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Was ist ein EXUP?

An einigen seiner Motorrad-Modelle hat Yamaha ein sogenanntes EXUP-System verbaut. Die Buchstaben setzen sich zusammen aus EXhaust Ultimate Power valve. Es besteht aus einer verstellbaren Klappe im Auspuff(-Sammler), einem Servo-Motor und einer Elektronik (innerhalb der CDI). Die Klappe ist über Bowdenzüge mit dem Servo-Motor verbunden.
Exup Dummy Exup Dummy
Durch Verdrehen kann der effektive Querschnitt im Abgasrohr und damit der Auspuff-Gegendruck verändert werden. Die Stellung der Klappe wird von der CDI-Elektronik drehzahlabhängig gesteuert.
Andere Hersteller verwenden ähnliche Systeme, z.B.:
- Honda: HTEV (Honda Titanium Exhaust Valve)
- Suzuki: SET (Suzuki Exhaust Tuning)

Das gemessene Servo-Signal einer Yamaha FZS1000:
Exup Dummy
Der Drehwinkel der Klappe, und damit die Spannung am Servo-Poti, hängen linear zusammen. Man erkennt dass die Klappe mit zunehmender Drehzahl immer weiter geöffnet wird. Auffällig ist der komplizierte Verlauf bei mittleren Drehzahlen.

Wozu?

Bei einen modernen 4-Takt-Motor muss man die Ansaug- und Auslass-Vorgänge als schwingende Gas-Säulen betrachten. Für einen hohen Wirkungsgrad sollten beide in Resonanz gebracht werden. Dies ist umso schwieriger und kompromissbehafteter je grösser das Drehzahlband wird. Das EXUP ist eine Möglichkeit diese Schwingungen auf der Auslass-Seite zu beinflussen. Im Ergebnis kann man im unteren Drehzahlbereich das Drehmoment um 12...20% anheben.

Diese Wirkung kann man bei der FZS1000 deutlich spüren, zumindest indirekt. Bei einem Fahrversuch mit stillgelegtem (=offenem) Exup bemerkt man sehr deutlich den Drehmomentverlust im unteren Drehzahlbereich. Das folgende Prüfstanddiagramm zeigt die Unterschiede:

Exup Dummy

Bei der neueren FZ1 (mit Einspritz-Motor) scheint es hingegen keine wesentliche Wirkung auf die Leistungskurve zu haben, nur das Geräuschverhalten verändert sich leicht. Möglicherweise ist es auch nicht mehr das Hauptziel von Yamaha ein möglichst breites Drehzahlband zu erreichen. Das Exup könnte möglicherweise darauf getrimmt worden sein die zwischenzeitlich deutlich verschärften Abgas- und Emissions-Vorschriften in den Griff zu bekommen, oder unterstützend zu wirken.

Weg damit!?

Das Exup generell auszubauen ist nicht zu empfehlen, auch wenn bei den neueren Modellen nicht alle Gründe direkt ersichtlich sind weshalb Yamaha das System vorgesehen hat. Nicht zuletzt auch deshalb weil es Bestandteil der Zulassung ist. Trotzdem gibt es Fälle in denen das Entfernen durchaus sinnvoll ist.

Viele (zugelassene) FZ1-Nachrüst-Auspuffanlagen verzichten komplett auf die Exup-Mechanik. Auch ein starkes Indiz dafür dass seine Wirkung tatsächlich zu vernachlässigen ist und trotzdem alle Zulassungen erfüllt werden können. Den unnötigen "Ballast" kann man dann natürlich abbauen. Als Nebeneffekt gewinnt man ein sehr willkommenes Eckchen Stauraum.

Für die FZS1000 sind Auspuffanlagen erhältlich mit auf Spitzenleistung abgestimmtem Krümmer und Sammler. Auch dort wird auf das Exup verzichtet. Zudem summieren sich alle Exup-Komponenten zu mehreren Kilos Gesamtgewicht, der Sammler ist dort besonders massiv ausgeführt.

FZS1000FAZER/FZ1 Exup Dummy (ExupReplacement, Exup Defeater, EXUP Eliminator, Servo Eliminator)

Wenn man nun das Exup-System stilllegen und alle Komponenten ausbauen möchte ergibt sich ein Problem. Die Elektronik (CDI) erkennt dass der Servomotor fehlt und signalisiert einen Fehler. Bei der FZ1 soll die CDI sogar in ein Not-Programm mit verminderter Leistung schalten(?). Die Ursache dafür ist das Positionssignal des Servo-Motors. Wenn es unplausibel ist, oder ganz fehlt, meldet die CDI einen Fehler.

Eine Lösung für das Problem ist ein sogenannter Exup Dummy. Der Dummy bildet das Positionssignal des Stellmotors nach. Er verhält sich elektrisch genau wie der Servomotor, ist aber wesentlich kleiner und leichter. Meine elektronische Lösung zeigen die folgenden Bilder:
Exup Dummy Exup Dummy Exup Dummy
Exup Dummy Exup Dummy Exup Dummy

Das Dummy-Modul wird an Stelle des Servo-Motors in den Kabelbaum gesteckt. Beim Entwurf habe ich darauf geachtet keine Spezialbauteile zu verwenden. Die elektrischen Zeitkonstanten sind so ausgelegt dass die mechanische Trägheit des Servomotors nachgebildet wird. Man ist somit immer optimal auf der Soll-Kurve die von der CDI erwartet wird. Zum Schutz vor Feuchtigkeit und Vibrationen sollte man alles noch mit Harz vergiessen.

