle umgeben, um Verbrennungen durch Berührung des heißen Schalldämpfers zu vermeiden. Diese Hülle kann aus optischen Gründen verchromt sein . Ein Teil des Rohrs zwischen Motor und Schalldämpfer besteht häufig aus flexiblem Metallrohr, das die Übertragung von Motorvibrationen auf die Abgasanlage verhindert. Manchmal ist ein großes Diesel-Auspuffrohr senkrecht angebracht, um die heißen, giftigen Abgase weit von Personen wegzuleiten; in solchen Fällen verfügt das Auspuffrohrende oft über eine klappbare Metallklappe, die das Eindringen von Schmutz, Vögeln und Regenwasser verhindert.

Früher waren die Abgasanlagen von Lastwagen in Großbritannien üblicherweise unter dem Fahrgestell versteckt.

Bei einem Zweitaktmotor , wie er beispielsweise in Motocross-Motorrädern verwendet wird , nutzt eine Ausbuchtung im Auspuffrohr, die sogenannte Expansionskammer, den Abgasdruck, um eine Art Pumpe zu bilden , die während des Ansaugtakts mehr Luft und Kraftstoff in den Zylinder presst. Dies sorgt für höhere Leistung und bessere Kraftstoffeffizienz. Siehe auch Kadenzeffekt .

Mit einem eingebauten Diesel- oder Benzinmotor unter Deck von Seeschiffen:

• Durch die Isolierung des Auspuffrohrs wird eine Überhitzung des Maschinenraums verhindert, wo die Arbeiter zur Wartung des Motors eingesetzt werden müssen.
• Die Zufuhr von Wasser in das Abgasrohr kühlt die Abgase und verringert so den Abgasgegendruck an den Zylindern des Motors. Im Schiffsbetrieb ist der Abgaskrümmer häufig in einen Wärmetauscher integriert, der es ermöglicht, ein geschlossenes Frischwassersystem, das im Motor zirkuliert, mit Seewasser zu kühlen.

Bei Außenbordmotoren ist das Abgassystem üblicherweise ein vertikaler Kanal durch die Motorstruktur, und um Geräusche außerhalb des Wassers zu reduzieren, wird der Ausstoß unter Wasser, manchmal durch die Mitte des Propellers, erzeugt.

Bei den meisten Serienmotoren ist der Abgaskrümmer eine Baugruppe, die die Abgase von zwei oder mehr Zylindern in einem Rohr sammelt. Serienmäßige Krümmer bestehen häufig aus Gusseisen . Sie weisen oft materialsparende Konstruktionsmerkmale auf, wie z. B. minimalen Metalleinsatz, geringsten Platzbedarf oder niedrigste Produktionskosten. Diese Konstruktionsbeschränkungen führen häufig zu einer kostengünstigen Lösung, die die Abgase nicht optimal abführt. Ineffizienzen entstehen in der Regel durch die Funktionsweise des Verbrennungsmotors und seiner Zylinder. Da die Zylinder zu unterschiedlichen Zeitpunkten zünden, verlassen die Abgase sie auch zu unterschiedlichen Zeitpunkten. Druckwellen, die durch die aus einem Zylinder austretenden Abgase entstehen, können beim Zünden des nächsten Zylinders möglicherweise nicht vollständig durch das Abgassystem abgeführt werden. Dies erzeugt Gegendruck und einen Widerstand im Abgassystem des Motors, wodurch dessen Leistungspotenzial eingeschränkt wird.

Ungeachtet der negativen Eigenschaften von Abgasauslasskonfigurationen aus Stahlrohr wählen Ingenieure, die Motorkomponenten entwerfen, konventionelle Abgaskrümmer aus Gusseisen, da diese positive Eigenschaften aufweisen, wie beispielsweise eine Reihe von Wärmemanagementeigenschaften und eine überlegene Langlebigkeit gegenüber jeder anderen Art von Abgasauslasskonstruktion.

