- Sonntag 4. März 2012, 12:42
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Turbolader
Aufladung mit Turbolader, Rootsgebläse, Kompressor, Pumpen oder auch durch Ventilsteuerung sind bei Zweitaktmotoren nichts ungewöhnliches und schon lange bekannt, der Einsatz aber überwiegend in Hubraumgroßen Aggregaten und im Rennsport.
Mal abgesehen vom benötigtem Platzbedarf für den Einbau in einem Modellfahrzeug stellt die nötige Schmiermittelversorgung und Kühlung dem Einbau doch einiges entgegen. Zu beachten ist auch, dass der Kurbeltrieb aus der Serie für Motoren unter 50 ccm nur bis ca. 17-18m/sec. belastbar ist. Bei einer angepassten Resonazaufladung werden aber locker schon 12- 14 m/sec. erreicht. Auch die erhöhte Thermische Belastung kann von der Luftkühlung nicht bewältigt werden. Die zu erwartenden Änderungen an Motor, Antriebsstrang, Fahrwerk und Reifen usw. sind sicher nur mit einem hohen Finanziellen Einsatz zu bewältigen, vorausgesetzt man findet auch die passenden Lader zum Motor. Wer es versuchen möchte und kann hat ein sicher viele technische Probleme zu lösen. Ich habe nach 3 mal Schrott aufgegeben, ein angepasster Resonanzauspuff bringt die besten Ergebnisse aus meiner ganz privaten Sicht.
Beitrag aus Wikipedia; Gasdynamik:
Nutzung des Kurbelgehäuses als Pumpe
Das Kurbelgehäuse wird zusammen mit dem Kolben als Pumpenkammer benutzt, um den für die Spülung nötigen Überdruck zu erzeugen. Das heißt, dass der Kolben in der Aufwärtsbewegung das Gas im Brennraum komprimiert und gleichzeitig im Kurbelgehäuse Gas ansaugt. In der Abwärtsbewegung wird dieses dann komprimiert (vorverdichtet). Der Zylindereinlass ist über einen Überströmkanal mit dem Kurbelgehäuse verbunden. In der Nähe des unteren Totpunktes gibt der Kolben die Einlassöffnung frei, und das nun unter Druck stehende Frischgas strömt in den Zylinder.
Resonanz im Ein- und Auslasstrakt
Arbeitsweise eines Zweitaktmotors mit Einlasssteuerung und Resonanzauspuff
Der Zweitaktmotor ist ein Resonanzsystem, dessen Leistungsentfaltung von den Schwingungseigenschaften der verwendeten Gase abhängig ist (Trägheit). Beim Auslassvorgang kann die Schwingung der Abgase durch geeignete Gestaltung der Auspuffanlage besonders effizient genutzt werden. Sobald der Kolben den Auslass-Schlitz freigibt, strömen die Abgase in den Auspuff. Die Strömungsgeschwindigkeit vermindert sich erst im Diffusor. Solange strömt das Gas unverändert weiter, und durch dessen Trägheit entsteht ein Druckgefälle in Richtung Auspuff (bildlich: Die Gassäule saugt am Auslass). Dieser Effekt wird auch bei Viertaktmotoren eingesetzt, um bei Ventilüberschneidung bessere Gaswechsel zu erreichen. Der Diffusor hat dabei nur die Aufgabe, anders als ein oft zitierter Irrglaube, das Abgas auf niedrigere Strömungsgeschwindigkeit zu bringen, ohne dass die Strömung dabei abreißt.
