Verbrennungsmotor im RC-Car: Teil 2

Verbrennungsmotoren Teil 2

Der Verbrennungsmotor in der Praxis

VORWORT:
Nachdem der erste Teil des Verbrennungsmotor-Specials die Grundausrüstung für den Betrieb vorstellt, setzt sich dieser Technik Bericht mit dem Motor selbst auseinander.

Zum Inhalt:

Der 2 Takt Motor: Aufbau und Wirkungsweise
Grundeinstellung
Starten des Motors
Motor einlaufen
Motor warmlaufen
Im Fahrbetrieb
die Verdichtung
Kolbenfresser
Motorlager öfters kaputt
Der Vergaser: Arten und Wirkungsweise
Aufbau des Vergasers und Einstellung der Schrauben
Allgemeines

Hinweis:
alle Hyperlinks im Text werden in einem neuen Browserfenster geöffnet! Der Bericht wurde mit der Erlaubnis von Anton Kugler veröffentlicht und ist - zusammen mit vielen anderen interessanten Themen auf seiner Homepage zu finden!

Ü Der 2 Takt Motor: Aufbau und Wirkungsweise

Der Glühzündermotor findet besonders im Modellbau bei Flugzeugen, Autos und Booten seine Anwendung, manchmal bis zu einem Hubraum von 30 ccm. Im Auto-Bereich ist aber lediglich ein Hubraum bis zu 6.5 ccm interessant, die meisten Motoren im Auto-Bereich werden in der Größenordnung von 2.11 bis 3.5 ccm gebaut.
Ein Glühzünder kann in zwei verschiedenen Arten gebaut werden, als 2-Takter oder als 4-Takter. Für uns im Automodellrennsport kommt allerdings nur der 2-Takter in Frage, weil er deutlich mehr Leistung entwickelt.

Der Motor besteht aus dem Kurbelgehäuse, der Kurbelwelle, zwei Lagern (Haupt-Lager und vorderes Lager), dem Pleuel, dem Kolben, der Laufbüchse, dem Brennraum, dem Zylinderkopf und dem Vergaser. Auffällig ist, dass das Gasgemisch durch die Kurbelwelle dem Brennraum zugeführt wird. Man spricht hier von einem Zimmermansschieber. Die Steuerzeit wird durch das Fenster in der Kurbelwelle geregelt.

Zum Starten benötigen wir einen Glühakku, welcher die Kerze zum Glühen bringt. Aber wieso glüht die Kerze weiter, wenn wir den Akku entfernen?
Hierzu muss man wissen, dass die Glühkerzen mit Platin beschichtet sind und eigentlich das Gleiche passiert, was im Auspuff bzw. im Katalysator eines normalen PKWs passiert. Die Verbindung von Abgasen und Platin bringt den Katalysator zum Glühen und verbrennt dadurch die restlichen Schadstoffe. Im Modell-Motor passiert das gleiche, das Platin glüht in Verbindung mit den Abgasen, bis die nächsten Zündung erfolgt, dies ist ebenfalls eine Katalyse. Oftmals ist es so, dass wir den Glühkerzenstecker auf dem Motor haben und der Motor springt auch an, aber in dem Moment, in dem wir den Glühkerzenstecker entfernen, geht der Motor aus. Dies deutet daraufhin, das die Platinbeschichtung verbrannt oder beschädigt ist und es bleibt nicht anderes übrig, als die Kerze zu erneuern.

Wirkungsweise des 2 Takt Motors - animiertes GIF (ca. 1,5MB!)

Ü Grundeinstellung

Die folgende Grundeinstellung sowie die weiteren Ausführungen beziehen sich auf 2,5ccm/3,5ccm Picco-Motoren für Fahrzeuge sowie Picco-Vergaser. Die Hauptdüsennadel sollte man ca. 2 – 2.1/2 Umdrehungen aufdrehen (nachdem sie vorher ganz reingedreht war), an der Schraube in der Düsennadel oder im Düsenstock sollte man noch nichts verstellen. Die Standgasschraube sollte so eingestellt sein, dass der Vergaser im geschlossenen Zustand etwa 0,7 mm geöffnet ist. Der Benzinschlauch sollte einen Innendurchmesser von 2 mm haben.

