Resonanzrohr / -schalldämpfer
...wichtiger als vermutet

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Resonanzrohr (Resorohr) - Warum und wie

Das Resonanzrohr wird seit der Mitte des 19. Jahrhunderts, als die Sportwagen noch mit 2 Takt- Motoren fuhren, im Motorsport eingesetzt. Es erfüllt im Betrieb an einem 2 Takt- Glühkerzenmotor gleich mehrere wichtige Aufgaben.

Wie der Name Resonanzschalldämpfer schon sagt, haben wir es mit einer Resonanz zu tun. Resonanz bedeutet soviel wie "Widerhall" (lateinisch resonare „widerhallen“. Dieser Begriff ist aus der Akustik gut bekannt und hat auch in unserem Anwendungsfall in etwas abgewandelter Form damit zu tun. Beim Glühkerzenmotor haben wir keine Ein- bzw. Auslassventile, wie bei einem Viertaktmotor. Die Frischgase werden durch Unterdruck angesaugt und die Verbrennungsgase nach dem Verbrennungsvorgang durch Überdruck aus dem Brennraum herausbefördert. So wie das auf der Seite Nitro Methanol- Motoren dargestellt und beschrieben ist. Nun kommt es nach dem Verbrennungsvorgang, während des Ausstoßens der Abgase dazu, dass Frischgase ungewollt mit herausgedrückt werden, da kein Ventil vorhanden ist, welches den Abgasaustritt schlagartig schließt. Genau hier tritt das Resonanzrohr, bzw. der Resonanzschalldämpfer in Erscheinung. Das Resonanzrohr bietet genügend Raum um die Abgase vollständig aufzunehmen und abzuführen, aber das Volumen und die Bauform sind so gewählt, dass es im Inneren zu einer Resonanz, also zu einer widerhallenden Druckwelle kommt. Diese dem Abgasstrom entgegengerichtete (widerhallende) Druckwelle sorgt für einen Druckaufbau am Auslass des Brennraumes genau in dem Moment, wenn es gilt, den Austritt von Frischgas aus dem Brennraum zu stoppen. Frischgas, welches gerade aus dem Brennraum strömt wird so wieder zurück in die Brennkammer gedrückt. Der Druck in der Brennkammer wird dadurch angehoben. Das Resorohr wirkt dadurch wie ein Turbolader - es führt zu einer höheren Motorleistung.
Bei diesem Vorgang ist es wichtig, dass das Resorohr genau auf den Motor abgestimmt ist, denn die Resonanzdruckwelle soll genau dann am Abgasauslass wirken, wenn der Frischgaseinlass des Brennraumes gerade eben vom Kolben wieder verschlossen wurde.
Die Resonanzen im Resorohr haben, bedingt durch die Motordrehzahl, Frequenzen von mehreren hundert Hertz.
Auch der Krümmer, der das Resorohr mit dem Abgasauslass verbindet, hat Einfluss auf die Resonanz.

Die optimale Wirkung des Resonanzrohres tritt nur in einem eng begrenzten Drehzahlbereich auf. Nämlich dann, wenn die Zeit zwischen Öffnen und Schließen des Auslasskanals genau zu der Zeit passt (Resonanz), die die Gasdruckwelle braucht, um zum Gegenkonus und wieder zurück zu gelangen (widerhallen, schwingen -> Resonanz)

Mehr grundlegende Info zu Glühkerzenmotoren findest Du hier unter Nitro Methanol- Motoren .

Die genaue Geschwindigkeit der Abgasdruckwelle im Resorohr ist im Wesentlichen abhängig von der Umgebungstemperatur bzw. Abgastemperatur.

  • geringer Nitroanteil (heißer)
  • hohe Verdichtung (heißer)
  • hohe Drehzahl (heißer)
  • usw.

Auch andere Motorspezifische Gegebenheiten wie Einlasswinkel, Auslasswinkel haben hier Einfluss.


Aufbau eines Resonanzrohres

Ein Resonanzrohr, auch in der einfachsten Bauform besteht als gesamte Funktionseinheit aus mehreren Teilen.

1. Krümmer

Dieser ist ein gekrümmtes Rohr, das direkt am Auslass des Zylinders angebaut ist.

2. Diffusor

Der Diffusor ist ein konisches Rohr, welches sich in Abgasflussrichtung erweitert.

3. zylindrisches Zwischenstück, oder konische(s) Zwischenstück(e)

Eine gewisse Länge ist notwendig, da sich sonst die Abgasdruckwelle und die Resonanzdruckwelle gegenseitig aufheben können.

4. Gegenkonus

Der Gegenkonus ist konisches Rohr, welches sich in Abgasflussrichtung verjüngt und etwa halb so lang ist, wie der Diffusor.

5. Endrohr

Auch das Endrohr hat definierte Dimensionen.

6. Schalldämpfer


Resonanzrohr mit und ohne Schalldämpfer

Resonanzrohr

Ein Resonanzrohr ist bei laufendem Motor sehr laut. Man muss die starken Gasschwingungen des Abgases dämpfen. Das funktioniert mit Hilfe eines Schalldämpfers.

Resonanzschalldämpfer

Im Schalldämpfer werden die Gasschwingungen (Schall) so oft gebrochen, dass sie einen Großteil ihrer Energie verlieren. Die nun ruhigen Gase können dann durch das Auslassrohr entweichen, ohne viel Lärm zu machen.


Wahl des passenden Resonanzrohres

Die Länge eines zum Motor passenden Resonanzrohres kann man rechnerisch ermitteln.

Formel zur Berechnung

Wir wollen die benötigte Länge des Resonanzrohres vom Auslass des Motors bis zur Mitte des Gegenkonus berechnen.
Als Abgastemperatur nehmen wir 550°C an, das ist ein solider Durchschnittswert. Der Auslasssteuerwinkel des Motors ist mit 190° vorgegeben, der Überströmsteuerwinkel mit 130°. Die Motordrehzahl wird im Mittel 25000 U/min betragen. Das ergibt sich auch aus den Herstellerangaben.

Die Rechnung sieht wie folgt aus. Demnächst gibt es hier noch ein Calculator- Tool zur Berechnung.

Formel Berechnung Resonanzrohr
Resonanzrohr berechnung Skizze

Die Länge vom Motorauslass bis zur Mitte des Gegenkonus sollte in unserem Falle 0,293m betragen, also 29,3cm.

Ist die Motordrehzahl höher, so muss das Resonanzrohr dementsprechend kürzer sein. Hier ein Beispiel für einen Motor mit 35000 U/min.

Formel Berechnung Resonanzrohr

Bei 35000 U/min muss die Länge des Resonanzrohres 20,9cm betragen. Das sind ~9cm weniger als bei 25000 U/min.

Du kannst auch hier online die Resonanzrohrlänge berechnen