Ein Krümmer ist ein speziell für optimale Leistung ausgelegter Abgasstrom. ^{[ 1 ]} Bei der Konstruktion achten Ingenieure nicht auf Gewicht oder Kosten, sondern auf einen optimalen Abgasstrom. Dadurch wird ein Krümmer geschaffen, der die Abgase effizienter aus den Zylindern abführt . Krümmer bestehen in der Regel aus kreisförmigen Stahlrohren mit Krümmungen und Biegungen, die so berechnet sind, dass die Wege von den Auslasskanälen der einzelnen Zylinder zum gemeinsamen Auslass alle gleich lang sind und in spitzen Winkeln zusammenlaufen. Dies fördert die Druckwellen, die durch den Auslass strömen und nicht zurück zu anderen Zylindern. Bei abgestimmten Krümmern werden die Rohrlängen präzise berechnet, um den Abgasstrom in einem bestimmten Drehzahlbereich zu optimieren .

Eine gängige Methode zur Steigerung der Motorleistung ist der Einsatz verbesserter Abgaskrümmer. ^{[ 2 ]} Die Leistungssteigerung resultiert häufig aus einem größeren Rohrquerschnitt (wodurch der Abgaswiderstand verringert wird) und einer optimierten Rohrlänge, die die Abgasabführung durch die Druckwelle verbessert . Bei Reihenvierzylinder- und V8-Motoren sind Abgaskrümmer üblicherweise entweder in 4-2-1-Bauweise ausgeführt (wobei die vier Rohre zunächst in zwei und diese beiden Rohre anschließend in ein einzelnes Rohr zusammengeführt werden) oder in 4-1-Bauweise (wobei die vier Rohre direkt in ein einzelnes Rohr zusammengeführt werden).

Fächerkrümmer werden üblicherweise von Zubehörfirmen für die Automobilindustrie hergestellt , sind aber mitunter auch in der Abteilung für Hochleistungsteile von Autohäusern erhältlich . Die meisten Tuning-Fans bevorzugen Fächerkrümmer von Herstellern, die sich auf die Produktion zuverlässiger, kostengünstiger und gut konstruierter Fächerkrümmer speziell für ihre Fahrzeuge spezialisiert haben. Alternativ können Fächerkrümmer auch von einer Fachwerkstatt individuell angefertigt werden. Aufgrund der verwendeten Hightech-Materialien kann dies jedoch kostspielig sein. Eine Abgasanlage lässt sich für viele Fahrzeuge individuell anfertigen und ist in der Regel nicht auf den jeweiligen Motor oder dessen Konstruktion abgestimmt, außer dass sie fest mit dem Motor verbunden werden muss. Dies wird üblicherweise durch die korrekte Dimensionierung in der Konstruktionsphase und die Auswahl der passenden Dichtungsart und -größe für den Motor erreicht.

Einige Systeme (sogenannte Katalysatorlose oder De-Cat- Systeme) verzichten auf den Katalysator. In den USA ist der Einbau eines Katalysators gesetzlich vorgeschrieben. ^{[ 3 ] [ 4 ]} Fahrzeuge, die in den USA ausschließlich im Gelände eingesetzt werden, dürfen nicht ausgebaut werden. ^{[ 5 ]} Hauptaufgabe eines Katalysators im Automobilbereich ist die Reduzierung schädlicher Emissionen von Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxid und Stickoxiden in die Atmosphäre. Er wandelt die Schadstoffe aus den Abgasen in Wasser und Kohlendioxid um. ^{[ 6 ]} Katalysatoren benötigen eine bestimmte Zündtemperatur, um effizient zu arbeiten. ^{[ 7 ]}

Verstopfte oder nicht für den erforderlichen Durchfluss ausgelegte Katalysatoren können Gegendruck verursachen. In solchen Fällen kann eine Aufrüstung oder der Ausbau des Katalysators die Leistung bei hohen Drehzahlen steigern. Der Katalysator ist jedoch für die Abgasreinigungssysteme des Fahrzeugs unerlässlich. Daher kann ein nicht normgerechtes Produkt die Verkehrssicherheit des Fahrzeugs beeinträchtigen. ^{[ 8 ]}

Das Rohr, das alle einzelnen Komponenten der Abgasanlage verbindet, wird als Abgasrohr bezeichnet. Ist der Durchmesser zu klein, verringert sich die Leistung bei hohen Drehzahlen. ^{[ 9 ]} Ein zu großer Rohrdurchmesser kann das Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen reduzieren und dazu führen, dass die Abgasanlage tiefer liegt, wodurch das Risiko einer Beschädigung während der Fahrt steigt. ^{[ 10 ]}

Bei Fahrzeugen mit zwei Abgasanlagen wird häufig ein Verbindungsrohr verwendet, um die beiden Rohre zu verbinden. Typische Ausführungen von Verbindungsrohren sind ein rechtwinkliges Rohr (H-Rohr, aufgrund seiner Form) oder abgewinkelte Rohre, die sich langsam vereinigen und wieder trennen (X-Rohr).