Ü Starten des Motors

Also, dann werfen wir den Motor mal an. Den Vergaser etwa 1-2 mm öffnen, nicht mehr! Den Motor auf der Startbox ein paar mal ohne Zündung durchdrehen lassen, damit Gemisch in den Kreislauf kommt bzw. am Pullstart 2-3 mal ziehen. Nun den Glühstecker auf die Kerze, sich vergewissern, dass die Kerze auch glüht, und starten.
Wichtig beim Starten mit einer Startbox ist, wenn der Motor erste Zündanzeichen von sich gibt, ihn von der Anlassscheibe zu trennen, damit er frei drehen kann. Lieber dies 2-3 mal machen, als den Motor mit Gewalt auf der Scheibe zum Laufen zu bringen. Mit der Zeit bekommt man hierfür die entsprechende Übung. Wenn der Motor läuft, ihn ruhig ein bißchen im Stand laufen lassen, falls er zu hoch dreht, den Schieber etwas schließen. Der Motor ist jetzt noch kalt und läuft noch nicht richtig, dass heißt, die Gasgemischaufbereitung ist noch nicht zufriedenstellend. Durch vorsichtige Gasstöße den Motor auf Temperatur bringen. Ab und zu sollte man auf den Kühlkopf fühlen, um die Temperatur zu überprüfen. Sobald Temperatur vorhanden ist, den Schieber bis zum Standgasanschlag schließen.

Jetzt sollte der Motor gleichmäßig in Stand laufen und man kann auch mal ohne Last mehr Gas geben. Hierbei sollte der Motor gleichmäßig hochdrehen, ohne Aussetzer zu haben. Nun können wir die Grundeinstellung an der Düsennadelschraube vornehmen. Den Motor im Standgas laufen lassen und die Schraube langsam hinein drehen. Irgendwann fängt der Motor dann an höher zu drehen. An diesem Punkt nicht weiter drehen, sondern eine halbe Umdrehung aufdrehen. Wenn der Motor dann Aussetzer hat (das Gas nicht richtig annimmt), könnte man von Geräusch her vermuten das der Motor zu fett sei. Viele drehen ihn dann magerer, was aber in 90 % der Fälle falsch ist.. Die Schraube im Schieber ein wenig nach außen drehen, max. eine halbe Umdrehung. Wieder den Motor hochdrehen lassen, um zu beobachten, was er macht. Wenn dies klappt ist noch lange nicht gesagt, dass der Motor sich unter Last genauso verhält. Um das zu testen, drückt man das Fahrzeug auf den Boden und gibt vorsichtig Gas. Bleibt der Motor immer noch weg muss, diese Schraube noch ein bißchen geöffnet werden, aber mit viel Gefühl und nicht zuviel.

Ü Motor einlaufen

Einen neuen Motor sollte man gut einlaufen lassen, er wird es einem mit einer langen Laufzeit und guter Leistung danken! Ganz am Anfang sollte man den Motoren zwei bis drei Tankfüllungen mit leicht erhöhtem Standgas laufen lassen. Die Einstellung kann ruhig etwas fetter sein, aber nicht zu fett! Der Motor soll aber schon recht nah an die Betriebstemperatur kommen, damit er sich richtig einläuft. Als nächstes kann man auf die Strecke gehen. Der Motor darf aber noch nicht ausgefahren werden, er soll seine Höchst-Drehzahl auf keinen Fall erreichen! Mindestens eine Tankfüllung, eher zwei, sollte man den Motor schonend und langsam fahren. Das Gas kann man aber trotzdem voll aufziehen, nur eben nicht so lange, dass der Motor zu hoch dreht. Auch hier kann er ruhig etwas fetter laufen. Nun kann man sich langsam an eine etwas magerer Einstellung herantasten und auch länger Vollgas geben. Je schonender ein Motor eingefahren wird, desto länger hält er und desto mehr Leistung kann er entwickeln!

Ü Motor warmlaufen

Bevor man sich auf die Strecke begibt, sollte man den Motor schon in der Hand gut warmlaufen lassen, damit er schnell Betriebstemperatur erreicht. Man kann natürlich den Motor auch auf der Strecke warmfahren, nur sollte man hier am Anfang nicht allzu viel Gas geben, da der Motor in kaltem Zustand recht empfindlich ist. Auch läßt sich der Motor erst richtig einstellen, wenn er Betriebstemperatur hat. Daher ist es wichtig, bei Rennen den Motor schon 5 min vor dem Lauf anzumachen, damit er schon vorgeheizt ist, wenn es auf die Strecke geht und man in der Vorbereitungszeit den Motor noch richtig einstellen kann.

