Kreidlerdatabase

Kreidler uitlaten en werking

Omdat er een aanmerkelijk verschil van functie is tussen de uitlaat van een tweetakt- en viertaktmotor, zullen we deze los van elkaar behandelen.
We gaan we vanuit dat er al enige voorkennis is van viertakt- en tweetaktmotoren.

Uitlaten KreidlerUitlaatsysteem bij tweetaktmotoren

De tweetaktuitlaat zit anders in elkaar. Er zijn twee typen, de ouderwetse waarbij er wel een voorconus is met een cilindrische rustkamer erachter en de moderne waar er achter de rustkamer een tegenconus zit, gevolgd door een dunne cilindrische tailpipe.

Dit alles is slechts nog voor de juiste tegendruk, dan blijft het dempen van het geluid nog over.

(Bij de viertakten valt dat helemaal niet mee omdat de drukpuls zo kort en krachtig is.)

Bij de tweetaktmotor passen we dikwijls een expansie-uitlaat toe.
Deze uitlaat snerpt bij het optrekken en doet vervelend aan bij bepaalde belastingen. Dan komt de verbranding in de war en ontstaan er knallen in de uitlaat die heel lastig te dempen zijn.
Zo'n expansie-uitlaat versterkt de knallen en dat is de reden dat er om die uitlaat vaak een laag dempermateriaal moet worden aangebracht.
Later zullen we nog verder ingaan op het onderwerp expansie-uitlaat.

Vanwege de geluiddemping meten de fabrikanten heel nauwkeurig het uitlaatspectrum. Dat is de totale verzameling van frequenties en geluidssterkten die bij alle belastingen en toerentallen voorkomen. De meest hinderlijke moeten worden gedempt en daar zijn vele methoden voor. We zullen hierbij twee methodes behandelen, omdat tegenwoordig alleen deze nog worden gebruikt.

Meestal worden er kamertjes gebruikt die door pijpjes met elkaar zijn verbonden. In die kamertjes ontstaan trillingen door het weerkaatsen van het geluid en die moeten de vervelende trillingen in de uitlaatgassen dempen.

Zulke dempers heten reflectiedempers. Deze dempers geven wel wat weerstand omdat het gas veel bochten moet maken en door pijpjes moet stromen. Je ziet dit type demper dan ook bij de oudere tweetaktuitlaat en soms zelfs bij viertakten, want ze dempen ook daar heel goed. De tegendruk valt aan het einde van de demper wel mee omdat de gassen niet meer zo heet zijn, dus een veel grotere dichtheid hebben.

Bij viertaktbrommers van o.a. Honda wordt ook de zogenaamde resonantiedemper gebruikt. Het voordeel van dit type demper is de geringe tegendruk omdat het gas recht door de pijp blijft stromen. Hierbij zorgt de 'tailpipe' voor de juiste tegendruk terwijl de demper het geluid binnen de perken houdt.

De expansie-uitlaat.

Zoals eerder al is gezegd, zijn er verschillende zaken van groot belang bij de uitlaat van een tweetaktmotor, hieronder zijn zij gesommeerd:

In 1959 heeft de Oost-Duitse tweetaktconstructeur Walter Kaaden een uitlaat geconstrueerd die aan deze moeilijke eisen voldoet. Deze uitlaat kreeg al snel de naam 'expansiepijp' of 'expansie-uitlaat'.

Hij bestaat uit een korte voorbocht die vastzit aan de uitlaatpoort van de cilinder, gevolgd door een zich verwijdende pijp waarin het gas expandeert. Dan volgt er een cilindrisch gedeelte met daarachter een stuk dat omgekeerd verloopt aan het voorste kegelstuk, het wordt steeds nauwer.

Het eerste deel wordt wijder, het divigeert, het tweede deel nauwer, het convergeert. Aan het einde zit een dun cilindrisch pijpje dat de tailpipe heet.

We zullen nu de werking van de expansie-uitlaat toelichten. De drukpuls die bij het openen van de poort ontstaat, loopt via de voorbocht naar het divigerende deel. Zodra hij daar is aangekomen, begint er een onderdrukpuls terug te lopen. Deze onderdrukpuls komt dan net aan bij de cilinder als de overstroompoort opent.

