Dichtmittel

15.07.2011 12:02 Uhr

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Abgasklappen

In immer mehr Abgasanlagen von Pkw und Nfz finden sich pneumatischoder elektrisch betätigte Klappen. Die Recherche von asp, unterstützt vonMS Motor Service, kommt auf neun unterschiedliche Einsatzgebiete.

Emissionsreduzierung, Komfort- und bei Tuning auch Genusssteigerung sind die Hintergründe für den Ein-satz von Klappen in Abgasanlagen. Mög-lich sind pneumatische oder elektrische Betätigung. Bei der pneumatischen Betätigung bedient man sich des Unterdrucks im Saugrohr oder erzeugt von einer Vakuumpumpe, der elektrisch über ein so ge- nanntes Elektro-Umschalt-Ventil geschaltet wird (vgl. Bild auf Seite 15). Elektrische Betätigung erlaubt statt digitaler (offen oder geschlossen) analoge (stufenlose) Verstellung über den gesamten Verstell-bereich und vereinfacht die Überwachung, zum Beispiel im Rahmen der OBD. Zum Teil motornaher Einbau und die damit verbundenen Temperaturschwankungen, Lastwechsel, Abgaspulsation und Spritzwasserkontakt erfordern bei Konzipierung und Konstruktion einer Abgasklappe ein umfangreiches Pflichtenheft. Beispiele:

Mehr als 1.000.000 Schaltspiele

Temperaturspektrum: minus 40 Grad Celsius Außentemperatur bis 950 Grad Celsius Abgastemperatur

externe Dichtheit: maximal 1 Liter pro min (Außentemperatur: 20 Grad Cel-sius, Druckdifferenz: 300 Millibar)

interne Dichtheit: max. 30 Kilogramm pro Stunde (Außentemperatur: 20 Grad Celsius, Druckdifferenz: 300 Millibar)

Einbauort: z. T. motornah, Unterbodenbereich, nicht spritzwassergeschützt

Dauerhaltbarkeit: >1 Mio. Schaltspiele

zulässiger Verschleiß der Lagerwelle (axial, radial): <100 Mikrometer

Eine Recherche von asp Auto Service Praxis bei MS Motor Service, der Ersatzteilsparte der Rheinmetall-Tochter Kol-benschmidt Pierburg, ergab neun unterschiedliche Einsatzgebiete von Abgasklappen (vgl. Infokasten auf Seite 15). Hier die neun Einsatzgebiete im Einzelnen:

Der Überbegriff Sound-Design trifft gleich auf mehrere Einsatzgebiete zu, so zum Beispiel auf Geräuschreduzierung von sportlichen Fahrzeugen im Stand und bei niedrigen Ge- schwindigkeiten. Die Abgasklappe dient hier zur Variation von Rohrquerschnitten, Schalldämpfervolumina oder Schallwegen. In diesem Zusammenhang zu nennen ist auch die Abschaltung von Zylindern bei Motoren mit sechs und mehr Zylindern. Um in den Phasen der Zylinderabschaltung die Motorakustik möglichst beizu-behalten, kommt eine Abgasklappe zum Einsatz, die in einer exakt definierten Position den Strömungsquerschnitt der Abgasanlage reduziert. Effekt: Der Motor klingt ähnlich wie im Normalbetrieb ohne Zylinderabschaltung. Zylinderabschaltung in bestimmten Lastbereichen bringt Ver-brauchs- und somit Emissionsreduzierungen bis zu 15 Prozent mit sich.

Ein zweiter Überbegriff, der gleich auf mehrere Einsatzgebiete zutrifft, ist Thermomanagement. Hier geht es einerseits um die Umleitung des Abgases nach dem Kaltstart, sofern ein Wärmetauscher in der Abgasanlage verbaut ist, der für schnellere Erwärmung des Motorkühlmittelkreislaufs sorgt – mit Verbrauchs-, Emissions- und Verschleißreduzierungen als angestrebte Folgen. Thermomanagement-Anwendung Nummer zwei ist die Regelung der Ein-trittstemperatur am DeNOx-Katalysator, was diesen mit hohem Wirkungsgrad ar- beiten lässt und vor Überhitzung schützt. Letzteres verzögert die Kat-Alterung. Die Arbeitsweise der Abgasklappe: Steigt die Temperatur über einen zuvor definierten Schwellwert, wird mehr Abgas über eine Kühlstrecke geleitet. Bei wieder sinkender Temperatur schließt die Klappe und der Kat wird direkt vom Abgas angeströmt.

Sequenzielle Turboaufladung

Um bei Motoren mit Abgasturboaufladung das so genannte Turboloch zu vermeiden, setzt man in letzter Zeit vermehrt sequenzielle Aufladung durch zwei unterschiedlich dimensionierte Lader ein. Während ein kleinerer Turbolader bereits auf ge- ringe Massenströme anspricht und somit für geringe bis mittlere Motordrehzahlen zuständig ist, arbeitet der größere Lader bei mittleren bis hohen Drehzahlen und Massenströmen effektiv. Der Übergang ist fließend. Hierfür sorgen Abgasklappen, die, auf die besonders hohen Temperaturen vor den Turboladern ausgelegt, den Abgasstrom in Abhängigkeit von Motordrehzahl und -last zum jeweils aktiven Turbolader leiten. Ergebnis der sequenziellen Aufladung ist nahezu verzögerungsfreie Beschleunigung, und das be- reits bei niedrigen Drehzahlen.

Niederdruck-Abgasrückführung

Künftige Emissionsgrenzwerte erfordern unter anderem erhöhte Abgasrückführungsraten. Abgasrückführung (AGR) reduziert die Brennraumtemperatur und somit die Stickoxidbildung. Ein Mittel zur Erreichung gesteigerter Massenströme auf niedrigem Temperaturniveau ist Niederdruck-AGR (Entnahme hinter DPF und Einleitung vor Lader statt Entnahme vor und Einleitung nach Lader). Niederdruck-AGR erfordert Drosselung des Abgasstroms an der Entnahmestelle, was mit einer stufenlos steuerbaren Abgasklappe (elektrische Ansteuerung) erfolgt.

In AGR-Systemen von Nutzfahrzeugen (Lkw und Omnibusse) kommt zusätzlich eine spezielle Art von Abgasklappen zum Einsatz: Rückschlagventile. Deren Blatt-federn aus Edelstahl werden bei einem mit 2.500/min laufenden Sechszylinder bis zu 3.740 mal betätigt – bei Temperaturen bis 180 Grad Celsius und Druckdynamiken von maximal 1.300 bar/s. Nicht zu vergessen das aggressive Kondensat.

Neben den genannten Einsatzgebieten, die allesamt ab Werk in Frage kommen, existiert auch ein Einsatzgebiet im Aftermarket: Tuning. Hier geht es erneut um das Thema Sound-Design, jedoch quasi mit umgekehrten Vorzeichen: Nicht Ge- räuschreduzierung im Stand und bei niedrigen Geschwindigkeiten, sondern Ge- räuschintensivierung bei mittleren und höheren Geschwindigkeiten. Auch hierzu taugt eine Klappe in der Abgasanlage.

MS Motor Service mit Sitz in Neuenstadt und Dormagen (www.ms-motor-service.com) vertreibt die vom Schwester-unternehmen Pierburg entwickelten und gefertigten Abgasklappen im Aftermarket. Hinzu kommt die gesamte Palette an ty- pischen Dienstleistungen – von Produkt- und Serviceinformationen bis zum Servicetelefon. Peter Diehl