Abgasanlage eines 2-Takters

    Beim Oeffnen des Auslasses wird eine positive Druckwelle (rot) in das Auspuffsystem entlassen, welche sich mit Schallgeschwindigkeit Richtung Diffusor bewegt. (Schallgeschwindigkeit ist hier etwas höher als bei Normalbedingungen, da die Abgasen heisser sind). Beim Diffusor wird ein Teil der Energie der positiven Druckwelle negativ reflektiert (grün). Diese Unterdruckwelle beschleunigt die Entleerung des Zylinders so stark, dass sogar frisches Gemisch in den Auspuff gelangt. Der Rest der positiven Druckwelle wird beim Reflektor reflektiert, so dass sich diese wieder in Richtung Auslass bewegt. Dort presst diese Welle das frische Gemisch wieder zurück in den Zylinder, wo es komprimiert wird, da die Ueberströmkanäle zu diesem Zeitpunkt schon wieder geschlossen sind.



    Die Expansionskammer (Auspuff-Birne) hat einen entscheidenden Einfluss auf die Leistung und Charakteristik eines 2-Takt Motors. 1950 hatte Walter Kaaden der Firma MZ als erster gemerkt, dass man die Energie der Schallwellen eines 2-Takters zur Leistungssteigerung einsetzen kann.


    Die ersten 2-Takter hatten als Auspuff ein einfaches Rohr bestimmter Länge. Die positive Druckwelle wurde am Ende des Rohres negativ reflektiert und beschleunigte die Entleerung des Zylinders. Tuning damals: Das Auspuffrohr wurde mit der Säge so lange gekürzt, bis der Motor bei der gewünschten Drehzahl das maximale Drehmoment lieferte. Die nutzbare Leistung dieser Motoren war aber sehr schmalbandig.
    Später verbesserte man dieses Verhalten, indem man am Ende des Rohres einen sich öffnenden Konus, einen sog. Diffusor anschweisste. Diese Renntüten verbreiterten die negative Druckwelle so, dass sie am Auslass über einen längeren Zeitraum wirksam war.
    -Steiler Konus: starke und kurze Saugwirkung
    -Flacher Konus: schwächere aber längere Saugwirkung
    -Länge des geraden Rohres: Zeitpunkt, wann Saugwirkung einsetzt


    Diese Saugwirkung wurde durch exponentiell ansteigende Diffusoren so effektiv, dass Frischgas aus den Ueberströmkanälen durch den Brennraum in den Auspuffkrümmer gesogen wurde. Als Walter Kaaden dies mit einen Gegenkonus zu verhindern versuchte erkannte er sofort das Potential dieses Prinzips, da dadurch zusätzlich ein Aufladungseffekt erzielt wurde. Folgende Abmessungen beinflussen nun die Charakteristik und Drehzahlband eines 2-Takters:
    -Länge vom Auslass bis Mitte Reflektor: Zeit bis die reflektiert positive Welle den Auslass erreicht.
    -Länge des geraden Rohres: Zeitpunkt, wann Saugwirkung einsetzt
    -Winkel und Länge des Diffusors: Intensität und zeitlicher Verlauf der Saugwirkung
    -Winkel und Länge des Reflektors: Intensität und zeitlicher Verlauf der Druckwirkung
    -Durchmesser und Länge des Endrohres (Dämpfer): Staudruck in der Expnsonskammer
    Ein hoher Staudruck verbessert das Spiel der Wellen, da in einem dichteren Medium mehr Energie übertragen werden kann. Aber ein hoher Staudruck lässt aber den Motor heiss laufen, so dass ein Kompromiss gefunden werden muss.


    Modernen Auspuffanlagen sind weiter optimiert, die Reflektoren und Diffusoren sind aus einer Vielzahl von Winkeln aufgebaut, so dass ein mehr oder weniger kontinuierlicher Verlauf entsteht. Die Berechnung moderner Expanionsauspuffanlagen ist heute weit entwickelt. Bei 500er Gp Maschinen ist die grosse Bedeutung dieser Systeme gut ersichtlich, da bei der Konstruktion dieser Motorräder einige konstruktive Kompromisse eingegangen werden, um die 4 gewaltigen Auspuffbirnen unter zu bringen.


