DTW-Abgassysteme
Ausgearbeitet in Kooperation mit Meisterwerke Autosport
Hubraum ist durch nichts zu ersetzen – außer durch noch mehr Hubraum!
Wer kennt es nicht, dieses oft bemühte Zitat? Und wie wahr es doch ist – aber dazu an anderer Stelle mehr!
Die Leistungsoptimierung von Saugmotoren ist leider nicht wie in unseren heutigen Turbo-Zeiten über einen einfachen Datensatz oder einfach nur den Austausch der „Downpipe“ mit strömungsoptimierten Katalysatoren zu realisieren. Etwas mehr Ladedruck hier, etwas weniger Zellen im Katalysator – schon haben wir ein einfaches Rezept für mehr Leistung. Nein, so simpel ist das bei luftgekühlten Sechszylindern leider nicht – und genau darin liegt unsere Herausforderung.
Saugmotoren
Wer das Optimum aus seinem luftgekühlten Sechszylindermotor herausholen will, muss die Sache schon etwas fundierter angehen.
Kein Geheimnis ist, dass populäre Maßnahmen wie eine Hubraumerweiterung, Zylinderkopfbearbeitung, Erhöhung der Verdichtung, Veränderungen auf der Ansaugseite, Kennfeld-Optimierungen (bei elektronischer Motorsteuerung) sowie und VOR ALLEM der Austausch der Abgasanlage als erste Wahl in Betracht kommen.
Auslegung
Beim Thema Abgasanlage haben wir uns in den zurückliegenden Jahren der Herausforderung gestellt, den technischen Wirkmechanismen dieser „sagenumwobenen Sache“ intensiv auf den Grund zu gehen.
Basis unserer Entwicklung ist eine kleine, selbst geschriebene Berechnungssoftware, die auf der Grundlage von empirisch ermittelten Formeln die Zielgrößen der Ladungswechsel-Optimierung genau bestimmt. Das heißt konkret: Rohrlängen, Durchmesser, Art der Sammlergeometrie, Schalldämpferaufbau, et cetera.
Eine Fächerkrümmer-Sportabgasanlage muss für eine optimale Funktion zwingend die motorspezifischen Eigenschaften wie Hubraum, Steuerzeiten – hier vor allem den Zeitpunkt der Ventilüberschneidung – sowie einen festgelegten Arbeitspunkt berücksichtigen. Sekundär, aber nicht weniger bedeutend, sind die Rohrführung, die Geometrie der Sammler und kleine Besonderheiten wie die Durchmessersprünge (so genannte „Steps“): dazu später mehr!
Es gibt hierzu in der Theorie strömungsmechanische Formeln, welche zur Auslegung der Rohrdimensionen angewendet werden können. Darüber hinaus findet man nach eingängiger Literaturrecherche empirisch ermittelte Kenngrößen, sprich: auf dem Prüfstand validierte formelmäßige Zusammenhänge, die es erlauben, die Strömungsmechanik optimal zu bestimmen.
Wir haben uns zur Entwicklung der Abgasanlage all diese teilweise „historischen“ Dokumentationen genau angeschaut und in ein Kalkulationstool übertragen. Diese Berechnungsmethode bildet für uns die Basis für eine in Leistung und Drehmoment optimierte Auslegung.
Wir konnten schon bei den ersten Prototypen im Jahr 2015 Leistungsmessungen durchführen, die zu einem zu einer Drehmoment-Spitze von 365 Newtonmetern und über 318 PS geführt haben. Gemessen wurde dies an einem 3,6-Liter-Motor mit veränderter Motronic und einer 304°-Schrick-Nockenwelle bei einer Verdichtung von 11,5 : 1.