Ü Im Fahrbetrieb

Nun kommen wir zum Fahren. Der Motor sollte beim Fahren bei der Beschleunigung immer eine Rauchfahne hinter sich herziehen. Nur wenn die Drehzahl sehr hoch ist, kann diese Rauchfahne auch mal wegbleiben (z.B. am Ende der Geraden). Es ist streng auf die Temperatur des Motors zu achten. Kleine Motoren werden in der Regel etwas heißer, größere bleiben kälter (größerer Kühlkopf!). Bei 2.11er ist eine Temperatur von 120 °C und bei 3.5er ca. 100 °C als gut anzusehen. Die Temperatur kann man gut mit der Hauptdüsennadel einstellen.
Man muss darauf achten, dass der Motor, sobald der Schieber vom Vergaser geschlossen wird, sofort in das Standgas fällt und nicht nachheult. Dieses Nachheulen hat zur Folge, dass die Temperatur des Motors stark ansteigt und ihn unter Umständen zerstört.

Ü Die Verdichtung

Dieser Abschnitt richtet sich an fortgeschrittene Fahrer, ist aber auch für Einsteiger unter Umständen interessant.

Woher weiß der Motor eigentlich, wann er zünden soll? Eine externe Steuerung der Zündung haben wir nicht. Also muss dies über die Verdichtung geregelt werden. Wir haben ein Gemisch aus Methanol, Öl (Synthetik oder Rizinus) und Nitromethan in zündfähigem Verhältnis zur Luft. Diese Mischung explodiert bei einer bestimmten Verdichtung und mit Unterstützung der Glühkerze. Vorraussetzung für die folgenden Überlegungen ist ein Standard-Kraftstoff für 3,5 ccm Motoren (65% Methanol, 25 % Nitromethan, 10% Öl).

Haben wir eine hohe Verdichtung zündet der Motor früher. Durch die höhere Verdichtung kann er mehr Kraftstoff verarbeiten, da das Gemisch stärker komprimiert wird. Das Drehmoment des Motors steigt, weil das höher verdichte Gemisch eine größere Explosionskraft aufweist. Da aber der Motor bei der hohen Verdichtung kurz vor dem oberen Totpunkt des Kolbens zündet, wirkt die Explosion der Aufwärtsbewegung des Kolbens entgegen und der Motor kann nicht mehr so hohe Drehzahlen erreichen. Die Temperatur des Motors ist etwas höher, da durch die größere Explosionswirkung auch mehr Wärme entsteht. Insgesamt hat der Motor mehr Leistung, im vergleich zu einem niedereren verdichteten Motor. Verbiegt sich aber der Wendel in der Glühkerze oder geht diese einfach öfters kaputt, ist höchstwahrscheinlich die Verdichtung zu hoch gewählt.

Bei einer geringeren Verdichtung wird weniger Kraftstoff verbrannt. Infolgedessen ist die Temperatur des Motors niedriger, da auch der gesamte Wärmeinhalt des Kraftstoffgemischs geringer ist. Das Drehmoment ist etwas geringer, weil das nieder verdichtete Gemisch und die insgesamt geringere Menge Kraftstoff eine geringere Explosionskraft zur Folge haben. Dafür ist die Drehzahl des Motors etwas höher, denn bei Spätzündung wird gezündet, wenn der Kolben den OT erreicht hat oder sogar kurz danach. Aber die gesamte Leistung ist aufgrund der geringeren Explosionskraft etwas niedriger. Es gilt, man sollte den Motor lieber etwas zu gering verdichtet haben, als zu hoch, da er so nicht zu heiß werden kann und die Kerzen nicht zerstört werden

Der Nitromethan-Anteil hat auch Einfluss auf die Verdichtung, da es die Zündfreudigkeit des Motors verändert. Wenn man mit einem höheren Nitromethan-Anteil fahren möchte, muss man die Verdichtung verringern, also mehr unterlegen.

Ü Kolbenfresser

Wie kommt eigentlich ein Kolbenfresser zustande? Dies hat was mit der Temperatur und der Drehzahl zu tun. Bei großer Temperatur wird das Öl im Motor dünnflüssiger und somit wird auch der Schmierfilm zwischen dem Kolben und der Laufbuchse dünner. Kommen jetzt noch hohe Drehzahlen hinzu, wird der Schmierfilm, auf dem der Kolben gleitet, noch dünner. Wird der Schmierfilm zu dünn, kann es passieren, dass er seine tragende Funktion aufgibt und reißt. Die Folge ist ein direkter Kontakt des Metalls des Kolbens mit dem Metall der Laufbuchse. Das Ergebnis ist der bekannte Kolbenfresser. Auch Schmutzpartikel oder Unebenheiten in der Oberfläche des Kolbens oder der Laufbuchse können den Schmierfilm empfindlich stören. Daher sollte man seine Motoren immer sehr pfleglich behandeln und ein Auge auf die Temperatur haben.

