Abgasanlage eines 2-Takters

Beim Öffnen 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 Überströmkanäle 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 Überströmkanälen 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 beeinflussen 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 Expansionskammer
  

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.