Road to TÜV – Teil 2: Erste Geräuschmessungen und die nächste Entwicklungsstufe
Die erste Entwicklungsstufe meiner 76-mm-Edelstahl-Abgasanlage für den Mitsubishi Lancer Evolution hat ihren ersten Soundcheck und die ersten Standgeräuschmessungen hinter sich. Die Ergebnisse stimmen mich optimistisch, dass sich ein sportlicher Klang und die Anforderungen für eine spätere Einzelabnahme miteinander vereinbaren lassen.
Im ersten Teil meiner „Road to TÜV“-Reihe habe ich die Konstruktion und Fertigung der ersten Abgasanlage vorgestellt. Drei Absorptionsschalldämpfer, durchgehend 76 mm Rohrdurchmesser und eine individuell angepasste Rohrführung, um trotz der beengten Platzverhältnisse ausreichend Bodenfreiheit zu erhalten.
Diese erste Ausführung dient als Baseline für die weitere Entwicklung.
Jetzt konnte ich die Anlage endlich zum ersten Mal hören, erste Geräuschmessungen durchführen und wichtige Erkenntnisse für die nächste Entwicklungsstufe sammeln.
Der erste Motorstart – Wie klingt die Anlage?
Eine der spannendsten Fragen war natürlich, wie sich die Kombination aus drei Absorptionsschalldämpfern und durchgehend 76 mm Rohrdurchmesser akustisch verhält.
Und ich muss sagen: Mit dem Ergebnis bin ich wirklich zufrieden!
Im Leerlauf und bei niedrigen Drehzahlen klingt die Anlage vergleichsweise zurückhaltend, tief und basslastig. Mit steigender Drehzahl verändert sich das Klangbild allerdings deutlich.
Der Ton wird zunehmend heller, rauer und aggressiver, ohne dabei seinen sportlichen Charakter zu verlieren.
Einen gewissen Einfluss dürfte dabei auch der verbaute Artec-Abgaskrümmer haben, der diese Klangentwicklung bei höheren Drehzahlen vermutlich unterstützt.
Insgesamt entspricht der Klang ziemlich genau meinen Vorstellungen: Sportlich, markant und bei höheren Drehzahlen zunehmend aggressiv.
Und das trotz drei verbauter Schalldämpfer!
Die ersten Standgeräuschmessungen
Nach dem ersten Motorstart ging es an die ersten Messungen.
Als Entwicklungsfahrzeug dient weiterhin mein Mitsubishi Lancer Evolution IX mit folgender Abgaskonfiguration:
- Artec-Abgaskrümmer
- 89-mm-Downpipe
- 200-cpsi-Metallkatalysator
- ABCustoms-76-mm-Abgasanlage mit drei Absorptionsschalldämpfern
Damit ist mein Evo bereits deutlich von der serienmäßigen Abgaskonfiguration entfernt. Insbesondere der Krümmer, die größere Downpipe und der Metallkatalysator können das Geräuschverhalten beeinflussen.
Für die Messungen kam ein Schallpegelmessgerät von PCE Instruments zum Einsatz.
Messaufbau und Durchführung
Das Mikrofon wurde in einem Abstand von 0,5 m zum Endrohr und in einem Winkel von 45° zur Ausströmrichtung positioniert.
Das Fahrzeug stand auf einer Schotterfläche. Links und rechts befanden sich keine unmittelbaren Hindernisse. Hinter dem Fahrzeug fiel das Gelände in eine Rasenfläche ab, während sich etwa drei Meter vor dem Fahrzeug meine Werkstatt befand.
Der Motor war vor den Messungen warmgelaufen.
Die Messungen erfolgten mit A-Frequenzbewertung und FAST-Zeitbewertung. Zusätzlich wurde die MAX-Funktion des Messgeräts verwendet, um den jeweils höchsten Schallpegel während eines Messdurchgangs festzuhalten.
Dafür habe ich den Motor langsam auf die jeweilige Messdrehzahl gebracht und anschließend schlagartig das Gas weggenommen.
Der höchste Messwert während dieses gesamten Vorgangs wurde gespeichert.
Jede Messung habe ich dreimal wiederholt. Die Abweichungen zwischen den Messungen betrugen maximal 0,6 dB.
Einen separaten Hintergrundgeräuschpegel habe ich bei dieser ersten Messreihe noch nicht erfasst. Das werde ich bei den kommenden Messungen ergänzen.
