Funktion

Porsche 918 Spyder KlappenauspuffWie die umgangssprachlich verwendete Bezeichnung Klappenauspuffanlage verrät, ist im Endschalldämpfer eine Klappe integriert, die geöffnet und geschlossen werden kann. Dabei gibt es unterschiedliche Ausführungen. Ab Werk bestellbare Klappenabgasanlagen haben meist eine automatische Klappensteuerung verbaut, welche die Klappe ab einer gewissen Drehzahl, Geschwindigkeit oder Last öffnet. So bleibt diese unter anderem beim morgendlichen Kaltstart sowie im Geschwindigkeitsbereich zwischen 50-70 km/h geschlossen, um die gesetzlichen Lärmvorschriften einzuhalten. Erst wenn die Auspuffklappe geöffnet wird, strömen die Abgase durch ein durchgängigeres und weniger gedämmtes Rohr (mit größerem Durchmesser) bzw. werden am schallgedämpften Teil der Anlage vorbeigeleitet und der Klang wird deutlich lauter sowie voluminöser. Bei den ab Werk erhältlichen Klappenauspuffanlagen von Porsche befindet sich zusätzlich eine Taste im Innenraum, mit der die Steuerung der Auspuffklappen möglich ist. Modelle wie der VW Golf R oder BMW M135i besitzen zwar serienmäßig auch eine Auspuffklappe, diese erhält die Impulse jedoch vom CAN BUS System und lässt sich nicht manuell bedienen.

Die drei Arten von Auspuffklappen: Unterdruckgesteuert, Überdruckgesteuert und elektrisch

Generell gibt es drei Möglichkeiten, wie eine Auspuffklappe arbeitet: per Unterdruck, Überdruck oder mittels eines Elektromotors. Dabei bestehen die beiden erstgenannten Systeme aus einer Auspuffklappeneinheit, die über eine Betätigungsstange mit der dazugehörigen Unterdruck- bzw. Überdruckdose verbunden ist. Bei Saugmotoren ergibt sich der Öffnungswinkel der Abgasklappe durch den Unterdruck, der sich bei laufendem Motor in der Ansaugbrücke bildet. Um die Klappe öffnen und schließen zu können, wird ein elektronisch gesteuertes Magnetventil in die Unterdruckleitung integriert, welche die Ansaugbrücke mit der Abgasklappe verbindet. Bei geschlossenem Magnetventil gelangt kein Unterdruck zur Abgasklappe, so dass diese geschlossen bleibt. Wird das Magnetventil per Knopfdruck oder Fernbedienung geöffnet, bewirkt der Unterdruck ein Öffnen der Auspuffklappe. Beim Schließen des Magnetventils wird der Unterdruck wieder abgebaut und die Klappe geht zu. Hier ein kurzes Video zur Erklärung des Arbeitsprinzips der unterdruckgesteuerten Abgasklappe:

Bei Turbo- und Kompressormotoren existieren einige Unterschiede in der Funktionsweise. Da sich der Unterdruck nur kurz beim Starten und während des Fahrens im unteren Drehzahlbereich ohne Last sowie im Stand oder beim Gangwechseln bildet, ist es notwendig, neben dem Magnetventil und dem Rückschlagventil noch einen Unterdruckspeicher einzubauen. Ohne diesen kann die Abgasklappe beim Betrieb des Motors im Lastbereich sonst nur 1x geöffnet oder geschlossen werden. Befindet man sich im Leerlauf oder im Standgas, liegt allerdings wieder permanent Unterdruck an, so dass die Klappe beliebig oft geöffnet und geschlossen werden kann. Wird der Motor gestartet und arbeitet im Saugbetrieb, gelangt der Unterdruck in den Unterdruckspeicher. Das Magnetventil bleibt noch geschlossen. Baut sich anschließend Ladedruck auf, verhindert das Rückschlagventil ein Entweichen des Unterdrucks aus dem Unterdruckspeicher beziehungsweise der Unterdruckleitung. Per Knopfdruck oder via Fernbedienung wird nun das Magnetventil geöffnet und die Klappe geht ebenfalls auf. Beim Schließen des Magnetventils schließt auch die Klappe wieder, da kein Unterdruck mehr zu ihr geleitet wird. Folgendes Video illustriert das Prinzip.

