Abstimmung und Gegendruck

Der Gegendruck bezieht sich auf den Druck, der dem gewünschten Gasfluss in engen Räumen wie einer Leitung entgegenwirkt. Er wird häufig durch Verstopfungen oder enge Knicke in einem begrenzten Raum wie einem Auspuffrohr verursacht.

Aufgrund des Luftwiderstands, der Reibung zwischen den Molekülen, ist der Begriff „Gegendruck“ irreführend, da der Druck bestehen bleibt und den Fluss in dieselbe Richtung verursacht, der Fluss jedoch aufgrund des Widerstands reduziert wird. Beispielsweise könnte ein Auspuffsystem eines Automobils mit einer besonders hohen Anzahl von Windungen, Knicken, Kurven und rechten Winkeln einen hohen Gegendruck für die aus dem Automotor austretenden Gase verursachen und somit den Gasfluss reduzieren.

Gegendruck im Auspuff von Zweitaktmotoren

Bei einem Zweitaktmotor ist die Situation jedoch aufgrund der Notwendigkeit komplizierter, das unverbrannte Kraftstoff-/Luftgemisch nicht durch die Zylinder in den Auspuff gelangen zu lassen. Während des Ausstoßtakts ist der Gegendruck noch unerwünschter als bei einem Viertaktmotor, da weniger Zeit für den Ausstoß zur Verfügung steht und die Pumpwirkung des Kolbens fehlt, um den Ausstoß aus dem Zylinder zu erzwingen. Da die Auslassöffnung jedoch nach Abschluss der Spülung zwingend für eine gewisse Zeit geöffnet bleibt, kann das unverbrannte Gemisch dem Auspuff aus dem Zylinder folgen, Kraftstoff verschwenden und die Umweltverschmutzung erhöhen. Dies kann nur verhindert werden, wenn der Druck an der Auslassöffnung höher ist als der im Zylinder.

Diese gegensätzlichen Anforderungen werden dadurch erfüllt, dass das Auspuffrohr mit konischen, divergenten und konvergenten Abschnitten gebaut wird, um Reflexionen der Druckwellen zu erzeugen, die sich entlang des Rohrs zurückbewegen und an der Auslassöffnung ankommen. Die Auslassöffnung öffnet sich, solange noch ein erheblicher Druck im Zylinder herrscht, der den anfänglichen Ausstoß der Abgase vorantreibt. Wenn die Druckwelle des Abgasimpulses das Rohr hinuntergeht, trifft sie auf einen konischen, divergenten Abschnitt; dadurch wird eine negative Druckwelle im Rohr reflektiert, die gegen Ende der Ausstoßphase an der Auslassöffnung ankommt, wenn der Zylinderdruck auf ein niedriges Niveau gesunken ist, und hilft, die restlichen Abgase aus dem Zylinder herauszudrängen. Weiter hinten im Auspuffrohr trifft die Abgasdruckwelle auf einen konischen, konvergenten Abschnitt, der eine positive Druckwelle erneut im Rohr reflektiert. Diese Welle ist so abgestimmt, dass sie nach Abschluss der Spülung an der Auslassöffnung ankommt und diese dadurch „schließt“, um das Austreten der neuen Ladung zu verhindern. Sie kann auch jede Ladung, die bereits in den Zylinder gelangt ist, zurück in den Zylinder drücken.

Da die Abstimmung dieses Prozesses hauptsächlich von der Geometrie des Auspuffsystems bestimmt wird, die sich nur äußerst schwer variieren lässt, kann die richtige Abstimmung und damit die optimale Motoreffizienz in der Regel nur in einem kleinen Bereich der Betriebsdrehzahl des Motors erreicht werden.

Gegendruck im Automobil-Auspuff (Viertaktmotor)

Der durch die Abgasanlage (bestehend aus dem Kopf , dem Katalysator, dem Schalldämpfer und den Verbindungsrohren ) eines Viertaktmotors für Kraftfahrzeuge verursachten Gegendruck wirkt sich negativ auf den Wirkungsgrad aus, was zu einer Leistungsabnahme führt, die durch eine Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs ausgeglichen werden muss.