Am zweiten Kegelstumpf wird etwas später eine positive Druckwelle reflektiert. Hier staut sich das Gas aufgrund der Trägheit, und die so entstandene Welle setzt sich in Richtung Auslass fort. Dadurch wird Frischgas, das in den Auspuff gedrückt wurde, in den Zylinder zurückgeschoben. Durch diese Art der Aufladung werden die Frischgasverluste gemindert (Resonanzauspuff). Die Länge und Form des Auspuffs in Verbindung mit der Höhe des Auslass-Schlitzes entscheiden über das Drehzahlband, welches der Auspuff unterstützt. Bei kurzen Auspuffen und hohen Auslass-Schlitzen ist die Zeit, in der das verbrannte Abgas wieder reflektiert bzw. herausgesaugt wird, kürzer und somit eher für höhere Drehzahlen konzipiert. Das Gegenteil gilt für lange Auspuffe und flache Auslass-Schlitze. Die Gase strömen mit Schallgeschwindigkeit, die wegen der sehr hohen Abgastemperatur sehr viel höher als bei 20 °C ist. Deswegen ist es bei Hochleistungsmotoren üblich, die Schallgeschwindigkeit durch zusätzliches Quenchen zu regeln.
Da in erster Näherung am Ende des Ansaugvorganges immer atmosphärischer Druck im Zylinder ist, kann beim Otto-Zweitaktmotor von Qualitätsregelung gesprochen werden. Variiert über die Drosselklappe des Einlasssystems wird nur das Verhältnis von Gemisch zu Restabgas im Zylinder. Der im Teillastbereich hohe Anteil von Abgasen im Zylinder führt zu schlechten Verbrennungsgüten und hohen CO- und CH-Gehalten. Auf einen Lastpunkt z.B. in stationären Betrieb sind die Strömungsverhältnisse optimal abstimmbar mit entsprechend hohen Wirkungsgraden und gutem Abgasverhalten.
Spülung:
Das Ziel der Spülung ist, in der kurzen Zeit, in der Ein- und Auslassöffnungen frei sind, das verbrannte Gemisch durch Luft bzw. Kraftstoff-Luft-Gemisch zu ersetzen. Hierbei soll einerseits möglichst wenig Restgas im Zylinder bleiben, andererseits aber auch möglichst wenig Luft bzw. Gemisch durch den Auslass herausgeblasen werden.
Es gibt mehrere Varianten der Lage der Ein- und Auslasskanälen und der Formgebung der
Kolben[1].
Querstromspülung: Aus- und Einlasskanal liegen einander gegenüber und werden beide vom Kolben freigegeben und geschlossen. Dabei öffnet sich der Auslass zuerst und schließt sich zuletzt. Der Kolben muss so geformt sein, dass der Einlassstrom in Richtung Zylinderkopf umgelenkt wird, um diesen Bereich auch zu spülen. Das kann z.B. mit einer Nase geschehen.
Umkehrspülung: Ein- und Auslasskanal liegen auf einer Zylinderseite. Auch hier werden beide Öffnungen vom Kolben freigegeben und geschlossen. Der Frischgasverlust ist gegenüber der Querstromspülung geringer und der Kolbenboden kann flach sein. Bei dieser von Schnürle entwickelten Variante, die sich durchgesetzt hat, erfolgt der Einlass beiderseits tangential, während der Auslass zentral geschieht. Das Aufeinandertreffen der beiden tangential eingeschossenen Frischgasströme bewirkt seine notwendige Umlenkung in Richtung Zylinderkopf.
Gleichstrom- oder Längsspülung: Aus- und Einlasskanal liegen an entgegengesetzten Enden des Zylinders. Das Frischgas strömt nicht vom Kolben zum Zylinderkopf und wieder zurück, sondern nur in eine Richtung. Das Freigeben der Öffnung kann über ein angesteuertes Ventil am Zylinderkopf erfolgen oder, beim Gegenkolbenmotor, über den anderen Kolben. Diese Spülungsvariante erlaubt als einzige die Aufladung des Motors, da hier der Auslass früher als der Einlass geschlossen werden kann. Auch bei großem Hubraum ist eine gute Spüleffizienz erreichbar.
Steuerzeiten
Querstromspülung: Überströmen von 70° vor UT bis 60° nach UT, Auspuff von 70° vor UT bis 70° nach UT
Umkehrspülung: Überströmen von 50° vor bis 50° nach UT, Auspuff von 65° vor UT bis 65° nach UT
Gleichstromspülung: Überströmen von 35° vor bis 85° nach UT, Auspuff von 54° vor bis 56° nach UT
