So laden Sie die in Ihren Motor einströmende Luft ohne Kompressor auf

Sep 11, 2023

Für die meisten Enthusiasten der 1950er-Jahre muss es ein ziemliches Erlebnis gewesen sein, die Motorhaube eines neuen Mercedes-Benz 300SL Gullwing zu öffnen. Zunächst einmal saß der 3,0-Liter-Reihensechszylinder in einem Winkel von fünfzig Grad geneigt. Über dem Klumpen ein riesiger Ansaugkrümmer aus Aluminiumguss, ohne dass ein Vergaser zu sehen war. Die langen Ansaugrohre des Flügeltürers sahen anders aus als alles andere, was zu dieser Zeit verwendet wurde, und dienten als Vorbild für Hochleistungs-Verbrennungsmotoren.

In den Ansaugkrümmer eines Autos tritt Luft mit atmosphärischem Druck ein und strömt mit enormer Geschwindigkeit auf die Einlassventile zu. Wenn sich die Einlassventile jedoch vollständig schließen, gelangt die einströmende Luft in eine Sackgasse und prallt effektiv zurück, wodurch eine Druckwelle entsteht. Wenn Sie die Frequenz dieser Welle und das Timing der Ventile genau richtig einstellen, können Sie erreichen, dass sich diese Druckwelle genau dann auf das Einlassventil zubewegt, wenn es sich öffnet. Dadurch kann die in die Brennkammer geleitete Luft einen Druck aufbauen, der über den atmosphärischen Druck hinausgeht. Dieser Druck ist nicht viel höher, aber er reicht aus, um einen „Aufladungseffekt“ zu erzeugen und die volumetrische Effizienz des Kopfes zu verbessern.

Bei einem kurzen Ansaugrohr springt die Druckwelle am Einlassventil mit hoher Frequenz hin und her und sorgt so für diesen Aufladeeffekt, wenn die Motordrehzahl steigt. Bei einem längeren Läufer muss die Druckwelle eine weitere Strecke zurücklegen, wodurch ein Luftimpuls mit niedrigerer Frequenz entsteht.

„Grundsätzlich führt eine längere Länge zu mehr Leistung im Low-End-Bereich und eine kürzere Länge zu mehr High-End-Leistung“, sagt der langjährige BMW- und europäische Autotuner und Renningenieur Steve Dinan. „Der Grund dafür ist, dass man bei höheren Drehzahlen weniger Zeit hat [damit ein Druckluftimpuls am schnell schließenden Ventil ankommt]. Man muss also den Ansaugkrümmer kürzer machen, damit der Impuls dort ankommen kann.“ Laut Autozine waren die Läufer im 300SL lange dabei, mit geringer Leistung zu helfen. (Denken Sie daran, dass dies eine Adaption des 3,0-Liter-Sechszylinders aus der großen Mercedes-Limousine war und kein hochdrehender, aus dem Rennsport stammender Renner.)

Wenn Sie den Aufladeeffekt über einen größeren Drehzahlbereich nutzen möchten, benötigen Sie idealerweise Ansaugrohre unterschiedlicher Länge. Mercedes erhielt in den Fünfzigern ein Patent für ein Ansaugkrümmersystem mit variabler Länge, und in der Maiausgabe 1966 von Road & Track stellten wir eine Reihe experimenteller Ansaugsysteme mit variabler Länge vor. Allerdings begannen Automobilhersteller erst in den 1980er-Jahren mit der Verwendung von Ansaugkrümmern mit variabler Länge.

Ein großartiges frühes Beispiel ist der Porsche 928 S4. Unterhalb von 3500 U/min wurde der 5,0-Liter-V8 durch einen längeren Ansaugtrakt gefördert. Oberhalb von 3500 U/min – und abhängig von der Drosselklappenstellung – öffnete sich eine unterdruckbetriebene Drosselklappe und der Motor atmete durch einen kürzeren Atemweg. Dies bescherte dem 928 S4 ein Drehmoment von mindestens 300 Nm zwischen 2700 und 4500 U/min. Etwas Ähnliches hat Porsche mit dem 911 der 964er-Generation gemacht, allerdings wurden anstelle von Laufrädern unterschiedlicher Länge Rohre mit unterschiedlichen Durchmessern verwendet, die die Sammelkammern über beiden Zylinderbänken verbinden. Diese Rohre erzeugten unterschiedliche Resonanzen, die dazu beitrugen, die Leistung an verschiedenen Stellen im Leistungsband zu erhöhen.