Beim Turbomotor lässt sich die Auspuffklappe auch über den Ladedruck regeln

Alternativ besteht bei Turbomotoren die Möglichkeit, die Auspuffklappe per Überdruck, das bedeutet mit dem in der Ansaugbrücke befindlichen Ladedruck zu steuern. Je nach Härtegrad, der in Überdruckdose verbauten Feder, öffnet sich die Abgasklappe ab 0,5-1,1 bar. Fällt der Ladedruck unter den jeweiligen Schwellwert, schließt die Klappe wieder. Um das Öffnungsverhalten der Auspuffklappe zu beeinflussen, kann ein Magnetventil in die Überdruckleitung eingebaut werden. Ist dieses geschlossen, so bleibt auch die Klappe unabhängig vom anliegenden Ladedruck, geschlossen. Erst wenn das Magnetventil geöffnet wird, geht die Klappe auf. Beim erneuten Schließen, geht die Klappe wieder zu (dabei kann trotzdem der volle Ladedruck vorhanden sein). Zur Veranschaulichung ein kurzes Video.

Die Variante per Elektromotor findet in den letzten Jahren vermehrt Anwendung, besonders bei ab Werk, sprich von den Automobilherstellern, verbauten Klappenabgasanlagen. Hier sorgt ein Elektromotor dafür, dass sich die Klappe öffnet und schließt. Dabei werden einerseits Parameter wie Last, Drehzahl und ausgewähltes Fahrprogramm (zum Beispiel Sport-Modus), als auch die gesetzlichen Richtlinien berücksichtigt.

Eine richtige Klappenauspuffanlage ist individuell steuerbar

Wer nachträglich eine klappengesteuerte Auspuffanlage verbaut, kann diese durch einen im Innenraum montierten Schalter selbst Öffnen und Schließen. Es gibt auch Anlagen, die (von außen oder innen) per Fernbedienung bedienbar sind. So können die Auspuffklappen beispielsweise bei nächtlichen Ortsdurchfahrten geschlossen werden, um kein öffentliches Ärgernis zu erregen. Die dritte Möglichkeit ist die Steuerung in Abhängigkeit vom Staudruck. Darunter versteht man den Widerstand, der sich den Abgasen beim Entweichen aus dem Motor entgegenstellt. Je nach Drehzahlbereich und Motortyp (Sauger, Turbo, Kompressor) ist ein unterschiedlicher Staudruck im Abgassystem notwendig, um die maximale Leistung des Motors abzurufen. Werden nun die Abgasklappen staudruckgesteuert, so kann unter verschiedenen Belastungszuständen des Aggregats die größtmögliche Leistung abgerufen werden. Hierzu ist jedoch ein Steuergerät notwendig, welches den Staudruck überwacht.

Eine andere Möglichkeit ist der Einbau eines CAN BUS Moduls, mit dem sich das Öffnungs- und Schließverhalten der Klappe individuell programmiert lässt. Über das CAN BUS Gateway werden die Informationen aller Steuergeräte gesammelt und dem Steuerungsmodul bereitgestellt. So ist es beispielweise möglich, die Klappe bei einer vorgegebenen Drehzahl oder Drosselklappenstellung zu öffnen. Natürlich gibt es auch einen Modus, in dem die Abgasklappe gemäß den gesetzlichen Vorgaben geregelt wird oder dauerhaft geöffnet ist. Weitere Informationen zum Thema CAN BUS Klappensteuerung liefert das nachfolgende Video.