    Die Zeitspanne des offenen Auslasses verändert sich mit der Drehzahl. Dies bedeutet, dass das ganze Druckwellenspiel nur bei einer bestimmten Drehzahl optimal funktioniert. Mit einer Auslasssteuerung moderner 2-Takter erreicht man, dass diese Zeitspanne über einen grösseres Drehzahlband konstant bleibt, indem man die Auslassoberkannte bei tieferen Drehzahlen mit einem mechanischen System nach unten schiebt. Andere Auslasssteuerungen arbeiten mit einem Helmholzresonator, welcher die Ausbreitung der Druckwellen verzögert. Dieser Resonator wird bei tiefen Drehzahlen dazugeschaltet. Beide Systeme können auch kombiniert werden. Auslasssteuerungen sollten regelmässig gewartet werden, da eine Funktionsstörung Folgeschäden nach sich ziehen kann. Ein für hohe Drehzahlen eingestelltes Auslassventil hat bei tiefen Drehzahlen zur Folge, dass die rücklaufende positive Druckwelle zu früh beim Zylinder eintrifft und so heisse Verbrennungsgase durch die Ueberströmkanäle ins Kurbelgehäuse gelangen, welche die Einlassmembranen beschädigen können. Umgekehrt läuft der Motor bei hohen Drehzahlen zu heiss.


    Von Michael Zaugg

    grobe beschreibung aber ganz intressant, Mikx hat da mal eine etwas schöneren Bericht geschrieben mit Skizze.


    ciao

    Darf man nach Anbau einer Jolly/Arrow an der Temp.
    Anzeige eigentlich nen Unterschied sehen?


    Bin mir momentan nicht sicher, ob die höhere Temparatur
    durch Luft im Kühlsystem oder von der Auspuffanlage
    kommt. :confused_face: :confused_face:

    Zitat

    Original von Marco
    grobe beschreibung aber ganz intressant, Mikx hat da mal eine etwas schöneren Bericht geschrieben mit Skizze.


    Hast du die noch oder weißt wo die ist?

    Ich denke das passt hier dann gaz gut hin.


    Exhaust System


    Bei der Abwärtsbewegung des Kobens wird der Auslassschlitz freigegeben. Das Gas strömt als Druckwelle aus dem Zylinder in den Auspuff. Generell ist der 2T-Motor ein Resonanzsystem, welches nur in einem gewissen Drehzahlbereich wirklich gut funktioniert (deshalb auch diese Schubwirkung ab einem gewissen Drehzahlbereich), dem entgegenzuwirken kamen ATAC, KIPS, CTS, RAVE, SAEC usw. als Auslasssteuerung zum Einsatz. Erst wenn die Gassäulen in Resonanz treten ist eine optimale Strömung der Gase gewährleistet.
    Jetzt gilt es das Auspuffsystem so zu konstruieren, dass die ausströmende Druckwelle im Auspuff reflektiert wird (also zurück zum Auslass kommt). Problem ist dabei, die Rücklenkung der Druckwelle so zu steuern, dass sie bei noch geöffnetem Auslassschlitz dort wieder ankommt und eine Art Aufladung dadurch verursacht wird (Schubeffekt).Da bei Ausströmvorgang aus dem Auslass auch Frischgase in den Auspuff gelangen, werden diese durch die dort wiederkehrende Druckwelle grösstenteils in den Zylinder zurückgedrückt. Dadurch wird der Verlust an Frischgas minimiert und es bewirkt sogar eine Füllung des Zylinders, welche über dem eigentlich Zylindervolumen liegt („Turbo-Effekt" ).
    Da für eine optimale Erzielung dieses Effekts hohe Frischgasvolumina erforderlich sind, wird dies nur bei höheren Drehzahlen erreicht (kinetische Energie der Gase).
    Zu Beginn des Auslassvorganges soll am Auslassschlitz ein möglichst geringer Druck anliegen, dadurch strömen die Abgase nämlich schneller aus. Durch diesen Abströmvorgung entwickelt sich eine Sogwirkung, welche sich wiederum positiv auf den Frischgasstrom durch die Überströmkanäle auswirkt. Das wiederum wirkt sich auf den Unterdruck im KW-Gehäuse aus, aber das ist Dir ja schon bekannt, deswegen nun weiter mit den wirklich wichtigen Sachen, hehe.
    Jedoch muss spätestens beim Schließen der Überströmschlitze diese Unterdruckphase enden und ein neuer Überdruck aufgebaut werden.


