Tuning: Luftfilter

Am Luftfilter gibt es mehrere Themen, die man verändern kann und beachten muss:

• Druckverlust der Luftfiltermatte
• Druckverlust der Ansaugmuffe
• Resonanz des Luftfilterkastens (Resonator)
• Ansauggeräusch

Beim Tuning am Luftfilter gibt es zwei unterschiedliche Philosophien: Die Änderung hin zu maximal möglichem Durchlass zur Reduzierung des Druckverlusts oder gezielte Nutzung der Resonator-Wirkung mit der Original-Airbox. Das Verringern des Druckverlustes macht sich vor allem bei sehr hohen Drehzahlen (der Druckverlust steigt etwa quadratisch zum Volumenstrom) bemerkbar. Große Leistungssteigerungen sind beim Luftfilter jedoch nicht zu erwarten.

Hinweis: Änderungen am Luftfilter wie auch generell am Ansaugtrakt sind nur zulässig, wenn die Bauteile über eine entsprechende Zulassung verfügen oder die Änderung mit entsprechenden Gutachten zum Geräusch- und Abgasverhalten von einer anerkannten Prüfstelle abgenommen und eingetragen werden. Ersteres gibt es kaum und letzteres ist ebenfalls kaum möglich, daher führen solche Änderungen ohne entsprechende Zulassung zum Erlöschen der Betriebserlaubnis.

Filtermatte tauschen

Optimieren kann man den Original-Luftfilter durch Tausch der Filtermatte durch eine Filtermatte mit einem geringeren Strömungswiderstand. Passende Luftfiltermatten gibt es von TwinAir, Polini oder Pipercross, auch andere Hersteller bieten universell passende Filtermatten an. Auch die serienmäßig verbaute Luftfiltermatte tut ihren Dienst eigentlich sehr gut (Thema: Serienzustand pflegen).

Resonator-Funktion eines Luftfilterkastens

Der Luftfilterkasten ist ein dynamisches System mit einer Eigenfrequenz, bei dem Schwingungen im Luftfilter gezielt genutzt werden. Sobald die Gasmenge, die zum Vergaser strömt, nach dem Ansaugvorgang des Motors geringer wird, drückt die bewegte Luftmasse durch ihre Trägheit in den Rohren der Ansaugmuffe auf das Luftvolumen im Luftfilterkasten und erhöht so den Druck für den nächsten Ansaugvorgang. Man spricht von einem Resonator. Durch diese Bauweise wird die Energie, die sonst in Form von hörbarem Ansauggeräusch als Druckwellen den Luftfilter verlassen, genutzt und eine deutliche Geräuschreduzierung erreicht.

Der Luftfilterkasten lässt sich näherungsweise mit den Formeln eines Helmholz-Resonator beschreiben, die Resonanzfrequenz f wird aus Schallgeschwindigkeit c, Luftfiltervolumen V sowie Länge L, hydraulischer Durchmesser d (eines Rohres) und Gesamtquerschnitt A der Ansaugmuffe wie folgt berechnet:

f = c / 2 / π ⋅ sqrt(A / V / (L + 0.8 ⋅ d))

Daraus geht hervor, wie sich die Resonanzfrequenz f, die das dynamische Verhalten der Airbox beschreibt, verschiebt: Sowohl den Querschnitt A der Ansaugmuffe zu erhöhen als auch die Länge L zu verkürzen führt zu einem Anstieg der Resonanzfrequenz.

Die Ansaugmuffe ganz zu entfernen („entschnorcheln“) ist nicht zu empfehlen, da das Motorrad dann auffällig laut wird und deutlich schlechter läuft, es sind Leistungsverluste von ca. 1,5 kW (2 PS) messbar [1]. Nach meiner persönlichen Meinung klingt es auch nicht besonders erwachsen.

Original-Ansaugmuffe optimieren

Die Serien-Ansaugmuffe hat zwei Öffnungen mit einem Querschnitt von etwa insgesamt 690 mm² an der kleinsten Stelle. Der kleinste Querschnitt im 28-mm-Vergaser beträgt 615 mm², im 34-mm-Vergaser aber 908 mm². Für den 34-mm-Vergaser ist eine Änderung der Ansaugmuffe für den Bereich hoher Drehzahlen sinnvoll.