Ü Motorlager öfters kaputt

Wenn das Hauptlager (=das dem Pleuel am nächsten liegende Lager) oft kaputt geht, ist das häufig auf eine zu fette Einstellung des Motors zurückzuführen! Wenn das Gemisch zu fett eingestellt ist, gelangen nicht verdampfte Treibstoffpartikel in den Motor. Diese treffen nun mit hoher Geschwindigkeit hart auf das Lager, welches diese zusätzliche Beanspruchung nicht gut verträgt!
Daher sollte man seinen Motor nicht ständig viel zu fett fahren!

Ü Der Vergaser: Arten und Wirkungsweise

Oft treten gerade beim Vergaser viele Fragen auf. Welche Schraube macht was? Wie stelle ich meinen Motor fetter? Dies oder ähnliches wird man oft gefragt und daher werde ich in den folgenden Zeilen versuchen, ein wenig Licht ins Dunkle zu bringen. Grundsätzlich gibt es drei verschieden Arten von Vergasern: 1. Der reiner Plastik Vergaser; dieser reagiert kaum auf Temperaturunterschiede und kann nach relativ kurzer Zeit eingestellt werden. 2. Der 2-Komponenten Vergaser aus Aluminium und Plastik; diesen muss man schon mehr warmlaufen lassen, um ihn richtig einstellen zu können. 3. Der Reine Aluminiumvergaser; dieser verändert sich relativ stark bei Erwärmung und er kann nur bei warmen Motor eingestellt werden. Über das Für und Wider gehen die Meinungen auseinander. Picco bevorzugt zum Beispiel den 2-Komponenten Vergaser mit Venturi, welcher sich weitestgehend im Wettbewerb durchgesetzt hat. Außerdem kann man die Vergaser in folgende Klassen einteilen: Schieber-Vergaser, Drehschieber-Vergaser und Flachschieber-Vergaser.


Bild 1: Drehschieber-Vergaser	Bild 2: Schieber-Vergaser

Auf Bildern kann man gut den Unterschied zwischen Drehschieber-Vergaser und Schieber-Vergaser erkennen. Vom Flachschieber-Vergaser ist man wieder abgekommen, da dieser die Eigenschaft hat, viel Treibstoff zu benötigen. Der Drehschieber-Vergaser wird geöffnet, indem eine Drehbewegung ausgeführt wird (rotatorisch), der Schieber- und der Flachschieber-Vergaser werden geöffnet, indem der Schieber geradlinig aufgezogen wird (translatorisch). Drehschieber-Vergaser bekommt man zum Beispiel bei Picco in Verbindung mit einem 2,11er Motor. Am weitesten verbreitet sind allerdings die normalen Schieber-Vergaser.

Was macht der Vergaser überhaupt? Er vergast, wie der Name schon sagt, den Treibstoff und versorgt unseren Verbrennungsmotor mit dem geeigneten Luft-Treibstoffgemisch, indem das Gemisch durch das Kurbelwellenfenster dem Motor zugeführt wird. Dabei wird dem Treibstoff die geeignete Menge Luftsauerstoff zugesetzt. Das stöchiometrische Gemisch beträgt etwa 7:1 ( Luft : Kraftstoff), wobei das tatsächliche Luftvokumen für eine gute Verbrennung auch noch von der Luftfeuchtigkeit und der Lufttemperatur abhängt.
Für uns ist das aber weniger wichtig, ich will ja hier keine chemische Abhandlung verfassen. Viel wichtiger ist, dass man das Gemisch fetter oder magerer einstellen kann, also im Verhältnis weniger oder mehr Luft zuführen kann. Daher werde ich jetzt erst einmal versuchen, den Aufbau eines Picco-Vergasers und die Bedeutung der einzelnen Schrauben zu erklären.

