Ich hab schon einen Auspuffe selbst gebaut, bin gerade dabei, einen weiteren zu bauen und versuche mal, aus meiner etwas vorhandenen Erfahrung damit zu sprechen.
Das blöde am Resonanzauspuff ist, dass es für viele Größen (noch) keine funktionierenden mathematischen Formeln gibt. Dementsprechend sind Programme, die einem jede Größe nennen wollen, mit höchster Vorsicht zu genießen.
DIE Größe schlechthin ist die Resonanzlänge. Aber von wo bis wo geht nun die Resonanzlänge? - Von Auslassfenster bis zur Mitte des Reflexionskonus
Funktionsprinzip: Der Auslass geht auf und durch den Unterdruck (entsteht durch die Querschnittsvergrößerung im Konus) wird das Abgas "abgesaugt". Die Abgase treffen nach kurzer Zeit auf den Gegenkonus, der in wegen seiner Verjüngung in der Wirkung einem geschlossenen Rohrende ähnelt (zum Glück nur ähnelt W) ). Die Abgase werden als Überdruckwelle reflektiert, wegen der konischen Form aber nicht nur als kurze Druckwelle, sondern als relativ lange. Während dies geschieht, wird von dem Konus immernoch Gas aus dem Zylinder gesogen, obwohl das komplette Altgas schon abgesaugt ist. Das rausgesogene Frischgas drückt die Überdruckwelle aus dem Gegenkonus wieder in den Auslass rein, bevor dieser sich schliesst. In dem Moment, in dem die Druckwellen exakt die gleiche Zeit benötigen, wie der Auslasskanal offen steht, spricht man von Resonanz.
Anmerkung: Die Gasschwingungen im Zweitakter sind auch der Grund dafür, warum ein Drehmomentverlauf beim Zweitakter nur flach und breit oder spitz und schmal sein kann. Der komplette 2T besteht aus Gasschwingungen, die immer nur bei einer bestimmten Drehzahl in Resonanz stehen. Je konsequenter der Motor nun auf diesen Resonanzeffekt ausgelegt ist, desto höher ist das Drehmoment bei der Resonanzdrehzahl, drunter und drüber sieht es dafür schlecht aus.
Die Resonanzlänge lässt sich glücklicherweise als einzige Größe einigermaßen exakt berechnen.
Die Zeit ta, in der der Auslassschlitz geöffnet ist, lässt sich wie folgt berechnen:
...........60*w
ta = ________ [s]
..........n * 360°
n ist die Drehzahl, w ist Auslasswinkel.
Jezt brauchen wir noch die Zeit, die die Gasschwingung im Auspuff benötigt, um einmal vom Auslass zum Gegenkonus und wieder zurück zu laufen.
Dazu brauchen wie die Schallgeschwindigkeit C.
C= 331 + 0,6*T [m/s]
Man kann davon ausgehen, dass im 2T Motor zwischen 200°c und 300°c Abgastemperatur sind. Mit 250°c kommt man auf jeden Fall sehr gut hin.
Die Zeit tr, die die Gaswelle braucht, ist folgende:
..........2 * lr
tr = ________ [s]
............ C
lr ist die Resonanzlänge des Auspuffs in m
Nun soll die Öffnungszeit ta mit der Zeit tr gleich sein.
Setzt man beide Formeln gleich und löst nach lr auf, kommt folgendes raus:
.........w*60*C
lr = _________ [m]
.........n*360°*2
Dieser Wert ist ein brauchbarer Richtwert. Richtwert nur deshalb, weil man trotz der mathematisch exakten Berechnung einige Ungenauigkeiten hat: 1. Fertigungstoleranzen, 2. Gastemperatur (die Abgase kühlen im Auspuff auch noch ab, da die Wärme durch die Wand nach aussen abgegeben wird).
Wie geht man nun bei der Konstruktion weiter vor?
Alle anderen Maße fehlen uns ja noch.
Für die gibt es leider nur Pie-mal-Daumen-Werte.
Für die Kegelwinkel gilt, dass sich ihre Wirkung verstärkt, je größer ihr Winkel ist, d.h. je rascher sich der Querschnitt ändert. Je stärker die Wirkung, desto stärker aber auch die Bindung an eine bestimmte Drehzahl! Je schwächer die Wirkung, also je kleiner der Kegelwinkel, desto größer ist der Drehzahlbereich, der abgedeckt werden kann. Hier gilt es nun, durch probieren einen Kompromiss für den Kegelwinkel zu finden.
Das zylindrische Rohr zwischen den Konen sollte nicht zu kurz sein, sonst kann es passieren, dass die Druckwellen so dicht aufeinander folgen, dass sie sich in ihrer Wirkung aufheben und so überhaupt kein Resonanzeffekt mehr stattfindet.
Das Rohr sollte etwa 20-40 % der Länge von Konusanfang bis Gegenkonusanfang einnehmen.
Als Durchmesser des zylindrischen Rohrs haben sich 90-120mm bewährt.
Die Fläche des Krümmers sollte das 1.1-1.2 Fache der Auslassfläche sein. Durch die Krümmerlänge lässt sich auch der Drehmomentverlauf beeinflussen: Für einen spitzen Verlauf sollte der Krümmer 6-8 mal so lang wie stark sein, für einen flachen Verlauf 9-12 mal so lang.
Das Endrohr sollte zwischen 50 und 60 % des Krümmerdurchmessers sein, auf keinen Fall kleiner, sonst tritt schnell ein Hitzestau auf. Es sollte ca. 12 mal so lang wie stark sein.
Mit meinen nach diesen Werten konstruierten Auspuffen bin ich eigentlich ganz zu frieden.
Der schon fertige hat eine Resonanzlänge von 800mm, eine Krümmerlänge von 315mm, Krümmerdurchmesser von 30mm, Endrohrdurchmesser von 17mm, Kegelwinkel von 7° am Konus und 9.5° am Gegenkonus. Bei 250°c Abgastemperatur käme das auf eine Resonanzdrehzahl von etwa 9300 U/min mit recht breitem Drehmomentverlauf.
Die ganzen nötigen Formeln haben sich bei mir im Laufe der Zeit aus diversen verschiedenen Büchern angesammelt, ich weiß leider nicht mehr, woher was kommt und bin zu faul, nachzugucken. Wenn sich jemand dafür interessiert, kann mal gucken.
Fahre aufm Roller 186° Auslass und 124° Überströmer.