    Der Auspuff besteht generell aus:


    1. Auspuffrohr
    2. Diffusor
    3. Auspuffkammer
    4. Gegenkonus
    5. Endrohr
    6. Endschalldämpfer


    Am „offenen" Auspuffrohrende wird die Überdruckwelle mit umgekehrtem Vorzeichen (also als Unterdruckwelle) zum Auslass zurückgeschickt. Die ursprüngliche Druckwelle läuft allerdings weiter und wird dabei mit wachsendem Durchmesser des Diffusors vermindert, bis sie auf den Gegenkonus stösst, dort wird die Welle mit positiven Vorzeichen (also als Überdruckwelle) reflektiert. Der Diffusor verstärkt hierbei sogar diese Welle noch (wirkt als Verstärker).
    Nun wird auch klar, welchen Einfluss das Auspuffrohr hat. Ein längeres Auspuffrohr verursacht Resonanzen bei niedrigen Drehzahlen, da der lange Weg eine rechtzeitiges ankommen der Wellen am Auslass nur bei geringen Kolbengeschwindigkeiten und somit bei niedrigen Drehzahlen gewährleistet. Ein kürzeres Auspuffrohr verschiebt diese Wirkung entsprechend zu höheren Drehzahlen. Der Kompromiss ist die Lösung, gerade bei hubraumschwachen 2T-Motoren. Weißt das Auspuffrohr schon in sich einen leichten Konus auf, so wie es heute bei vielen moderneren 2T’s der Fall ist, so entspricht dies einer Verkürzung des Auspuffrohrs.
    So ist auch der Abstand zwischen Diffusor und Gegenkonus für das Ankommen der Überdruckwelle von entscheidender Bedeutung, grosser Abstand, niedere Drehzahlen, für höhere Drehzahlen eben entsprechend umgekehrt.
    Anhaltswerte für extrem schnelle Motoren sind die 5 bis 6fache Länge des Auspuffrohrs vom Einlassquerschnitt. Der Diffusor hingegen soll ca. eine Aufweitung auf das 3,5 bis 4,5fache der Anfangsweite des Auspuffrohrs aufweisen.
    Der Gegenkonus reduziert (der wesentlich kürzer ist als der Diffusor, nur ca. 20-40%) den Querschnitt wieder entsprechend auf das Endrohr. Er sollte zwischen 20 und 40% der Auspuffrohrweite betragen (der Durchmesser des Endrohres). Je grösser der Konuswinkel ist, desto höher der Rückstau (Prallblech), Problem hierbei ist jedoch eine sehr spitze Leistungscharakteristik und ein vehementer Drehmomentabfall jenseits der Resonanzdrehzahl.
    Ein langes, im Durchmesser kleines Endrohr ermöglicht höhere Drehzahlen und Leistung, dabei kann es jedoch bei zu geringem Querschnitt zu thermischen Problemen kommen. Entscheiden für die Leistung und Leistungsgestaltung ist die Länge der Auspuffanlage von Auspuffrohr-Beginn bis zum Ende des Gegenkonus.


    original von Mikx


    mfg. mOOOn

    "Ein Neger mit Gazelle zagt im Regen nie"