Themen:
- Ansaugkrümmer
- Luftimpulse im Ansaugkrümmer
- Helmholtz-Resonator
- Ansaugkrümmer mit Drallklappen
- Ansaugkrümmer mit variabler Länge
- DISA-Ventil
- Auspuffkrümmer
Ansaugkrümmer:
Der Ansaugkrümmer ist zwischen dem Ansaugrohr des Luftfilters und dem Motor montiert. Die Krümmerrohre werden direkt am Ansaugtrakt des Motors, direkt an den Einlassventilen, montiert. Bei Ottomotoren mit indirekter Einspritzung ist die Einspritzdüse ebenfalls im Ansaugkrümmer montiert. Dieser Injektor sprüht das Benzin direkt auf das Einlassventil.
Ein Ansaugkrümmer besteht nicht nur aus einer Ansammlung von Rohren. Seine Form und Ausführung müssen der einströmenden Luft möglichst wenig Widerstand bieten. Alle Zylinder müssen die gleiche Luftmenge erhalten. Die Einlassrohre sollten daher bei allen Zylindern gleich lang sein. Der Ansaugstutzen besteht in der Regel aus Kunststoff, da dieser günstiger und weniger anfällig für Erwärmungen durch hohe Temperaturen ist als beispielsweise Metall. Die Luft im Ansaugkrümmer muss möglichst kühl bleiben.
Luftimpulse im Ansaugkrümmer:
Bei geöffnetem Einlassventil wird die Luft mit hoher Geschwindigkeit angesaugt. Der Luftdurchsatz im Ansaugkrümmer ist hoch. Beim Schließen des Einlassventils kollidiert die noch nicht in den Zylinder eingelassene Luft mit dem Einlassventil und verursacht einen Druckanstieg. Dieser Druckanstieg verursacht eine Wellenbewegung im Ansaugrohr, die sich entgegen der Strömungsrichtung der Luft im Ansaugrohr bewegt. Wenn das Einlassventil im Moment der Rückkehr der Druckwelle öffnet, liegt maximale Zylinderfüllung vor; Die Druckwelle sorgt dafür, dass zusätzliche Luft in die Brennkammer gelangt. Dies ist jedoch fast nie der Fall, da die Motordrehzahl variiert und das Einlassventil daher fast nie im optimalen Moment für die Druckwelle öffnet. Bei einem längeren Ansaugkrümmer dauert es weniger Zeit, bis die Druckwelle zum Einlassventil zurückkehrt, als bei einem kurzen Ansaugkrümmer. Aus diesem Grund ist es sinnvoll, die Länge des Ansaugrohrs an die Betriebsbedingungen des Motors anpassen zu können (siehe Abschnitt „Ansaugrohr mit variabler Länge“ oder die Verwendung eines sogenannten Helmholtz-Resonators).
Helmholtz-Resonator:
Ein Helmholtz-Resonator ist eine Resonanzkammer, die Druckwellen empfängt, die durch das Schließen des Einlassventils entstehen. Der Resonator ist nichts anderes als eine geschlossene Luftkammer, die mit dem Luftansaugschlauch zwischen Luftmassenmesser und Drosselklappe verbunden ist. Ein Beispiel für einen Helmholtz-Resonator ist in der Abbildung durch einen roten Pfeil gekennzeichnet.
Die in den Resonator eindringenden Druckwellen werden zum Einlassventil zurückreflektiert. Die Druckwellen begünstigen die Bewegung der Luft nach innen, so dass letztendlich ein höherer Füllgrad erreicht wird. Der Resonator sorgt außerdem dafür, dass das Ansauggeräusch gedämpft wird und der Motor dadurch leiser wird. Der Motor wird dadurch leistungsstärker und leiser.
Ansaugstutzen mit Drallklappen:
Bei Dieselmotoren kommen teilweise Ansaugkrümmer mit Drallventilen zum Einsatz. Diese Ventile sorgen für die Verwirbelung der einströmenden Luft. Bei niedrigen Geschwindigkeiten kann die Luftgeschwindigkeit so niedrig sein (da der Turbo noch nicht die Drehzahl erreicht hat), dass der Luftwirbel nicht ausreicht, um eine gute Vermischung mit dem Dieselkraftstoff zu gewährleisten. Der Einspritzdruck ist hiervon getrennt. Würden die Ventile nicht funktionieren, wäre die Vermischung mit dem Kraftstoff und damit auch die Endverbrennung nicht optimal. Das bedeutet, dass der Motor mehr Kraftstoff verbraucht, weniger Leistung produziert und Ruß ausstößt.
Wenn die Wirbelventile eingeschaltet werden müssen, wird der Saugnapf aktiviert, wodurch sich die Steuerstange von links nach rechts bewegen kann. Durch Verschieben der Steuerstange können die Ventile in die gewünschte Position gebracht werden.
