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Reso-Auspuff
Schalldaempfer
  Der Liftmotor ist zuständig für das Luftkissen unter dem Boot und ist ein 2-Zyl-2-Takt Motor. Da die ursprünglichen Auspuffbirnen aus Motorrädern stammten und schon einige Engstellen durch Beschädigungen hatten, beschloss ich neue Resonanzauspuffbirnen für diesen Motor zu berechnen und zu bauen. Die  Frage die mich damals permanent beschäftigte:

Bringt's was oder is es nur Zeitverschwendung?????

 
    Prinzipieller Aufbau:

Jede Resobirne besteht aus einen Krümmer, Konus, zylindr. Rohr, Gegenkonus und Endstück:

Bevor man mit der Berechnung beginnt sollte man sich Gedanken machen für welchen Drehzahlbereich man die Birne auslegt.

  • spitzer Drehmomentverlauf mit hoher Leistung, bei schmalen Drehzahlband
  • flacher Drehmomentverlauf mit geringerer Leistung, über größeres Drehzahlband

Nachdem ich eh zu 95% bei einer Drehzahl den Liftmotor betreibe, ist klar, dass ich das ganze auf eine Drehzahl auslege.

 

 
     
     

Das Prinzip beruht auf einer Druckwelle, die am Gegenkonus reflektiert wird und frisches, bereits durch den Brennraum durchgeströmtes  Benzin-Luft-Gemisch wieder zurück in die Brennkammer schiebt. Dadurch entsteht eine Überladung im Brennraum. Gleichzeitig wird Benzin gespart, da nicht soviel Sprit ungenutzt durch den Brennraum gesaugt wird. Der Konus bewirkt eine Saugwirkung am Auslassschlitz und befördert dadurch die Abgase schneller aus dem Brennraum.

  • Steiler Konus: starke und kurze Saugwirkung
  • Flacher Konus: schwächere aber längere Saugwirkung

   

 
    Die Resonanzwelle muss also so abgestimmt werden, dass die zurückreflektierte Druckwelle genau dann am Auslassschlitz ankommt, wenn der Einlassschlitz gerade schließt (da sonst das Gemisch wieder aus dem Brennraum heraus geschoben wird) und der Auslassschlitz noch nicht geschlossen ist. Die Laufzeit und damit den Weg einer Druckwelle zu berechnen wäre eigentlich kein Problem, wenn sich das das System in Ruhe und unter konstanten Bedingungen befindet. Leider ist das in der Realität so gut wie nie der Fall. Das ganze wird durch folgende Faktoren maßgeblich beeinflusst:
  • Abgastemperatur
  • Drehzahl (leider is die nie richtig konstant)
  • Strömungs-Hindernissen (z.B. durch Schweißnähte, zu großen Übergangswinkeln))
  • Luftdruck/Dichte der Luft

Die Abgastemperatur beeinflusst das System sehr stark, da die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Druckwellen in Medien von der Temp. abhängen. Aufgrund der Auspufflänge haben wir auch noch eine Temperaturverteilung, was das ganze nochmals verkompliziert.

 

 

 
Bevor wir  zu der Berechnung kommen hier noch ein paar allgemeine Regeln, die ich aus mehreren Quellen übernommen habe und meistens aus Erfahrungswerte stammen (falls ihr da noch mehr Tipps habt, gebt mir ruhig bescheid):

  • D1:10-20% größer als die Auslassfläche                                                                                                                  
  • L3: spitzer Drehmomentverlauf à Krümmer kurz ca. 6-8fache des Durchmessers                      
  • L3: flachere Drehmomentverlauf à Krümmer lang ca. 9-12fache des Durchmessers
  • L5: 20% bis 40% der Gesamtlänge (L4+L5) von Konusanfang bis Ende zylindrischem Rohr
  • L6: Der Gegenkonus besitz die halbe Länge des Konus (Diffusors)
  • L7: 12-fache des Endrohrdurchmessers; bei zu kurzem Rohr kann die erzeugt Unterdruckwelle die Gegendruckwelle überlagern
  • D3:  D3=0,58 bis 0,75 x D1
  •  - Ist der Durchmesser zu klein wird das ausströmende Gas behindert und ruft evtl. Hitzestau hervorruft  eher 60%

  • Ist der Durchmesser zu groß wird die Wirkung der Gegendruckwelle verringert

Der (halbe) Kegelwinkel des Diffusors liegt erfahrungsgemäß zwischen 6 und 10Grad.  Kegelwinkel unter 6° sind bei ausreichendem Volumen in der Länge schlecht unterzubringen. Kegelwinkel über 10° haben durch Randverwirbelungen einen schlechten Wirkungsgrad. 
Kleine Diffusorwinkel haben ein breites Drehzahlband, große Winkel ein ausgeprägtes, aber schmales Band.
Der Gegenkonus soll etwa den doppelten Kegelwinkel haben wie der Diffusor. Ein steiler Gegenkonus läßt die Leistungskurve nach dem Maximum schnell abfallen, ein flacher Gegenkonus gibt einen weicheren Leistungsverlauf bei einem leichten Verlust an maximaler Leistung. Mit anderen Worten: 
Der Diffusor beeinflusst den Leistungsverlauf bis zum Maximum, der Gegenkonus den Verlauf über dem Maximum 


 

 

Berechnung:

Berechnung der Öffnungszeit des Auslasskanals:

 = Öffnungswinkel des Auslasskanals in [°]

n= Drehzahl in

 

In dieser Zeit Tö muss die Druckwelle den Weg vom Auslasskanal bis zum Gegenkonus 2x durchlaufen (Resonanzlänge)

Hier: 233°-106°=127°

Berechnung der Schallgeschwindigkeit

 Cs =331 + 0,6 T [m/s] 

 T [°C]

Berechnung der Resonanzlänge L

 

   è  è     è  

 

 

 

 

 

Umsetzung in die Praxis

 

Nachdem ich leider noch keine Tiefziehmaschine habe :-) muss der Konus, der noch dazu in einer Kurve verläuft durch einzelne Blechabwicklungen hergestellt werden. Dazu habe ich erst den Kurvenverlauf des Krümmers über einen Spline festgelegt und diesen dann in einzelne Stufen mit unterschiedlichen Konuswinkeln zerlegt, um wenigstens annähernd einen kontinuierlich Konus in der Kurve zu erhalten:

 

 

 

hier ist nur der Verlauf zu sehn ohne Konuswinkel

 

       
  Hier jetzt der erste Auspuff:    
 

   
       
  Komplettansicht:    
 

   
       
  Bleibt jetzt nur noch die Frage zu klären, was es gebracht hat?

Insgesamt habe ich mit dem ersten Schuß (vielleicht kommt noch mal eine Optimierung) 600-700 Umd/min unter Vollast rausgeholt. Das sind über 15m/s mehr an Blattspitzengeschwindigkeit.

Leistungsmäßig und dafür, dass am Motor absolut nichts geändert wurde, ist das ganz ordentlich.

Und so schauts aus:

   
 

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