Neben der Ermittlung der korrekten Rohrdurchmesser und Rohrlängen haben wir eine weitere strömungsmechanische Optimierung umgesetzt. Unsere Krümmer haben nach einer definierten Länge noch im Primärrohr einen Wandstärkensprung. Das ist fertigungstechnisch mit etwas mehr Aufwand verbunden, zahlt sich jedoch in einer gesamthaften Anhebung des Drehmomenten- und Leistungsbandes aus. Dieser Sprung, auch „Step“ genannt, bewirkt von der Theorie letztlich dasselbe wie eine korrekt gewählte Primärrohrlänge – nämlich eine Reduktion des Drucks im Abgas durch eine sogenannte induzierte Druckwelle. Diese wird am „offenen Rohrende“ reflektiert und hilft durch den so genannten Stoßaufladungseffekt (engl. „pulse tuning“) dem Motor, eine effizientere Füllung mit Frischgas zu erzielen.
Somit erzeugen wir, kurz gefasst, eine Ladungswechseloptimierung. Die „zurücklaufende“ Unterdruckwelle sollte nach idealer Auslegung zum Zeitpunkt der Ventilüberschneidung am Auslassventil anliegen, um beim Auslassöffnen (AÖ) einen zusätzlichen Sog/Unterdruck in den Brennraum zu bringen, um dadurch die oben beschriebene Ladungswechseloptimierung durch effizientere Spülung und schnelleres Nachströmen des Frischgases zu gewährleisten. Diese Theorie muss auch bei sehr fundierter theoretischer Auslegung durch einige Prüfstandsläufe in der Praxis validiert werden.
Qualität
Wo die Herausforderung neben der maximalen Leistungsausbeute in einem ausgewogenen Klangbild lag, ist darüber hinaus eine ideale technische Integration in den Motorraum zu leisten.
Unsere Mission war von Anfang an, maximale Qualität an unsere Kunden zu liefern.
Hierzu haben wir einen recht aufwendigen Computerunterstützten Entwicklungsprozess gewählt.
Wir haben mittels 3D Vermessung mit unserem Artec-Photogrammetrie-Scanner ein dreidimensionales, virtuelles Computermodell des Komplettfahrzeugs, insbesondere des Motorraums, erstellt.
Auf Basis dieses Bauraummodells ist eine CAD-Konstruktion erstellt worden, die – ohne benachbarte Komponenten zu berühren oder zu nahe an wärmeempfindlichen Bauteilen (wie einer Antriebswellenmanschette oder Ölleitungen – integriert worden ist.
Der weitere Vorteil besteht darin, dass wir alle Bauteile der Abgasanlage als virtuelles Datenmodell zur Verfügung hatten und somit eine komplett CNC-gestützte Fertigung der Einzelteile gewährleisten konnten. Die Hüllen der Endschalldämpfer werden zunächst aus einer Edelstahlplatine gelasert und im Folgeprozessschritt auf einer CNC-Kantbank in Form gebogen. Somit ist später ein Bauteil exakt wie das andere.
Für die schallabsorbierenden Komponenten verwenden wir eine spezielle Glasfaser-Dämmmatte in Verbindung mit einem nichtmagnetischem Edelstahlgewebe. Diese Materialien haben beide eine Hochtemperatur-Spezifikation und sind hitzebeständig bis 1200° Celsius. Die Herkunft ist tatsächlich Deutschland, so können wir die Lieferkette und Qualität zurückverfolgen.
Somit stellen wir sicher, dass auch nach langjährigem Betrieb die Anlage innerhalb der gesetzmäßig zulässigen Geräuschgrenzen bleibt.
Die Rohrbögen sind teilweise gepresst und somit hochpräzise in ihren Innen- und Außenmaßen gefertigt. Die Primärrohre werden CNC-gebogen, alle anderen Rohrstücke, wie zum Beispiel der Sammler, werden bei einem Partner 3D-CNC-gelasert.
Wir können über diese Fertigungsmethode auch mittelgroße Stückzahlen in relativ kurzer Zeit herstellen.