Original- Schalldämpfer reduzieren typischerweise den Geräuschpegel am Auspuff, indem sie Schallwellen an der Vorder-, Rückseite und den Seiten des Schalldämpfers reflektieren. ^{[ 11 ]} Sie sind so konstruiert, dass sie die gesetzlich vorgeschriebenen maximal zulässigen Geräuschpegel einhalten. Allerdings stellen einige Original-Schalldämpfer eine erhebliche Quelle für Abgasgegendruck dar.

Glasspack-Schalldämpfer (auch „Kanonen“ oder „Hotdogs“ genannt) sind Durchgangsschalldämpfer, die aus einem perforierten Innenrohr, einem massiven Außenrohr und einer Glasfaser-Schalldämmung zwischen den beiden Rohren bestehen. Sie weisen oft einen geringeren Abgasgegendruck als Original-Schalldämpfer auf, sind aber relativ ineffektiv bei der Geräuschreduzierung. Ein weiterer gängiger Schalldämpfertyp ist der Kammerschalldämpfer. Er besteht aus einer Reihe konzentrischer oder exzentrischer Rohre im Inneren der Expansionskammer. Der Schall dringt in diese Rohre ein und wird an den geschlossenen, flachen Rohrenden reflektiert. Diese Reflexionen heben sich teilweise gegenseitig auf und reduzieren so den Schallpegel.

Resonatoren sind Rohrabschnitte, die sich auf einen größeren Durchmesser erweitern und die Schallwellen an den Wänden reflektieren und auslöschen lassen, wodurch der Geräuschpegel reduziert wird. Resonatoren können in Schalldämpfern oder als separate Komponenten in einer Abgasanlage eingesetzt werden.

Bei Lkw befindet sich der Schalldämpfer manchmal quer unter der Vorderseite des Fahrerhauses, und das Auspuffrohr mündet seitlich zur Beifahrerseite (rechts bei Linksverkehr , links bei Rechtsverkehr ). Die Seite eines Pkw, auf der der Auspuff unterhalb der hinteren Stoßstange austritt, gibt in der Regel den Zielmarkt an: Japanische und britische Fahrzeuge haben den Auspuff rechts, damit er in Ländern mit Linksverkehr am weitesten vom Bordstein entfernt ist, während europäische Fahrzeuge den Auspuff links haben.

Das Auspuffendrohr, das in der Regel als einziger sichtbarer Teil der Abgasanlage am Fahrzeug ins Freie mündet, ist oft gerade oder abgewinkelt, kann aber auch eine dekorative Endkappe aufweisen. Diese Endkappe ist mitunter verchromt . Sie hat häufig einen größeren Durchmesser als der Rest der Abgasanlage. Dadurch wird der Abgasdruck reduziert, und die Endkappe dient mitunter auch der optischen Aufwertung des Fahrzeugs.

In den späten 1950er-Jahren war es in den USA Mode, die hintere Stoßstange mit einer Öffnung an jedem Ende für den Auspuff zu versehen. Zwei Auslässe symbolisierten V8-Motoren. Viele teure Fahrzeuge (Cadillac, Lincoln, Imperial, Packard) waren mit dieser Konstruktion ausgestattet. Eine Begründung dafür war, dass Luxuswagen damals einen so langen hinteren Überhang hatten, dass das Auspuffrohr beim Überfahren von Rampen den Boden berührte. Diese Mode verschwand jedoch, nachdem Kunden feststellten, dass im Heckbereich des Fahrzeugs ein Unterdruck herrschte, der Ruß aus dem Auspuff sammelte und dessen Säuregehalt die verchromte Stoßstange angriff.