Den Querschnitt kann man relativ einfach erhöhen, indem man den vorderen Teil der Ansaugmuffe abtrennt und die Muffe andersherum in den Luftfilter einsetzt. Der kleinste Querschnitt beträgt dann etwa 1200 mm², die Luftmasse in der Ansaugmuffe ist dadurch etwas verringert aber noch vorhanden.

Wie bereits beschrieben, führt diese Maßnahme dazu, dass sich die Resonanzfrequenz des Luftfilters stark erhöht, es kann zu einem spürbaren Leistungsverlust in niedrigen Drehzahlen kommen.

Ansaugmuffe austauschen

Einige Tuner haben mittlerweile Ansaugmuffen im 3D-Drucker selbst hergestellt, die man anstelle der originalen Ansaugmuffe einsetzen kann, diese Ansaugmuffen gibt es z. B. von Abstract Racing oder Morley Designs. Diese Ansaugmuffen haben einen extrem großen Querschnitt.

Hartrusion-Ansaugmuffe

Eine von mir selbst entwickelte Ansaugmuffe, ebenfalls für den 3D-Drucker, besteht wie das Original-Teil aus zwei Rohren und benutzt zwei Ansaugtrichter am Einlass. Der Querschnitt je Rohr beträgt 680 mm², insgesamt also 1360 mm². Die Form ist durch den geringen Bauraum am Luftfilter gekrümmt, um auch bei heruntergeklapptem Tank die Luft frei ansaugen zu können.

Die Ansaugmuffe versucht die Resonator-Frequenz möglichst auf der Frequenz des Serienluftfilters zu halten. Da der Querschnitt wesentlich größer ist, musste die Länge der Muffe entsprechend erhöht werden, was bei dem begrenzten Bauraum wenig Möglichkeiten lässt.

Durch die Länge der Muffe ist das Ansauggeräusch weiterhin leise, erste Tests bestätigen auch die weiterhin funktionierende Resonator-Funktion mit einer guten Leistungsentfaltung im niedrigen und mittleren Drehzahlbereich. Im hohen Drehzahlbereich konnte damit keine Verbesserung festgestellt werden.

Die seltsam anmutende Form ist ausschließlich durch den Versuch bedingt, den vorhandenen Bauraum optimal auszunutzen ohne Arbeiten an anderen Teilen notwendig zu machen.

Ein Nutzer dieser Ansaugmuffe war so freundlich, diese auf dem Prüfstand zu testen und mit der Originalmuffe sowie ohne Muffe zu vergleichen. Es war ein 28er-Vergaser verbaut, die Messung stammt von einem selbstgebauten Prüfstand mit Ardyno. Hier war eine minimale Leistungssteigerung nachweisbar.

Die Ansaugmuffe muss aus flexiblem Material wie z. B. TPU (weicher als 95A) gedruckt werden und kann Plug-&-Play in den Luftfilterkastendeckel eingesetzt werden.

Die STL-Datei zum Selbstdrucken kann hier heruntergeladen werden:

Das innere, abgeflachte Ende der Ansaugmuffe wird auf dem Druckbett platziert, die Laschen sowie die vordere Unterseite der Trichter müssen dann auf einer Seite abgestützt werden. Nach Möglichkeit sollte kein Stützmaterial zwischen die Laschen gedruckt werden, da sich das schlecht entfernen lässt.

Für den Druck muss unbedingt ein weiches TPU verwendet werden, einfache TPU-Filamente mit 95A-Härte sind noch zu hart. In der Regel wird ein Drucker mit Direktextruder verwendet. Meine Druckeinstellungen mit einem möglichen Filament findet ihr im Artikel zum Anycubic 4Max Pro 2.0.

Wer nicht selbst drucken kann, kann die Ansaugmuffe hier bei Scooterprintparts / Normengineering kaufen.

Referenzen

[1] EEKNOWS, “Airboxes R vs SP,” TZR Forum, Jan. 21, 2013. http://pure2strokespirit.net/forums/index.php?topic=512.msg5023#msg5023 (accessed May 29, 2021).