Auch die Temperatur der Abgasanlage könnte künftig eine Rolle spielen. Während der Motor bereits warmgelaufen war, wird die Anlage bei längeren Fahrten unter Last voraussichtlich deutlich höhere Temperaturen erreichen.
Die Messergebnisse
| Drehzahl | Ohne Silencer | Mit Silencer | Reduzierung |
|---|---|---|---|
| 3.750 U/min | 88,1 dB(A) | 83,3 dB(A) | 4,8 dB |
| 4.850 U/min | 96,5 dB(A) | 85,9 dB(A) | 10,6 dB |
In meinen Fahrzeugpapieren ist ein Standgeräusch von 96 dB(A) bei 4.850 U/min eingetragen.
Mit 96,5 dB(A) liegt die erste Entwicklungsstufe ohne Silencer damit bereits sehr nahe am eingetragenen Standgeräuschwert.
Das stimmt mich für die weitere Entwicklung durchaus optimistisch.
Allerdings handelt es sich hierbei zunächst um eigene Vergleichsmessungen. Sie ersetzen keine offizielle Geräuschprüfung und erlauben noch keine abschließende Aussage über die spätere Eintragungsfähigkeit.
Das entscheidende Entwicklungsziel bleibt die Einhaltung von maximal 75 dB(A) bei der vorgesehenen Fahrgeräuschprüfung.
Der Silencer – Deutlich leiser, aber mit erheblichen Kompromissen
Besonders interessant war der Vergleich zwischen den Messungen mit und ohne Silencer.
Bei 3.750 U/min reduziert der Einsatz den gemessenen Schallpegel um 4,8 dB(A).
Bei 4.850 U/min beträgt der Unterschied sogar 10,6 dB(A).
Damit hat der Silencer insbesondere bei höheren Drehzahlen einen erheblichen Einfluss auf die Geräuschentwicklung.
Allerdings bringt diese Reduzierung auch deutliche Nachteile mit sich.
Weniger Lautstärke, aber auch weniger Charakter
Mit eingesetztem Silencer verändert sich der Klang der Anlage deutlich.
Die tiefen, basslastigen Anteile werden spürbar reduziert. Gleichzeitig geht auch das aggressive Klangbild bei höheren Drehzahlen weitgehend verloren.
Die Anlage wird also nicht einfach nur leiser, sondern verliert einen großen Teil ihres ursprünglichen Charakters.
Genau das möchte ich eigentlich vermeiden.
Von 76 mm auf nur noch 50 mm
Auch aus strömungstechnischer Sicht ist der verwendete Silencer nicht unbedingt ideal.
Der Einsatz besteht aus einem trichterförmigen Einlauf mit anschließendem reduziertem Rohrquerschnitt.
Während die Abgasanlage selbst durchgehend 76 mm Rohrdurchmesser besitzt, beträgt der kleinste Innendurchmesser des Silencers lediglich 50 mm.
Daraus ergeben sich folgende theoretische Rohrquerschnitte:
- 76 mm: ca. 4.536 mm²
- 50 mm: ca. 1.963 mm²
Der freie Querschnitt wird damit um ungefähr 57 % reduziert.
Gerade bei einem leistungsmodifizierten Turbomotor kann eine solche Engstelle den Abgasgegendruck deutlich beeinflussen.
Mein Tuner geht beispielsweise davon aus, dass bereits eine Verjüngung auf 60 mm bei etwa 450 PS zum begrenzenden Faktor werden kann. Das ist eine Einschätzung für die betreffende Motorkonfiguration und kein allgemeingültiger Leistungsgrenzwert.
Mit den lediglich 50 mm meines Silencers möchte ich deshalb keine unnötigen Einschränkungen riskieren.
Wie groß die tatsächlichen Auswirkungen auf die Motorleistung ausfallen, habe ich bisher nicht gemessen.
Für die kommende Saison sind allerdings auch Prüfstandsläufe geplant. Damit möchte ich den Einfluss unterschiedlicher Abgaskonfigurationen auf die Motorleistung genauer untersuchen.
Mein Ziel bleibt deshalb, die erforderlichen Geräuschwerte ohne Silencer zu erreichen.
Ein solcher Einsatz wäre für mich nur die absolute Notlösung.
Erster Praxistest – Hält die Rohrführung genügend Abstand?
Neben den Geräuschmessungen konnte ich auch die konstruktive Umsetzung erstmals im Fahrbetrieb überprüfen.