Ansaugkrümmer mit variabler Länge:
Bei der Konstruktion eines Motors muss die Länge der Ansaugkanäle des Ansaugkrümmers berücksichtigt werden. Die Länge der Einlasskanäle bestimmt die Druckimpulse, die beim Öffnen und Schließen des Einlassventils entstehen (siehe Abschnitt über Luftimpulse). Wenn diese Ansaugkanäle immer lang sind, hat der Motor bei niedrigen Drehzahlen ein hohes Drehmoment, bei hohen Drehzahlen wird die Durchzugskraft jedoch immer geringer. Und umgekehrt: Sind diese immer zu kurz, hat der Motor erst bei höherer Drehzahl ausreichend Drehmoment und Leistung. Durch die Verwendung eines variablen Ansaugkrümmers wird die Länge je nach Fahrbedingungen angepasst. Hier sind die 2 Situationen:
- Langes Ansaugrohr: Indem die Luft über eine längere Distanz bewegt und der Durchmesser des Rohrs kleiner gemacht wird, erhält die Luft eine höhere Geschwindigkeit. Dies ist bei hoher Drehzahl mit geringer Last oder niedriger Drehzahl mit hoher Last (mehr Drehmoment) sehr vorteilhaft.
- Kurzes Ansaugrohr: Die Luft legt jetzt eine kürzere Strecke zurück und sorgt für eine bessere Zylinderfüllung bei niedriger Geschwindigkeit mit geringer Last und bei hoher Geschwindigkeit mit hoher Last (mehr Leistung).
DISA-Ventil:
Das DISA-Ventil findet sich in Ansaugkrümmern von BMW. DISA steht für: Differenzierte SaugAnlage. Das DISA-Ventil sorgt dafür, dass der Luftstrom bei bestimmten Motordrehzahlen an verschiedenen Stellen des Ansaugkrümmers blockiert werden kann. Dadurch wird der Ansaugkrümmer in zwei Teile geteilt. Unten finden Sie eine Erklärung mit drei Bildern.
Bei niedrigen oder mittleren Geschwindigkeiten ist das DISA-Ventil geschlossen. Vom Drosselklappengehäuse strömt die Luft direkt zum Zylinder 1. Indem die Ansaugluft über einen Abschnitt des Krümmers zum Einlassventil geleitet wird, entsteht eine höhere Luftgeschwindigkeit. Durch diese höhere Luftgeschwindigkeit kommt es zu einer Verwirbelung der Luft und eine bessere Vermischung mit dem eingespritzten Kraftstoff ist möglich.
Beim Schließen der Einlassventile von Zylinder 1 entsteht eine Druckwelle. Da das Ventil geschlossen ist, muss die Druckwelle einen langen Weg durch die Resonanzrohre zurücklegen, um zu den Einlassventilen von Zylinder 5 zu gelangen. Die Druckwelle hat nun keinen Einfluss mehr auf den Luftstrom der angesaugten Luft durch Zylinder 5.
Bei höheren Motordrehzahlen öffnet das DISA-Ventil. Durch die nun verlängerte Ansauglänge wird eine höhere Leistung bei höheren Geschwindigkeiten erreicht.
Die angesaugte Luft durchströmt beide Resonanzkammern. Der Rückprall der Luft nach dem Schließen des Einlassventils von Zylinder 1 sorgt für den Vortrieb der zum Zylinder 5 strömenden Luft; der Füllstand des Zylinders 5 wird dadurch erhöht.
Abgaskrümmer:
Auch der Abgaskrümmer besteht nicht nur aus einem Bündel Rohre. Je schneller die Abgase abströmen können, desto besser. Dabei kommt es nicht nur auf den Strömungswiderstand an. Schließlich muss auch das Öffnen und Schließen der Auslassventile berücksichtigt werden.
Beispiel: Ein Vierzylinder hat die Zündfolge 1-2-4-3. Wenn das Auslassventil des zweiten Zylinders öffnet, ist das des ersten noch geöffnet. Da die Auslassphase von Zylinder 2 erst beginnt, strömt das Gas mit einem höheren Druck aus als bei Zylinder 1.
Wenn der Krümmer nicht die richtige Form und den richtigen Durchmesser hat, kommt es zu Interferenzproblemen der Abgase. Die Abgase von Zylinder 1 können denen von Zylinder 2 entgegenwirken. Bei richtiger Konstruktion tritt jedoch das Gegenteil ein und die Gase aus Zylinder 1 helfen dabei, die restlichen Abgase aus Zylinder 2 abzuleiten. Dies ist insbesondere bei einem sogenannten Spaghetti-Verteiler der Fall (im Bild unten).
Einige Benzin- und die meisten Dieselmotoren verfügen über einen weiteren Abgasturbo am Verteiler montiert. Dieser wird möglichst kurz nach dem Bogen im Krümmer montiert, um die ausströmende Luft möglichst wenig zu verlangsamen.
Der höllische Lärm eines Motors ohne Abgasschalldämpfer entsteht dadurch, dass die Abgase mit großem Druck und hoher Geschwindigkeit ausströmen und die Luft in Schwingungen versetzen. A Schalldämpfer sollte diesen Druck und diese Geschwindigkeit reduzieren.