Für eine der letzten Versionen seines luftgekühlten Sechszylinder-Boxermotors erhielt der 911 Carrera von 1996 ein neues Ansaugsystem namens Varioram, das das Resonanzsystem von Porsche mit Rohren unterschiedlicher Länge kombinierte. Das bot dem Motor drei verschiedene Ansaugmodi. Unterhalb von 5000 U/min atmet der Motor durch längere Rohre; Oberhalb von 5000 U/min schaltet der Motor auf kürzere Rohre um und ein Ventil öffnet sich, um das Resonanzsystem zu füllen; Ab 5800 U/min öffnet sich das Resonanzsystem, um den Zylindern noch mehr Luft zuzuführen. Wie Paul Frere in seiner totemistischen Porsche 911 Story feststellte, sorgte Varioram für einen deutlichen Drehmomentschub im mittleren Drehzahlbereich, aber das System war komplex. Porsche gab Varioram auf und wechselte zu wassergekühlten Sechszylinder-Boxermotoren. Die Sechszylinder-Boxermotoren M96 und M97, die in den 911-Generationen 996 und 997 sowie im Boxster/Cayman der 986- und 987-Generation zum Einsatz kamen, verwendeten ein Resonanzansaugsystem mit nur zwei Rohren unterschiedlicher Länge, das die beiden Sammelkammern verband.

Ferrari nutzte bei seinen Neunzigerjahren-Motoren eine ähnliche Lösung. Der 550 Maranello zum Beispiel – dessen V-12-Motor oben in diesem Artikel abgebildet ist – verwendete ein System mit 12 Absperrklappen, das den Ansaugtrakt für jeden Zylinder effektiv verlängerte. Bis heute verwendet Ferrari ähnliche Systeme bei seinen V-12-Motoren. Ein besonderes Highlight ist der stufenlos längenvariable Einlass des LaFerrari, der mithilfe eines Ritzelsystems verschiedene Ansaugkanallängen ermöglicht. Es ist auch nicht nur Exotik. Fords 2,5-Liter-Duratec-V6 verfügte über ein System mit Sätzen aus langen und kurzen Rohren, während Honda mehrere Jahre lang Ansaugöffnungen mit variabler Länge verwendete. Auch der N62 V-8 von BMW, der Anfang der 2000er Jahre in größeren Fahrzeugen zum Einsatz kam, verfügte über ein stufenloses Ansaugsystem.

Das vielleicht spektakulärste System wurde im Rennsport eingesetzt, mit dem Vierscheiben-R26 von Mazda. Wankelmotoren erzeugen im unteren Drehzahlbereich nicht viel Drehmoment und erzeugen den Großteil ihrer Leistung bei hohen Drehzahlen. Mazda entwickelte ein wildes System, das die Länge seiner vier Ansaugrohre verändern und sie so in eine Art Ansaugposaune verwandeln konnte. Im 787B leistete der Motor 690 PS bei 9000 U/min und ein Drehmoment von 448 lb-ft bei 6000 U/min, und sein hervorragender Kraftstoffverbrauch verhalf Mazda 1991 zu seinem ersten und einzigen Le-Mans-Sieg.

Sie können den Auspuff auch mit diesen resonanten Ansaugsystemen kombinieren lassen. Wenn die vom Motor ausgestoßene Luft den Abgassammler erreicht, entsteht ein Bereich mit niedrigem Druck. Dinan erklärt, dass dieser Unterdruck ansteigt, wenn Luft durch die Abgasprimärleitungen und zurück durch das Auslassventil strömt. Wenn Sie eine leichte Ventilüberschneidung haben – wenn sich das Auslassventil öffnet und das Einlassventil schließt – können Sie diesen Auslassimpuls nutzen, um mehr Luft in den Zylinder zu ziehen.

„Diese Unterdruckwelle geht durch das Auslassventil nach oben … bis zum Ende des Ansaugkanals und erzeugt einen Unterdruckbereich, der den Luftstrom auf über 100 Prozent Effizienz erhöht“, sagt Dinan.

Während der oben erwähnte Artikel aus unserem Mai 1966 detaillierte Konzepte für einen Abgaskrümmer mit variabler Länge enthält, wurden keine erstellt, da der Abgaskrümmer heiß ist und mechanische Systeme in dieser Umgebung nicht gedeihen. Mit der variablen Nockensteuerung können Sie die Ventilüberschneidung jedoch so steuern, dass die Unterdruckwelle genau dann am Einlassventil ankommt, wenn Sie sie benötigen.

Dinan weist darauf hin, dass dieser Welleneffekt bei Saugmotoren nützlich ist, aber im Zeitalter der Turbolader, wenn die Erhöhung des Ladedrucks zu enormen Zuwächsen beim volumetrischen Wirkungsgrad führt, ist er größtenteils sinnlos. Dennoch gibt es einige Beispiele dafür, dass Autohersteller ihre Ansaugsysteme optimieren. Die neue Corvette Z06 beispielsweise verfügt über ein Plenum für jede Zylinderbank, das über drei Rohre mit jeweils einer eigenen Absperrklappe verbunden ist. Diese Ventile öffnen und schließen je nach Motordrehzahl, Fahrmodus und Drosselklappenstellung in verschiedenen Kombinationen, um dem LT6 ein starkes Drehmoment im unteren und mittleren Drehzahlbereich zu verleihen und ihm eine kräftige Beschleunigung bis zur Drehzahlgrenze von 8600 U/min zu verleihen.

Wie schon beim Mercedes-Flügeltürer davor ist das System spektakulär anzusehen und unglaublich in Aktion.

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