Im ersten Teil hatte ich bereits beschrieben, wie schwierig es war, den zusätzlichen Mittelschalldämpfer im Bereich der Kardanwelle unterzubringen.
Durch die angepasste und leicht abgesenkte Rohrführung konnte ich den benötigten Platz schaffen, ohne die Bodenfreiheit übermäßig einzuschränken.
Mittlerweile bin ich mit dem Fahrzeug eine kurze Runde im Schritttempo über das Werkstattgelände gefahren.
Dabei ging es auch über unebene Schotterwege.
Das erste Ergebnis ist positiv: Die Abgasanlage hat nirgendwo angeschlagen.
Auch im Innenraum waren bei diesem kurzen Test keine unangenehmen Geräusche festzustellen.
Eine zuverlässige Aussage über mögliches Dröhnen bei konstanten Drehzahlen oder unter Last lässt sich daraus natürlich noch nicht ableiten.
Dafür sind längere Fahrversuche notwendig.
Die nächste Entwicklungsstufe – Noch mehr Absorptionsvolumen
Die ersten Messergebnisse stimmen mich optimistisch, dass sich die angestrebten Geräuschwerte möglicherweise bereits mit klassischen Absorptionsschalldämpfern erreichen lassen.
Deshalb möchte ich zunächst das vorhandene Konzept weiterentwickeln, anstatt direkt auf komplexere Schalldämpferkonstruktionen zurückzugreifen.
Für die nächste Ausführung plane ich zwei wesentliche Änderungen.
1. Den hinteren Mittelschalldämpfer verlängern
Der hintere der beiden Mittelschalldämpfer könnte möglicherweise noch etwas länger ausfallen.
Mein Ziel wäre eine Verlängerung um ungefähr 10 cm, was einer Steigerung der bisherigen Länge um rund 25 % entsprechen würde.
Mindestens 5 cm sollten nach meiner ersten Einschätzung möglich sein.
Ob sich die zusätzlichen Zentimeter tatsächlich realisieren lassen, muss ich noch einmal direkt unter dem Fahrzeug überprüfen.
2. Ein vierter Schalldämpfer neben dem Hinterachsdifferenzial
Noch interessanter ist der Bereich unmittelbar neben dem Hinterachsdifferenzial.
Hier könnte möglicherweise ein weiterer, kurzer Absorptionsschalldämpfer untergebracht werden.
Die angedachten Abmessungen liegen bei:
- Außendurchmesser: 114 mm
- Länge des Schalldämpferkörpers: ungefähr 250 mm
- Rohrdurchmesser: durchgehend 76 mm
Damit würde die Anlage künftig über insgesamt vier Absorptionsschalldämpfer verfügen.
Die Herausforderung besteht erneut darin, genügend Abstand zu den umliegenden Bauteilen einzuhalten und gleichzeitig eine saubere Rohrführung zu ermöglichen.
Ob der zusätzliche Schalldämpfer tatsächlich in den verfügbaren Bauraum passt, muss ich zunächst genau überprüfen.
Eine neue Ausführung statt Umbau der Baseline
Für die nächste Entwicklungsstufe werde ich den entsprechenden Abschnitt der Abgasanlage bis zum Endschalldämpfer neu fertigen.
Dabei sollen sowohl der verlängerte Mittelschalldämpfer als auch der zusätzliche vierte Schalldämpfer direkt berücksichtigt werden.
Die erste Ausführung möchte ich möglichst unverändert erhalten.
So steht mir die ursprüngliche Baseline weiterhin als Referenz zur Verfügung und ich kann beide Varianten später direkt miteinander vergleichen.
Zwar lässt sich dadurch nicht eindeutig bestimmen, welchen Anteil jede einzelne Änderung an einer möglichen Geräuschreduzierung hat, dafür kann ich aber den Gesamteffekt des zusätzlich verfügbaren Absorptionsvolumens untersuchen.
Warum weiterhin klassische Absorptionsschalldämpfer?
Für das Projekt habe ich insgesamt drei unterschiedliche Schalldämpferkonzepte beschafft.
Die aktuell verbaute Baseline verwendet ausschließlich klassische Absorptionsschalldämpfer mit durchgehendem Siebrohr.
Die beiden anderen Varianten unterscheiden sich hinsichtlich der Siebrohrgeometrie und ihres inneren Aufbaus. Dabei kommen auch Kammerkonstruktionen zum Einsatz.