Der Unterschied einer Klappenanlage zum Serienauspuff liegt im Engineering Design

Mercedes-Benz C63 AMG Black Series KlappenauspuffDer große Unterschied zwischen einem herkömmlichen Auspuffsystem und einer Klappenauspuffanlage liegt in der Konzeption. Für gewöhnlich wird der Serienendtopf mit Dämmmaterialien versehen, um den Schall der Abgase zu absorbieren. Zudem gibt es viele verzweigte und gelochte Rohre, sowie Kammern, die den Schallpegel dämpfen sollen. In einer Klappenanlage hingegen wird nur mit Metall- oder Edelstahlwolle gearbeitet. Der Aufbau eines Sportauspuffs wird hier gut beschrieben (ab 2:14 min). Des Weiteren ist der Verlauf der Rohre im Endtopf einfacher gestaltet, was sich in einem lauteren Auspuffgeräusch äußert. Bei einer zweiflutigen Anlage, um ein Beispiel zu nennen, gibt es meist ein Rohr im Endtopf, welches einen längeren Weg aufweist und bei geschlossener Klappe angeströmt sowie ein kürzeres, welches bei offener Klappe Verwendung findet. Ein weiterer Unterschied liegt in den verwendeten Materialien. Während  serienmäßige Abgasanlagen aus korrosionsanfälligem Stahl sind, bestehen Klappen- und Sportabgasanlagen aus hochwertigem und rostfreiem Edelstahl (V2A/V4A) oder in Sonderfällen sogar aus Titan. Hierdurch steigt die Lebensdauer der Anlagen.

Bei kompletten Abgassystemen werden neben dem Endschalldämpfer zudem Änderungen in Punkto Mittel-/Vorschalldämpfer, Katalysatoren, Downpipes und Rohrverlauf vorgenommen. So kommen bei Turbomotoren häufig Katalysatorersatzrohre (im Falle von Vorkatersatzrohren auch „catless Downpipes“ genannt) zum Einsatz, um den Abgasgegendruck zu Senken. Üblich ist ebenso der Austausch der Hauptkatalysatoren durch 100 oder 200 Zellen Sportmetallkatalysatoren, die über eine höhere Abgasdurchstromrate verfügen und dennoch eine Reinigung der schädlichen Partikel ermöglichen. Die Verwendung von zwei durchgängigen Rohren oder der sogenannten X-Pipe bei Motoren mit acht oder mehr Zylindern (Verbindung ab motornahem Katalysator bis zum Endschalldämpfer) dient der zusätzlichen Optimierung des Abgasflusses. Je nach gewünschter Lautstärke kann der Mittelschalldämpfer auch durch ein Mittelrohr ersetzt werden.

Klappenauspuffanlagen sind technische Meisterwerke

Beim Bau einer klappengesteuerten Anlage müssen viele Faktoren berücksichtig werden, da die Ableitung der Abgase physikalischen Gesetzten folgt und bedeutende Einflüsse auf die Leistung des Motors hat. So führt beispielsweise eine schlecht konzipierte Anlage mit zu wenig Abgasgegendruck bei Saugmotoren zu Drehmomentverlusten bei niedrigen Drehzahlen. Darüber hinaus muss eine Klappenauspuffanlage (damit ist der klappengesteuerte Endschalldämpfer gemeint) auch an das gesamte Abgassystem bestehend aus (Fächer-)Krümmer, eventuell Vorkatersatzrohren (auch Hosenrohre genannt), gegebenenfalls X-Pipes bzw. Verbindungsrohre mit größerem Querschnitt und an die Katalysatoren angepasst werden. Bei großen Veränderungen der Auspuffanlage ist eine Neuprogrammierung der Motorsteuergerätesoftware an den veränderten Abgasgegendruck empfehlenswert, um die maximale Leistung des Motors abrufen zu können und Fehlermeldungen zu vermeiden.

Bildquelle:  Nicholas Sladeczek;  Minh Hoang @ flickr