Die Rückmeldespannung für die CDI wird in einem grossen Kondensator zwischengespeichert und geglättet. Der CDI ist es völlig egal ob die Regelspannung übers Poti oder einen Kondensator erzeugt wird. Die "rechts/links-Drehen"-Signale für den Motor werden zum Auf-/Entladen des Kondensators benutzt. Die folgende Tansistorstufe dient als Buffer für die CDI.

Die Schaltung funktioniert gleichermassen an der FZS1000, der neueren FZ1 und an den R1-Modellen. An anderen Modellen, deren EXUP nach dem gleichen Prinzip arbeitet (Servomotor mit Positions-Poti), sollte sie ebenfalls einsetzbar sein.

Historie und alternative Entwürfe

Die erste Notwendigkeit für einen Exup-Dummy hatte ich beim Vermessen der Zündkurve meiner CDI auf dem Basteltisch. Mein erster Entwurf war geradeaus und funktionierte sehr gut und zuverlässig.
Exup Dummy Exup Dummy
Über die Diode links oben wird der Kondensator direkt aufgeladen, beim Entladen (Diode links unten) hilft der Transistor. Der OpAmp ist notwendig um das Signal zu buffern, der CDI-Eingang ist nicht hochohmig genug. Um einen möglichst grossen Spannungshub abzudecken kam ein Rail-Rail-Typ zum Einsatz. Um alle Unsicherheiten auszuschliessen bekam der Kondensator noch eine Z-Diode zur Begrenzung. Die Lade/Entladezeiten habe ich passend zu der realen Änderungsgeschwindigkeit des Servomotors eingestellt. Die Schaltung kam danach auch bei Ralfs Motorrad zum Einsatz und funktioniert dort seit Jahren fehlerfrei.

Einige Jahre später stellte ich meine Schaltung im Forum vor. Kollege Wolfram kaum auf die Idee dass es auch einfacher geht: Der OpAmp ist eigentlich viel zu gut für die Aufgabe, eine einfache Transistorstufe wäre ausreichend. Die Schaltung schrumpfte dadurch zusammen und besteht nebenbei nur noch aus gängigen Bauteilen. So entstand die oben gezeigte aktuelle Schaltung.

Kollege Wolfram modifizierte die Schaltung in eine andere Richtung und benutzte SMD-Bauteile um möglichst klein zu werden. Als Speicherkondensator benutzte er eine SMD-Ausführung. Aufgrund der deutlich verringerten Speicherkapazität musste er die Schaltung wesentlich hochohmiger ausgelegen. Die Empfindlichkeit gegen Feuchtigkeit und Kriechströme nimmt dadurch zu. Als Folge muss man die Schaltung sehr gut isolieren oder vergiessen.
Exup Dummy Exup Dummy

Auf einen weiteren, sehr einfachen Entwurf habe ich auf der folgenden Seite gefunden:
http://paulsmnr.spaces.live.com/default.aspx
http://www.locostbuilders.co.uk/viewthread.php?tid=36976
Dort hat jemand einen R1-Motor in ein Auto(!) eingebaut. Die Schaltung war nur als Platine abgebildet, ich hoffe der Schaltplan stimmt:
Exup Dummy

Aber es geht noch einfacher. Die folgende Schaltung soll an einer R6 funktioniert haben:
Exup Dummy
Auch hier wird wieder ein dicker Kondensator eingesetzt um die Spannung zur CDI zu glätten und zu filtern. Das Aufladen des Kondesators geschieht über den Motor-Plus-Kontakt, das Entladen übernimmt der Eigangswiderstand der CDI und der 220 Ohm.
Die Schaltung habe ich nicht getestet. Es ist auch keinerlei Schutz gegen Überspannungen vorhanden, wobei die CDI eigentlich auch so robust genug sein sollte.

Ein Entwurf mit einem gänzlich anderen Ansatz ist z.B. hier zu finden :
http://biketransplant.tripod.com/exup_replacement.htm
Es wird ein elektronisches Poti zu benutzen und über die Servomotor-Signale gesteuert. Wolfram griff zuerst diesen Entwurf auf und entwickelte ihn zur folgenden Schaltung.

Exup Dummy

Ihr Vorteil ist dass kein Kondensator benötigt wird und die Schaltung dadurch sehr klein gebaut werden kann. Leider können bei schnellen Änderungen Timingprobleme auftreten die nur mit einem zusätzlichen Taktgenerator lössbar sind. Die Schaltung würde dann aber deutlich umfangreicher und der Vorteil wäre dahin. Zudem fehlen noch jegliche Schutzmassnahmen gegen Spannungsspitzen was die Lebensdauer des IC möglicherweise beeinträchtigt. Also keine zu empfehlende Lösung. Vielleicht ist sie aber für manche Einsatzfälle trotzdem ausreichend, die Exup-Steuerungen sind unterschiedlich tolerant. Ausserdem finde ich das Funktionsprinzip interessant und zeigenswert.