Solche Konzepte bieten weitere Möglichkeiten, bestimmte Frequenzbereiche gezielt zu beeinflussen.
Allerdings möchte ich diese Möglichkeiten nicht vorschnell einsetzen.
Die bisherigen Messergebnisse zeigen, dass bereits die einfache Kombination aus drei klassischen Absorptionsschalldämpfern eine interessante Ausgangsbasis bietet.
Mit einem verlängerten Mittelschalldämpfer und einem zusätzlichen vierten Schalldämpfer könnte sich die Geräuschentwicklung möglicherweise noch einmal deutlich verbessern.
Deshalb bin ich aktuell optimistisch, dass ich mein Ziel auch ohne aufwendigere Kammerkonstruktionen erreichen kann.
Ob sich diese Einschätzung bestätigt, werden die nächsten Messungen zeigen.
Warum weiterhin durchgehend 76 mm?
Bei allen geplanten Änderungen möchte ich an einem wesentlichen Konstruktionsmerkmal festhalten:
Der Rohrdurchmesser soll über die gesamte Anlage hinweg bei 76 mm bleiben.
Mein Ziel ist eine möglichst strömungsgünstige Abgasanlage, die auch bei leistungsmodifizierten Fahrzeugen ausreichend Durchsatz bietet.
Eine gezielte Reduzierung des Rohrdurchmessers könnte zwar das Geräuschverhalten beeinflussen, würde aber meinem eigentlichen Entwicklungsziel widersprechen.
Deshalb möchte ich zunächst das verfügbare Schalldämpfervolumen und die Möglichkeiten der klassischen Absorptionsschalldämpfer ausreizen.
Wie geht es weiter?
Die erste Entwicklungsstufe hat bereits einige interessante Erkenntnisse geliefert.
Die Anlage klingt ohne Silencer genau so, wie ich es mir vorgestellt hatte. Gleichzeitig zeigen die Messungen, dass zusätzliche Geräuschreduzierung sinnvoll sein könnte.
Die nächsten Schritte sind deshalb:
- Den verfügbaren Bauraum unter dem Fahrzeug erneut prüfen.
- Die mögliche Verlängerung des hinteren Mittelschalldämpfers untersuchen.
- Die Integration eines zusätzlichen kurzen Schalldämpfers neben dem Hinterachsdifferenzial prüfen.
- Den überarbeiteten Abschnitt bis zum Endschalldämpfer neu fertigen.
- Die nächste Ausführung unter möglichst identischen Bedingungen erneut messen und mit der Baseline vergleichen.
Bei den kommenden Messungen möchte ich außerdem die Umgebungsgeräusche erfassen und den Einfluss der Abgastemperatur stärker berücksichtigen.
Die entscheidenden Fahrgeräuschmessungen sind weiterhin für die kommende Saison vorgesehen. Auch eine geeignete Prüfstelle für die spätere Einzelabnahme muss ich noch finden.
Bis dahin bleibt also noch einiges an Entwicklungsarbeit.
Mein Ziel bleibt eine durchgehend 76 mm große, hochwertig gefertigte Edelstahl-Abgasanlage für den Mitsubishi Lancer Evolution, die einen markanten Klang mit der Möglichkeit einer legalen Einzelabnahme verbindet – möglichst ohne klanglich und strömungstechnisch einschränkenden Silencer.
Einzelabnahme – Was ist überhaupt möglich?
Da ich für meine Abgasanlage kein kostspieliges Teilegutachten erstellen lassen möchte, ist das langfristige Ziel eine Eintragung per Einzelabnahme.
Welche Möglichkeiten es dafür gibt und welche Voraussetzungen erfüllt sein müssen, hängt unter anderem von der Fahrzeugzulassung und den geltenden Geräuschvorschriften ab.
Felix von UMC Parts hat dazu einen interessanten Artikel veröffentlicht, in dem er die verschiedenen Möglichkeiten und seine Erfahrungen mit individuell gefertigten Abgasanlagen erklärt.
Abgasanlagen – Eigenbau oder Gutachten: Was ist machbar und was nicht?
Für mich steht zunächst die technische Entwicklung im Vordergrund. Sobald die Konstruktion und die Geräuschwerte passen, werde ich mich intensiver mit der konkreten Einzelabnahme beschäftigen.
Ich bin gespannt, was die nächste Entwicklungsstufe bringt!
Alex | ABCustoms
IN-HOUSE PERFORMANCE ENGINEERING