Bei Bussen , Lastwagen , Traktoren oder Baggern mit senkrechtem Auspuffrohr (sogenannte Auspuffrohre hinter dem Fahrerhaus ) ist das Ende manchmal gebogen oder mit einer Klappe versehen, die vom Gasstrom beiseite geblasen wird, um zu verhindern, dass Fremdkörper (einschließlich Vogelkot, der von einem Vogel stammt, der sich auf das Auspuffrohr setzt, wenn das Fahrzeug nicht in Betrieb ist) in das Auspuffrohr gelangen.

Bei manchen Lkw, bei denen der Schalldämpfer längs unter dem Fahrgestell angeordnet ist, ist das Auspuffrohr nach unten gerichtet. Dadurch werden Personen in der Nähe eines stehenden Lkw vor dem direkten Abgasstrahl geschützt, allerdings wird beim Fahren auf trockenem, staubigem Untergrund, wie beispielsweise auf einer Baustelle , häufig Staub aufgewirbelt .

Als Folge der Schwierigkeiten bei der Anpassung von Abgasrohren mit großem Durchmesser an den Unterboden von Fahrzeugen mit Leiterrahmen- oder Leiterrahmenkonstruktion und veränderter Fahrwerksgeometrie entwickelten sich sogenannte „Lake Pipes“ zu einem Abgastyp für Fahrzeuge mit Frontmotor. Diese wurden von spezialisierten Motorsportmotorenspezialisten der 1930er, 1940er und 1950er Jahre entwickelt, deren Fokus auf der Optimierung des akustischen Effekts von Hochleistungsverbrennungsmotoren lag. Der Name leitet sich von ihrer Verwendung auf den riesigen, ausgetrockneten Seebecken nordöstlich von Los Angeles County ab . Dort fertigten, tauschten und testeten Motorenspezialisten einteilige Krümmer mit unterschiedlichen Wandstärken – abhängig von Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Höhenlage und den zu erwartenden klimatischen Bedingungen.

Da sich aus praktischen Gründen kein direkter Leistungszuwachs erzielen ließ, entwickelten sich sogenannte „Lake Pipes“. In der Regel verliefen die Abgaskrümmer direkt aus den vorderen Radkästen und stellten somit eine Erstickungsgefahr für den Rennfahrer dar. Daher wurden „Lake Pipes“ entwickelt, die vom Krümmerflansch entlang der Schweller, an der Unterseite des Fahrzeugs und unterhalb der Türen verlaufen. Dies ermöglichte (1) Fahrwerksentwicklern eine niedrigere Fahrzeughöhe, die für Geschwindigkeitsrekordversuche ausreichte, und (2) Motorentwicklern den einfachen und flexiblen Austausch verschiedener Abgaskrümmer, ohne das Fahrzeug anheben zu müssen, wodurch der Eingriff in den Unterboden entfiel.

Die Entwicklung von Karosseriebauweisen mit Leiterrahmen hin zu Superleggera , selbsttragender Karosserie und Monocoque sowie die Abgasnormen machten Lake Pipes als Leistungssteigerungsoption überflüssig. Für moderne Fahrzeuge bieten sie keinen nennenswerten Leistungszuwachs; Lake Pipes sind rein ästhetische, meist verchromte Zubehörteile. Manche ermöglichen es dem Fahrer, die Abgase wahlweise über die Serienabgasanlage oder durch die Lake Pipes zu leiten. Andere sind mit Abdeckkappen ausgestattet , die mit Befestigungselementen am Ende der Auspuffendrohre angebracht werden und dazu dienen, (1) die Abgasanlage bei Nichtgebrauch zu verschließen und/oder (2) zu signalisieren, dass die Lake Pipes lediglich kosmetischer Natur sind.

Die Abgasanlage ab dem Krümmer (auch Header-Back-Anlage genannt ) umfasst den Bereich vom Krümmerausgang bis zum Endrohr, das ins Freie mündet – also alles ab dem Krümmer. Header-Back-Systeme werden üblicherweise als Nachrüst -Leistungssysteme für Fahrzeuge ohne Turbolader angeboten .

Die Turbo-Back-Anlage (oder Abgasanlage ab Katalysator ) ist ein Teil der Abgasanlage, der vom Auslass des Turboladers bis zum Abgasauslass ins Freie reicht. Turbo-Back-Systeme werden üblicherweise als Nachrüst -Leistungssteigerungssysteme für Fahrzeuge mit Turbolader angeboten. Einige Turbo-Back- (und Header-Back-)Systeme ersetzen den serienmäßigen Katalysator, während andere einen geringeren Abgasgegendruck aufweisen.