Ondertussen gaat de overdrukpuls verder in de uitlaat en als deze de convergerende conus bereikt, begint er een overdrukpuls terug te lopen naar de cilinder. De overdrukpuls wordt zoals dat heet gereflecteerd. Deze reflecterende overdrukpuls komt bij de cilinder aan vlak voor we de uitlaatpoort willen sluiten en houd dus het verse mengsel tegen. De tailpipe zorgt voor een bepaalde stromingsweerstand en daardoor ook voor een bepaalde temperatuur in de uitlaat en in de motor.

Die temperatuur is heel belangrijk omdat de over- en onderdrukpulsen met een bepaalde snelheid heen en weer lopen in de uitlaat. Die snelheid hangt af van de temperatuur. Hoe hoger de temperatuur des te sneller de drukpulsen lopen.

Een tweetakt loopt dus alleen maar goed als de gassen netjes pulseren. Dat betekent in de praktijk dat er maar een klein toerengebied is waarbij alles netjes werkt en dat er ook toerentallen zijn waarbij alles verkeerd gaat. Het toerental zorgt er immers voor dat er maar een bepaalde tijd ter beschikking staat om alles voor elkaar te krijgen. Dat wil zeggen: om al het mengsel aan te zuigen, alles boven de zuiger te krijgen en alles te verbranden en via de uitlaat kwijt te raken. Aan de andere kant is er tijd nodig voor de pulsaties om heen en weer te lopen. Als de pulsdrukken te vroeg of te laat komen, werkt het systeem niet optimaal. Een goede afstemming van de motor is daarom van groot belang.

Uitlaatsysteem bij viertaktmotoren

Als de uitlaatklep opengaat, is de temperatuur in de cilinder nog heel hoog en ook staat er een behoorlijke druk op alle wanden. Ook op de uitlaatklep staat deze druk en dat wordt wel eens vergeten. Als de druk binnenin 4 bar is en in de uitlaatpijp 1 bar dan moet de klep tegen 3 bar in openen.

Als de klep eenmaal geopend is, schiet er een drukgolf het uitlaatkanaal in, even later gevolgd door een stroom hete uitlaatgassen. Bij een viertaktmotor komt maar eenmaal per twee omwentelingen een uitlaatslag voor. Dit betekent bij zesduizend omwentelingen per minuut, drieduizend uitlaatslagen maal per minuut, ofwel vijftig Hertz en dat is een lage bromtoon, vandaar het donkere zware geluid van een viertaktmotor. Door het heen en weer lopen van de drukpuls en het stromen van gassen ontstaan allerlei andere frequenties die meer of minder hinderlijk zijn voor het gehoor.

De drukgolf die bij het openen ontstaat, kan er voor zorgen dat de uitlaatgassen gemakkelijk uit de cilinder worden verwijderd. Als deze overdrukpuls namelijk bij het eind van de uitlaatpijp komt, gaat er een onderdruk terug de pijp in.

De onderdrukpuls moet nu aankomen in de 'klepoverlap' om een nuttig effect te hebben op het leegmaken van de cilinder enerzijds en het op gang brengen van de inlaatslag anderzijds. Deze klepoverlap is ook voor de koeling van de kleppen. Door de onderdukpuls worden de laatste beetjes uitlaatgassen weggezogen en het verse inlaatmengsel wordt via de iets geopende inlaatklep aangezogen.

Natuurlijk moet dit niet te gek worden, want anders gaat het verse mengsel naar de uitlaat. Bij motoren die weinig toeren maken, kan de uitlaatpuls zelfs meerdere keren heen en weer lopen en helpt dan nog beter met het leegmaken van de cilinder. Het is begrijpelijk dat het belangrijk is de goede uitlaatpijplengte te hebben. Er is tijd voor nodig om heen en weer te lopen door de pijp en die tijd hangt niet alleen af van de lengte, maar ook van de temperatuur.

Om dit uitlaateffect over een zo breed mogelijk toerengebied te laten werken, wordt bij racemotoren een megafoon of diffusor toegepast. Dat is een kegelvormige of conische pijp die van smallere voorzijde langzaam steeds wijder uitloopt. De drukpuls gaat eerst door de uitlaatbocht of voorbocht die cilindrisch is en komt dan bij de megafoon aan. Omdat er geen plotseling eind aan de voorbocht is, gaat er niet een korte stevige onderdrukpuls terug, maar een lange zwakke puls, die daarvoor over een toerengebied werkt.