Die Einzelteile werden nach einem definierten Arbeitsablauf (wärmespannungsoptimierte Schweißreihenfolge) zunächst WIG-geschweißt und später bei der Montage aller Einzelteile über drei separat vermessene Lehren zu einer Komplettanlage zusammengefügt.
Der finale Produktionsschritt ist die Komplettierung der Gesamtanlage auf einer Lehre, die die spätere Montagesituation am Fahrzeug berücksichtigt. Das bedeutet: Wir lehren hier die sechs Auslassflansche sowie die Montageposition vor der Auslieferung final ab. Der Vorteil hieraus ist, dass jede Anlage ohne Nacharbeit direkt aus dem Karton vom Kunden verbaut werden kann.
Es werden bei der Lieferung alle notwendigen, teilweise in Eigenregie entwickelten Montagematerialien (teilweise Ersatz von Originalteilen) mitgeliefert, zum Beispiel unser „Spacersystem“ zur Feineinstellung der Endschalldämpferposition an der neuen, mitgelieferten Edelstahl-Motortraverse.
Performance
Die beiden 200-Zeller-Katalysatoren stammen aus dem Hause HJS. Wir haben uns bewusst gegen 100-Zeller entschieden – aufgrund der Empfehlung durch HJS, auf 200-Zeller zu setzen. Wir können somit eine maximale Langlebigkeit sicherstellen.
Der Unterschied zwischen 100 Zellen und 200 Zellen im Katalysator ist in der Spitzenleistung ist messbar – allerdings nicht pauschal. Dies ist motorspezifisch, eine Größenordnung hier sind aber als Daumenwert zwischen drei und fünf PS aus unserer eigenen Erfahrung.
Auch aufgrund der doch nicht ganz einfach zu erfüllenden „Euro 2“-Emissionsanforderungen haben wir diesen Kompromiss zugunsten der höheren Qualität und einer maximalen Langlebigkeit im Sinne des Kunden entschieden.
Das System ist nach vielen bestätigten Leistungprüfstands-Messungen in der Lage, bei 3,6-/3,8-sowie 4,1-l-Motoren Leistungen zwischen 315 PS bis über 400 PS zu liefern. Hier muss erwähnt werden, dass jeder Motor aufgrund spezifischer Motor-/Einzelteil-Toleranzen und/oder Änderungen der Nockenwellen, Verdichtung, Drosselklappe und weiterer Komponenten keine seriöse pauschale Angabe zulässt, bei welcher „Endleistung man später rauskommt“. Wir können aber davon ausgehen, dass in Verbindung mit einer Lambda-Kennfeldanpassung Mehrleistungen zwischen 35 und 45 PS realistisch sind. Diese Werte (und auch weitaus höhere) haben wir auch schon mehrfach real gemessen – nachfolgend ein Prüfstandprotokoll von Falcos 1991er Carrera 2 3.6 Liter. Die Hardware-Veränderungen sind auf dem Messprotokoll vermerkt.
Unsere Abgassysteme sind inzwischen auch mehrfach im Sporteinsatz auf verschiedenen Rundkursen in der Praxis erprobt worden.
Die spezifische Herausforderung besteht darin, den extremen Anforderungen vom hohen Volllast-Anteilen dauerhaft standzuhalten.
Einige Rennstrecken erlauben den Betrieb von zu lauten Fahrzeugen nicht. Ein Beispiel hierfür ist der BILSTER BERG. Wir konnten im Jahr 2021 bei einem Videodreh mit zwei Fahrzeugen, ausgestattet mit unseren Abgasanlagen, unterhalb der zulässigen Dezibel-Grenze bleiben. Der BILSTER BERG gilt als eine der restriktivsten Strecken, was die Geräuschgrenze und ihre stetige Überwachung angeht.
Der krönende Abschluss und Ritterschlag unserer Testfahrten waren zweifelsohne der Videodreh, bei der Walter Röhrl – persönlich am Volant – das ausgewogene Klangbild und die gute Verarbeitung der Abgasanlage würdigte.
