Da gibt es diese schöne Animation eines 2-Takt-Motors mit Expansionskammer

Quelle

Es funktioniert so:

Beim Abwärtsbewegen nach der Zündung gibt der Kolben die Abgasöffnung frei und das verbrannte Gas strömt wie eine (Hochdruck-)Stoßwelle in das Abgasrohr.

Aufgrund der Trägheit erzeugt dieses Gas dahinter eine leichte Vakuumwelle, die hilft, mehr verbranntes Gas, aber auch frisches Gas abzusaugen, sobald die Ansaugöffnung freigelegt wird.

Der erste Kegel hilft, das Vakuum zu erhöhen: Wenn das Gas mit einer bestimmten Geschwindigkeit durch das Rohr strömt, durchläuft es pro Zeit ein bestimmtes Volumen. Wird der Querschnitt vergrößert und bleibt die Geschwindigkeit gleich, durchläuft die Welle ein größeres Volumen. Dadurch entsteht mehr ... ähm ... Vakuumvolumen hinter der Welle. Es ist ein bisschen schwer zu erklären.

OK, jetzt haben wir frisches Gas in der Flasche, aber auch im Krümmer. Die Stoßwelle trifft nun auf den richtigen Kegel und wird reflektiert. Das heißt, Sie haben jetzt eine Stoßwelle, die auf den Zylinder zuläuft. Er trifft genau in dem Moment, in dem die Ansaugöffnung vom Kolben abgedeckt wird, auf das Frischgas und drückt dieses Gas in den Zylinder. Wenn der Kolben auch die Auslassöffnung abdeckt, steht das Frischgas bereits unter Druck.

Auf diese Weise bildet der Auspuff eine Art Kompressor, der den volumetrischen Wirkungsgrad / die Leistung des Motors erhöht.

Die Form des Auspuffs ist zeitkritisch: Die Länge des Rohrs zwischen Auslassöffnung und erstem Konus bestimmt, wann die verstärkte Unterdruckwelle den Zylinder erreicht – sie sollte da sein, wenn die Einlassöffnungen freigelegt sind und Frischgas angesaugt werden kann aus ihnen. Und der Abstand zum zweiten Kegel definiert, wann die reflektierte Stoßwelle den Zylinder erreicht. Nochmals: Dies sollte passieren, wenn der Einlass bereits abgedeckt ist und der Auslass noch nicht.

Das bedeutet, dass der Auspuff auf eine bestimmte Drehzahl ausgelegt ist, bei der Sie den maximalen Leistungsgewinn erzielen.

Die Winkel der Konen ermöglichen es jedoch, den Drehzahlbereich, in dem der Motor seine Leistung entfaltet, auf Kosten der maximalen Leistung zu erweitern.

Hier sind zum Beispiel Leistungs- / Drehmomentkurven für drei Auspuffanlagen am selben Roller:

Zunächst fällt auf, dass der Motor bereits oberhalb von 5000 U/min anfängt, etwas Leistung zu entwickeln, weil dort der Auspuff zu arbeiten beginnt.

• Die blaue Kurve ist ein recht schmaler Peak mit einem Maximum bei 7700 U/min. Bei höheren / niedrigeren Drehzahlen verliert es ziemlich schnell an Leistung.
• Die rote Kurve ist zu höheren Drehzahlen verschoben, wo sie mehr Leistung entwickeln sollte - stattdessen ist sie für einen größeren Drehzahlbereich ausgelegt. Also max. Die Leistung ist ähnlich wie bei der blauen Kurve, aber der Drehzahlbereich ist etwa doppelt so breit.

Schließlich hängt das Design auch von den Bedürfnissen des Fahrzeugs ab. Ein Motorcrosser hat in der Regel ein Getriebe mit mehreren festen Gängen und läuft damit über einen großen Drehzahlbereich. Scooter hingegen verfügen meist über eine Variomatik, die den Motor auf einer bestimmten, konstanten Drehzahl laufen lässt.

Knapp:

Die Auspuffrohre sind so geformt, dass sie über einen Drehzahlbereich Gase aus der Brennkammer saugen.

Etwas länger:

Stellen Sie sich einen 2-Takt-Motor ohne Auspuff vor ^*1 . Wenn das Auslassventil öffnet, verlassen verbrannte Gase den Zylinder. Lassen Sie das Ventil lange genug geöffnet und der Zylinder wird Umgebungsluftdruck haben.

Lassen Sie nun den Motor mit fester Drehzahl laufen und fügen Sie ein gerades Rohr als Auspuff hinzu. Wenn sich das Auslassventil öffnet, strömt eine Welle komprimierter Gase in das Rohr, bewegt sich bis zum Ende des Rohrs und breitet sich in die umgebende Atmosphäre aus. Zu diesem Zeitpunkt tritt eine Gegenwelle (Niederdruck) in das Rohr ein und wandert zurück zum Zylinder. Wenn Sie dies richtig einstellen, können Sie einige der restlichen verbrannten Gase aus dem Zylinder saugen.

Jetzt funktioniert ein gerades Rohr nur für einen kleinen Drehzahlbereich. Aber wenn Sie das Rohr in eine V-Form ändern, funktioniert es allmählicher.

Jetzt die großen Fragen:

1. Ist das der einzige Grund? (Keine Ahnung, es ist einer der Gründe, ein Auspuffrohr zu formen).
2. Wie wirkt sich das auf die Schalldämpfung aus? (Was ich vermute, ist der zweite Teil des Auspuffs, den Sie gezeigt haben).

Leider muss ich diese beiden Antworten anderen überlassen.

Zusätzliche Informationen von – Perkins, der über detailliertere Kenntnisse verfügt. In die Antwort einfügen, da ich verstehe, dass Kommentare irgendwann aus den Antworten verschwinden werden.

Es ist etwas komplizierter. Bei Zweitaktmotoren kommt gleichzeitig mit dem Austritt des Abgases ein neues Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Zylinder. Das Absaugen einer ausreichenden Menge Abgas aus dem Zylinder ist trivial. Die seltsam geformten Auspuffrohre wie das abgebildete sind eigentlich auf einen bestimmten Drehzahlbereich abgestimmt und saugen zuerst eine größere Menge Kraftstoff-Luft durch den Motor, und dann prallt die Druckwelle vom zweiten schmalen Teil ab und drückt den zusätzlichen Kraftstoff -Luft mit höherem Druck in den Zylinder zurück, wodurch Kraftstoffverschwendung reduziert und die Leistung gesteigert wird.

^*1 : Ignorieren Sie das Risiko, dass Schmutz in den Motor gelangt.