Ü Aufbau des Vergasers und Einstellung der Schrauben

An einem Vergaser befinden sich drei Schrauben zum einstellen: die Hauptdüsennadel, die Standgasschraube und die Standgasgemischschraube (siehe auch Bild 4).
Als erstes befassen wir uns mit der Standgasschraube. Wie man schon vermuten kann, stellt man mit ihr das Standgas ein. Wenn man diese Schraube hineindreht, wird das Standgas höher, wenn man sie herausdreht, wird es niedriger. Das Standgas sollte so eingestellt werden, dass der Motor nicht ausgeht, wenn das Auto steht. Es sollte aber auch nicht zu hoch eingestellt sein, da sonst der Motor zu heiß wird, wenn er nicht in den Phasen in denen man kein Gas gibt, etwas abkühlen kann. Ein ungefährer Anhaltspunkt ist, dass der Schieber einen offnen Spalt von etwa 0,7 mm hat, wenn man den Vergaser ganz schließt.


Bild 3: Einstellmöglichkeiten am Drehschieber-Vergaser	Bild 4: Einstellmöglichkeiten Schieber-Vergaser

Kommen wir zur nächsten Schraube, der Hauptdüsennadel. Mit ihr stellt man ein, wie viel Treibstoff dem Vergaser zugeführt wird, also das Verhältnis Luft zu Kraftstoff. Dreht man sie heraus, wird das Gemisch fetter, dreht man sie hinein, wird das Gemisch magerer. Selbst kleine Veränderungen sollten sich gleich bemerkbar machen. Man muss immer darauf achten, dass das Gemisch nicht zu mager wird, da sonst der Motor Schaden nehmen könnte. Ein erster Anhaltspunkt dafür ist, dass der Motor nicht mehr raucht. Ein zweiter Anhaltspunkt ist, dass der Motor sehr heiß wird (2,11er über 120°C; 3,5er über 110°C). In beiden Fällen sollte man das Gemisch fetter einstellen( Schraube herausdrehen), um den Motor vor einem Schaden zu bewahren. Eine erste Grundeinstellung für diese Schraube ist, wenn sie ganz hineingedreht war, sie wieder 2 - 2,5 Umdrehungen wieder herauszudrehen.
Die letzte der drei Schrauben ist die Gemischaufbereitungsschraube. Mit ihr stellt man ein, wie sich der Motor "unten rum" (im niederen Drehzahlbereich) verhält. Auch hier gilt, wenn man die Schraube hinein dreht, wird der Motor magerer, wenn man sie herausdreht, wird der Motor fetter. Man kann diese Schraube solange magerer drehen, bis der Motor im Stand anfängt höher zu drehen, oder er beim Gasgeben Aussetzer hat und das Gas nicht richtig annimmt. Wenn dies eintritt, dreht man diese Schraube einfach 1/4 bis 1/2 Umdrehung wieder heraus. Der Motor sollte dann gleichmäßig ohne zu stottern und ohne Verzögerung beschleunigen und eine Rauchfahne hinter sich herziehen. Es gilt aber immer, das man an dieser Schraube mit Gefühl dreht, um den optimalen Punkt zu erreichen.

Ü Allgemeines

Wie oben schon angedeutet, muss man grundsätzlich darauf achten, dass der Motor schon annähernd seine Betriebstemperatur erreicht hat, wenn man den Vergaser einstellen will. Ansonsten erreicht man nicht das gewünschte Ergebnis und stellt den Motor womöglich zu mager. Daher sollte man den Motor auch vor jedem Fahren und vor jedem Rennen gut warmlaufen lassen, damit man die richtige Vergasereinstellung findet. Wenn sich der Motor gar nicht einstellen lassen will, gibt es mehrere Möglichkeiten die im Hinblick auf den Vergaser in Betracht kommen. Zum einen kann er Falschluft ziehen, zum Beispiel wenn die Dichtungen beschädigt sind oder der Vergaser unsachgemäß zusammengebaut wurde. Dann baut man den Vergaser auseinander und baut, wenn nötig, neue Dichtungen ein. Eine andere Möglichkeit ist, dass Schmutz in den Vergaser gelangt ist und eine optimale Gemischaufbereitung verhindert. Ist dies der Fall, sollte man den Vergaser komplett zerlegen und alle Einzelteile reinigen. Der Spritschlauch sollte natürlich auch nicht zu dünn sein, am besten verwendet man welchen mit 2mm Innendurchmesser.

Noch Fragen? In unserem Forum helfen wir dir gerne weiter!

Dieser Bericht wurde von www.offroad-cult.org am 26.8.2004 veröffentlicht.