TUNINGZusatzband fr besondere Leistungssteigerungen und fr Motoren ab 125 ccmDieses Dokument ist kostenlos unter http://www.formfixer.de erhltlich. Es darf nicht verkauft werden. Dieser Text wird nicht mit ausgedruckt. Sollte es Euch gefallen, untersttzt Autor und Verlag und kauft es Euch.

Ernst AnsorgChristian Rieck Verlag

Tuning-Zusatzbandfr besondere Leistungssteigerungen und fr Motoren ab 125 ccmHinweise: Durch Vernderungen an Kraftfahrzeugen, die fr den Straenverkehr bestimmt sind, erlischt die Allgemeine Betriebserlaubnis. Eine Verwendung im Straenverkehr ist danach verboten und strafbar. - Alle Angaben wurden sorgfltig erwogen und geprft, dennoch kann eine Garantie nicht bernommen werden. Eventuell entstehende - mittelbare oder unmittelbare, verschuldete oder unverschuldete - Schden oder andersartige Nachteile, die aufgrund von uerungen aus diesem Buch entstanden sind, berechtigen nicht zu irgendwelchen Ansprchen gegen den Verlag, seine Verfgungsberechtigten oder den Autor, insbesondere nicht zu Schadensersatzansprchen, auch nicht seitens Dritter. Dieser Text ist ein Auszug aus der in der Fachzeitschrift Motorrundschau erschienenen Aufsatzreihe von Ernst Ansorg mit dem Originaltitel Leistungssteigerung bei Zweitaktmotoren. 5. Auflage 1996 Alle Rechte dieser Auflage bei: Christian Rieck Verlag, Postfach 3109, D-65746 Eschborn ISBN 3-924043-12-4

5 Einleitung Dieser "Tuning-Spezialband" ist eine Ergnzung zu dem bekannten Handbuch Zweitakt-Motoren-Tuning; es soll hier noch das eine ganz wichtige Thema behandelt werden, das in dem Grundlagen-Band weggelassen worden war: Das ist die Kanalfhrung im allgemeinen und speziell die Ausfhrung der berstrmkanle. In Zweitakt-Tuning wurde dieses Thema weggelassen, weil es eigentlich nur dann von erheblicher Bedeutung ist, wenn man sich auf die Suche nach absoluten Spitzenleistungen begibt oder wenn die Motoren so gro werden, da die Kanalfhrungen stark ins Gewicht fallen. Patentrezepte werden hier schwierig - eigene Versuche unumgnglich. Es soll darauf hingewiesen werden, da es sich hierbei tatschlich im einen Spezial-Band handelt, der bereits das Wissen des Grundlagen-Buches voraussetzt, der aber auf Wunsch vieler Leser entstanden ist, die an greren Motoren arbeiten oder auf extreme Leistungssteigerungen aus sind - fr beide Gruppen ist dieses Spezialwissen sicherlich unumgnglich. Der Autor, Ernst Ansorg, ist einer der "alten Hasen" auf dem Gebiet der Zweitakt-Technik und hat im Ingenieurbro H.-W. Bnsch zahlreiche grundlegende und allgemein anerkannte Untersuchungen auf diesem Gebiet durchgefhrt, aber dennoch nicht seine Bastler-Natur verloren. Es ist deshalb uerst interessant und lehrreich, die Beschreibung seiner Experimente zu lesen, die man als Hobby-Tuner nicht ohne weiteres selbst durchfhren kann. Man sollte sich dabei unbedingt zu eigen machen, auf Kleinigkeiten zu achten und Mglichkeiten zur Improvisation zu lernen; als Beispiel soll hier die spter - nur

6 im Nebenbei - beschriebene Methode angefhrt werden, wie man aus den Verbrennungsrckstnden auf die Symmetrie der ber Strmkanle schlieen kann. Natrlich sind gute Werkzeuge fr die praktische Umsetzung der Tuning-Manahmen wichtig. Vieles lt sich zwar auch mit Hausmitteln durchfhren. Eine Leistungsbremse kann in gewissem Rahmen durch eine gut ausgewhlte und standardisierte Prfstrecke fr Testfahrten ersetzt werden. Will man aber zum Beispiel einen anderen Zylinder aufsetzen, dessen Kanle bessere Ausgangsvoraussetzungen bieten, dann wird man an einer Koordinatenfrse nicht vorbeiknnen. Notfalls mu man sich also mit anderen Bastlern oder einer Werkstatt zusammentun.

