Resonanzrohre für 2-Takt Motore PE00078A.gif (1449 Byte)

Hier finden Sie eine Prinzipbeschreibung, die Längenberechnung und ein Excelprogramm.

Prinzip:

Wenn sich der Kolben auf- und abbewegt, so öffnet und schließt er den Einlass und den Auslass des Zylinders. Wenn er sich aufwärts bewegt, so schließt er den Einlass kurz vor dem Auslass. Für eine genauere Betrachtung ist es wichtig, die Zeitdauer der Auslassöffnung zu kennen. Als  Näherung können wir die Auspuffdauer von 140 bis 160 Grad einer Umdrehung der Kurbelwelle veranschlagen.

Die Kombination Krümmer-Resorohr ist unterschiedlich dick, wobei das dickere Ende vom Motor wegzeigt. Während des Auslassvorgangs strömt heißes Auspuffgas in den Krümmer, weiter in das Resorohr und strömt weiter in den hinteren, dickeren Teil. Wenn Gas expandiert (in den dickeren Teil kommt), so kühlt es ab. Wenn es abkühlt beansprucht es weniger Volumen. Durch diesen Vorgang wird ein Unterdruck am Motorauslass erzeugt und die verbrannten Gase werden um so besser aus dem Motor herausgesaugt. Das ist einer der Vorteile eines Resorohrs gegenüber einem normalen Auspuff, aber es ist nur die halbe Wahrheit.

Denn wenn der Motor das verbrannte Gas ausstößt, saugt das Resorohr zusätzlich durch den erwähnten Unterdruck. Durch dieses schnelle Ausströmen, wird der Zylinder schnell frei für frisches Gas. Das frische Gas strömt also hinein, jedoch zu schnell, sodass es teilweise gleich wieder zum Auspuff hinausgesaugt wird. Das schnelle Ausströmen ist also ein Vorteil. Leider geht dabei ein Teil des frischen Gases verloren. Und genau hier setzt die zweite Funktion des Resorohres an:

Das Resorohr hat eine Prallplatte, die mitten im Rohr angebracht ist. Sie verschließt einen Großteil des Rohres. Wenn der Motorauslass öffnet, so strömen die Gase explosionsartig aus und erzeugen eine Schockwelle. Wenn die Schockwelle die Prallplatte erreicht, so wird sie reflektiert, und geht den gleichen Weg wieder zurück.

Was bringt das nun alles ? Schauen wir uns den ganzen Vorgang einmal komplett an:

Der Motorauslass öffnet wodurch die stark erhitzten und komprimierten Gase durch den Krümmer in das Resorohr strömen. Es entsteht die Schockwelle. Das größere Volumen im Resorohr erzeugt einen Unterdruck, wodurch verbrannte und dann frische Gase in den Auspuff gezogen werden. Wenn die Schockwelle die Prallplatte erreicht, kehrt sie um in Richtung Motorauslass. Gleichzeitig bewegt sich der Kolben weiter und schließt den Einlass kurz vor dem Auslass.

Wenn wir es nun schaffen, dass die Schockwelle gerade in dem Augenblick den Auslass erreicht wenn er noch offen ist, der Einlass aber bereits zu ist, so würden wir die (unbeabsichtigt ausgestoßenen) frischen Gase wieder vom Auspuff in den Motor zurückdrücken. Dadurch wäre der Zylinder mit mehr Frischgasen gefüllt und die Motorleistung würde steigen.

Ist das Resorohr aber zu kurz, so würden zusätzlich zum Frischgas auch alter verbrannte Auspaffgase in den Motor zurückgedrückt werden, was zu Leistungsabfall und Überhitzung führt. Daher darf ein Resorohr niemals zu kurz abgestimmt sein !

Längenberechnung:

Aus dem vorher Gesagten wird klar, dass alles vom richtigen Zeitverhalten abhängig. Die Motordrehzahl spielt also eine entscheidende Rolle. Daher kann ein Resorohr auch nur für eine bestimmte Drehzahl optimal abgestimmt werden. Bei anderen Drehzahlen gibt es nur Kompromisse.