Het is van belang dat we het geluid dempen zonder een te hoge tegendruk op te bouwen. Want als de tegendruk te hoog wordt, stroomt de cilinder slecht leeg en blijft er veel heet gas achter. Dat kost vermogen, dus dat moet men vermijden. Bij tweetaktmotoren is die tegendruk juist wel nodig. Dit is dus een principieel werkingsverschil tussen een viertakt en tweetakt.

Bij een viertakt liefst zo weinig mogelijk tegendruk, bij de tweetakt juist wel een tegendruk om het doorspoelen van vers mengsel tegen te gaan. Een ander praktisch verschil is dat de uitlaat bij viertaktmotoren heet en schoon is, dat wil zeggen, de uitlaatgassen komen vrijwel zonder olie en met een temperatuur van ongeveer 600 graden naar buiten. Bij een goed lopende viertaktbrommer wel te verstaan. Bij tweetaktmotoren liggen de verbrandingstemperaturen, en daardoor ook de uitlaatgastemperatuur, lager dan bij de viertakt. Bovendien komt er olie mee en samen met de lage temperatuur zorgt dat voor koolaanslag in de uitlaat. De vervuiling kan bij tweetaktuitlaten zo ver gaan dat de tegendruk te hoog wordt en de motor slecht gaat lopen. Hij moet dan ontkoold worden.

Uit wat hierboven is gezegd is op te maken hoe een goede viertakt uitlaatdemper moet werken:

Een voorbocht van een bepaalde lengte moet in een ruimte van voldoende inhoud uitmonden. Die grote inhoud is nodig om de overdrukpuls de indruk te geven dat hij gewoon in de buitenlucht terechtkomt.

 

Bron:

Kamphuis, E.L., Handboek voor de bromfietstechniek deel 1: tot 50cc, 3de druk, 1973, Uitgeverij stichting VAM, Voorschoten.
Klaver, P., Brommertechniek: werking, reparatie, onderhoud, 2de druk, 1997, Kluwer bedrijfsinformatie, Deventer.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

From Wikipedia, the free encyclopedia

Walter Kaaden (1 September 1919 – 3 March 1996) was a German engineer who improved the performance of two-stroke engines by understanding the role of resonance waves in the exhaust system. Working for the MZ Motorrad- und Zweiradwerk part of the Industrieverband Fahrzeugbau (IFA), he laid the foundations of the modern two-stroke engine. His understanding of gas flow and resonance enabled him to make the first engine to achieve 200BHP/litre with his 1961125cc racer.[1] His motorcycle engines were ridden to 13 Grand Prix victories and a further 105 podium finishes between 1955 and 1976.[2]

Walter Kaaden was born in Pobershau, Saxony, Germany. His father worked as chauffeur to the sales manager at the DKW factory. At eight years old he attended the opening of the Nürburgring racing circuit, a formative event to which he later attributed his enthusiasm for engineering.[2]

Kaaden studied at the Technical Academy in Chemnitz. He then worked at the Henschel aircraft factory at Berlin-Schoenefeld under Professor Herbert Wagner who invented the HS 293 radio-guided rocket-propelled missile. During the Second World War, he worked under Werner von Braun in the German rocket program.[3] At the end of the war he was interned by the Americans before eventually returning to Zschopau.

In 1953, the IFA asked Kaaden to take over the management of the racing department from Kurt Kampf when the IFA 125cc racers were being outclassed by Bernhard Petruschke riding the private ZPH (Zimmermann-Petruschke-Henkel) machine.

Engineer Daniel Zimmermann (born 1902) based his ZPH engine on the pre-war DKW which he heavily modified by adding a disc valve that allowed asymmetric port timing with a longer duration inlet phase. Zimmermann also used a new crankshaft providing 'square' bore and stroke dimensions (54mm x 54mm) that used stuffing rings to boost the primary compression ratio. However, the East German government didn't like the competition between the two East Germans and persuaded Zimmermann to reveal his engine's secrets to Kaaden. The result was the 1953 IFA racer.

Working with extremely limited resources, Kaaden began to develop the expansion chambers invented by Erich Wolf (the DKW designer) that had first appeared on his 1951 DKW racers. In 1952 Kurt Kampf copied this DKW innovation and fitted them on the IFA racers.[4] Kaaden used an oscilloscope to examine the resonance in the exhaust system and devised profiles to maximise the engine's efficiency. The net result of this development programme was that by 1954, Kaaden's two stroke 125cc racing engine was producing 13 bhp, more than 100 bhp/litre. This engine was further developed to produce 25 bhp at 10,800rev/min.[5]

 

Terug naar Walter Kaaden