Die Bezeichnung „Cat-Back“ (auch „Cat-Back“ oder „Cat-Back “) bezieht sich auf den Teil der Abgasanlage vom Ausgang des Katalysators bis zum Endschalldämpfer. Dies umfasst im Allgemeinen das Rohr vom Katalysator zum Schalldämpfer, den Schalldämpfer selbst und das letzte Rohrstück bis zum Freiraum.

Cat-Back-Auspuffanlagen verwenden in der Regel Rohre mit größerem Durchmesser als die Serienanlage. Um den Abgasgegendruck zu reduzieren, sind die in diesen Kits enthaltenen Schalldämpfer oft Glasspacks . Wenn die Anlage eher auf Optik als auf Funktionalität ausgelegt ist, kann sie so abgestimmt sein, dass sie die tiefen Geräusche von drehzahlstarken Motoren mit kleinem Hubraum verstärkt .

Abgasnachbehandlungssysteme sind Vorrichtungen oder Verfahren zur Erfüllung von Emissionsvorschriften .

• Katalysator
• Abgasrückführung (AGR)
• Dieselpartikelfilter (DPF)
• Dieselabgasflüssigkeit (DEF oder AdBlue)
• Kohlenstoffabscheidung und -speicherung
• Selektive nichtkatalytische Reduktion (SNCR)
• Schrubber

Nachrüst-Auspuffteile können die Spitzenleistung durch Reduzierung des Abgasgegendrucks erhöhen . ^{[ 12 ] [ 13 ]} Der Einsatz solcher Teile kann unter Umständen zum Erlöschen der Herstellergarantie führen. Die EU- Gruppenfreistellungsverordnung 1400/2002 verbietet Herstellern jedoch, Garantieansprüche abzulehnen, sofern die Nachrüstteile hinsichtlich Qualität und Spezifikationen den Originalteilen entsprechen. ^{[ 14 ]}

Viele Automobilhersteller bieten Abgasanlagen-Upgrades als Teil ihrer Motoroptimierung an. Diese sind oft relativ teuer, da sie in der Regel den Austausch des gesamten Abgaskrümmers oder anderer wichtiger Bauteile beinhalten. Solche Upgrades können jedoch die Motorleistung verbessern, indem sie den Abgasgegendruck und den Wärmeverlust im Motorraum reduzieren. Dadurch sinkt die Temperatur im Motorraum und folglich auch die Temperatur des Ansaugkrümmers, was die Leistung steigert. Zudem werden hitzeempfindliche Bauteile vor Schäden geschützt.

Der Abgasgegendruck wird am häufigsten durch den Austausch der Abgaskrümmer gegen Fächerkrümmer reduziert, die glattere Krümmungen und in der Regel größere Rohrdurchmesser aufweisen.

Die Abgaswärmeableitung trägt dazu bei, die von Abgasrohr und -komponenten abgestrahlte Wärme zu reduzieren. Eine gängige Lösung für nachträgliche Verbesserungen ist die Verwendung einer Keramikbeschichtung , die mittels thermischem Spritzen als Hitzeschild aufgebracht wird . Dies reduziert nicht nur Wärmeverluste und den Abgasgegendruck, sondern schützt die Abgasanlage auch effektiv vor Verschleiß, thermischer Zersetzung und Korrosion.

Durch Tuning kann das Geräusch der Abgasanlage, der sogenannte Auspuffklang , verändert werden . ^{[ 15 ]}

• 
  Abgasrohr eines großen Lkw
• 
  Abgasrohr eines Müllsammelfahrzeugs
• 
  Doppelauspuffrohre, die am Schalldämpfer eines Autos befestigt sind
• 
  Abgasanlage eines Diesel-Teleskoparmfahrzeugs
• 
  Unterseite eines Autos, die das Abgassystem zeigt

• Fahrzeugemissionskontrolle
• Expansionskammer
• Emissionen von Kraftfahrzeugen
• Stickoxidsensor
• British Leyland Motor Corp. gegen Armstrong Patents Co. – Rechtsstreit um das Recht zur Lieferung von Nachrüst-Abgasanlagen
• Abgaswärmemanagement
• Zircotec

• Media related to Exhaust systems at Wikimedia Commons