Nehmen wir als Beispiel eine Motordrehzahl von 10.000 U/min was 167 U/s entspricht. Eine Umdrehung dauert also 1/167 = 0.006 Sekunden. Der Auslass ist nur für ca. 160 Grad während einer Umdrehung offen, was 0.00267 Sekunden entspricht. Die Schockwelle soll während dieser Zeit vom Zylinder zur Prallplatte gehen und wieder zurück kommen. Da sie sich mit Schallgeschwindigkeit bewegt (340 m/s) muss die zurückgelegte Entfernung also 0.00267 x 340 = 0.91m = 91 cm betragen. Da sie sich ja einmal vor und einmal zurückbewegt, muss die Prallplatte die halbe Entfernung vom Zylinder haben (91/2 = 45,5 cm). Diese Entfernung stimmt für den kompletten Zyklus. Die Schockwelle sollte aber geringfügig früher eintreffen, solange der Auslass noch ganz geöffnet ist. Das hängt natürlich von der Bauart des Motor ab.

Die obige Rechung soll nur die Verhältnisse veranschaulichen. Exakte Ergebnisse darf man sich von so einer Rechnung nicht erwarten, denn es gibt einige Unbekannte, welche das Ergebnis erheblich verfälschen !

Dazu gehört der Auslasswinkel des Motors. Diesen kann man aber messen und somit diese Unbekannte ausschiessen. Was man aber kaum in den Griff bekommen kann, ist die Abgastemperatur. Denn diese beeinflußt die Schallgeschwindigkeit erheblich !

Aus diesem Grund kann ein Rechenergebnis immer nur ein grober Schätzwert sein.

Um diese Probleme so gut wie möglich in den Griff zu bekommen, habe ich die folgende Berechnung entwickelt. Diese Berücksichtigt die wichtigsten Parameter. Das Ergebnis wird umso genauer, je präziser man die Eingaben machen kann. Wenn jemand ein Temperaturmessgerät hat mit dem man die Abgastemperatur messen kann, so kann er die Abstimmlänge schon relativ genau berechnen:

Übliche Motore haben Auslasswinkel im Bereich von 140 bis 160 Grad. Da das Ergebnis stark von der Präzision dieses Winkels abhängt, sollte man ihn am ausgebauten Motor messen.

Die Abgastemperatur kann man nur ahnen. Vielleicht sind 300 Grad ein brauchbarer Wert. Er hängt natürlich stark von der gesamten Abstimmung des Motors, Vergasers, dem Sprit und der Kerze und natürlich der Resorohr-Abstimmung ab.

Längenmessung:

Zuerst muss man die genaue Position der Prallplatte feststellen. Dazu steckt man einen Draht in die Motoröffnung des Resorohrs und sucht die Prallplatte. Dann markiert man sich die so gefundene Position an der Außenseite des Resorohrs. Die einzustellende Länge muss inklusive Krümmer und Verbindungsrohren gemessen werden. Dazu eignet sich ein flexibles Bandmaß (aus Mutters Nähkiste) besonders gut. Man beginnt an der Auslassöffnung des Motors und misst bis zur Markierung des Resorohrs wobei man dem Krümmer mittig folgt.

Beispiel X-Treme von Vario:

Die Getriebeübersetzung (Rechtsdreher) beträgt 9,273.
Aus obiger Formel ergeben sich folgende Richtwerte

Rotordrehzahl Motordrehzahl Reso-Länge [cm]
1200 11127 53
1500 13909 42,8
1700 15764 37,8

Vario schlägt korrekterweise eine Länge von 38 cm vor. Man sieht hier schon die starke Abhängigkeit von der Drehzahl. Die errechneten Werte sind allerdings nur Richtwerte, die bei manchen Motoren erheblich abweichen können. Eine Abstimmung des Resorohrs im Flug bleibt also nicht erspart.