7 Miglckte Splung Das Ganze ist kein Mrchen. Es ist eine hliche, wahre Geschichte. Wahre Gechichten sind ja oft hlich. Es war einmal ein Zweitaktmotor. Mit dem hatten sich seine Vter wirklich die grte Mhe gegeben. Sie hatten die "Schwingungen auf der Ansaugseite von Zweitaktmotoren mit Kurbelkastenpumpe" von Dr.-Ing. U. Schmidt gelesen, in sich aufgesogen und auch alles andere, was danach ber dieses Gebiet geschrieben worden war, gar wohl bercksichtigt. Die Ansaugseite war bestens. Sie hatten der Auspuffseite eine fr die damalige Zeit sehr reputier1iche Schlitzffnungszeit von 154 KW verpat. Der Auspuffkanal war wohlgeformt, und die Schalldmpfer stammten von einer serisen Firma. Sie hatten sich schon an anderen Motoren bewhrt. Der Motor war mit 50 x 62 mm HubBohrungs-Verhltnis ziemlich langhubig. Dieses HubBohrungsverhltnis war mit Rcksicht auf eine gnstige spezifische Schlitzflche und auf eine sptere Vergrerung des 125er-Zylinders auf 175 ccm gewhlt worden. Sie hatten auch etwas von Herrn Schnrle gehrt und die Zeichnungen der Umkehrsplung in den Prospekten der Auto Union gesehen. Das war nicht gut und brachte viel rger ein. Denn sie gaben sich nun die grte Mhe, die Uberstrmseite fr ein gutes Umkehren im Zylinder mglichst gnstig zu gestalten. Der Kolbenboden war 9 mm hoch und eben. Von der Steuerkante verlief ein unter 45 kegeliger Teil bis zum Kolbenboden. Die berstrmkanle mndeten im vorderen Teil unter 40 und im hinteren Teil unter

8 30 zur Waagerechten geneigt in den Zylinder. Von oben gesehen verliefen die berstrmkanle unter 50 zur Symmetrielinie des Zylinders. Beide berstrmkanle waren also gut auf die hintere Zylinderwand und steil nach oben gerichtet. Fr geringste Wandreibung waren die berstmkanle mit Kreisquerschnitt ausgefhrt, und erst der Mndungsteil hatte Rechteckquerschnitt. Fr bestes Umkehren war auch der Zylinderkopf gestaltet. Der Brennraum war eine Halbkugel, die so weit aus der Mitte versetzt war, da sie mit der hinteren Zylinderwand abschlo. Die unter 45 kegelige, konzentrisch zur Zylinderachse verlaufende Brennraumwand ergab einen guten bergang seitlich und vorn zur Zylinderwand. Also alles bestens fr bestes Umkehren. Es mute die Umkehrsplung des Jahrhunderts werden. Sie war es auch wirklich. Und das war nicht gut. Den Motor hatte man einlaufen lassen. Seine Vter waren unvorsichtig gewesen und hatten auch die Leute eingeladen, die ihn verkaufen wollten. Es wurde eine groe Pleite. Die Rechenschieber waren gezckt. Man erwartete die vielen Pferde, die an der Bremse erscheinen wrden. Es kamen nur acht magere Pferde. In drren Zahlen: 7,8 PS bei etwa .5400 l/min und einem spezifischen Verbrauch von 650 bis 700 g/PSh. Und das bei einem Zwei Zylinder-Motor von 250 ccm (Bild 1). Um zu sehen, ob es dem Motor vielleicht zu eng um die Brust sei, wurde der schalldmpfende Teil der Auspuffanlage entfernt. Nun wurde es geradezu frchterlich. Der Motor holte jetzt wirklich tief Atem. Das war am Brennstoffdurchlauf bei bester Vergasereinstellung zu erkennen. Er soff. Die Leistung hatte sich um krgliche 0,3 PS auf 8,1 PS erhht. Aber der spezifische Brennstoffverbrauch lag dabei ber 800 g/PSh.

9 Auf einem Schiff mitten im Atlantik, dessen Kapelle anllich eines groen Loches unterhalb der Wasserlinie das schne Lied "Nher mein Gott zu Dir" spielt, konnte keine bessere Stimmung sein. Die Trauergste gingen ohne Gru, mit suerlichen Mienen. Der Konstrukteur hielt in aufrechter Haltung durch, bis der Motor auseinandergenommen war und er die Innereien besichtigen konnte. Die sah er sich lange an. Denn so ein Kolbenboden mit seinen entsprechend der Spl Strung abgelagerten Verbrennungsrckstnden und ebenso die Wnde des Brennraums knnen viel ber die Splung erzhlen. Und bei diesen Erzhlungen wurde dem Konstrukteur etliches klar. Er trank noch mehrere Schnpse, damit er einschlafen konnte, und trumte heftig von vielen kleinen Zweitaktmotrchen, die furchtbar Benzin soffen, eine fantastische Umkehrsplung exerzierten, das teure Benzin wieder unverdaut ausspuckten und keine Leistung hatten. An nchsten Tag spielte der Konstrukteur mit seinem uralten Gartenschlauch. Da war so ein Ding dran, so eine schwenkbare Blechklappe. Ohne Einschwenken der Blechklappe blieb der Wasserstrahl geschlossen und hatte eine groe Reichweite. Schwenkte er die Blechklappe auch nur leicht geneigt in den Strahl, dann schlug der sich zu einem dnnen Film breit und sprhte weit auseinander (Bilder 2+3). Die Reichweite war zum Teufel. Und genau das hatte er gemacht! Er hatte die Splstrahle auf die 45 steile Kolbenkrone treffen lassen. Wenn auch nur unter einem kleinen Winkel. Die Splstrahle wurden breitgeschlagen. Vorher waren sie schon durch die verschiedenen Neigungswinkel der Vorder- und Rckseite der berstrmkanle etwas zur Zylindermitte hin abgelenkt worden. Durch das Breitschlagen auf der Kolbenkrone flo ein Teil des Strahles nach

10 vorn. So wie auch in Bild 2 ein Teil entgegen der Strmungsrichtung weggedrckt wird. Der grte Teil flo natrlich seitlich nach hinten. Aber fr den vorderen Teil gab es nun kein Halten mehr. Denn gleich daneben begann der Auspuffschlitz, und der Konus der Auspuffanlage zuzzelte diese Frischgase heftig in sich hinein. They never come back! Auf der Kolbenkrone konnte man ihren Weg ins Verderben deutlich verfolgen. Der grte Teil des Frischgasstrahles strmte nach hinten. Aber auch von ihm landete ein groer Teil im Auspuff. Nur etwas umstndlicher. Das wurde dem Konstrukteur jetzt klar. Die Frischgase strmten also nach hinten zur Zylinderwand und prallten auf diese. Von jeder Seite ein Strahl. ber die Mitte der hinteren Zylinderwand hinaus konnten sie nicht ausweichen, denn da sttzten sich die beiden Strahle gegenseitig ab. Es war nur Platz nach den Seiten der Zylinderwand und nach oben. Nach oben waren die Strahle von den Uberstrmkanlen her gerichtet. Also strmten die Frischgase nach oben. Aber nicht in einem kompakten Strahl, sondern als breiter, ziemlich dnner auf der Zylinderwand aufliegender Film. Oben kam der Frischgasfilm an den Zylinderkopf mit seinem halbkugelfrmigen Brennraum. Es war eine Lust, diese Kurve! Die Frischgase legten eine Umkehr hin, wie sie in den Bchern und in den Prospekten der Auto Union zu sehen war. Hinter der herausragenden Zndkerzenelektrode war der durch Verbrennungsrckstnde gut gekennzeichnete Windschatten sichtbar. Genau mittig verlaufend, denn die beiden berstrmkanle waren przis gearbeitet. Und nun ging es abwrts mit den Frischgasen, bis sie der Auspuff hatte. In der Mitte des Zylinders blieb ein dicker Altgaskern stehen. Die Anteile der Frisch-

11 gasstrahle, die nach der Zylindermitte abgelenkt worden waren, bohrten ihn an und mischten sich mit ihm. Aber zum grten Teil blieb er unbehelligt. Und gerade dieser Altgaskern htte zum Auspuff hinausgedrngt werden sollen. Mglichst ohne groe Vermischung mit den Frischgasen. Der groe Altgasanteil im Zylinder ergab die niedrige Leistung und das durch den Auspuff verschwundene Frischgas den hohen spezifischen Brennstoffverbrauch. Denn auch die beste Auspuffanlage kann das auf so traurige Weise verlorengegangene Frischgas nicht wieder ganz in den Zylinder zurckstoen. Nur einen Teil schiebt die zurcklaufende Druckwelle durch den Auspuffschlitz hinein. Und jetzt wute er, der Konstrukteur, wie es gemacht werden mute, damit kein Frischgas verlorengeht. Der Frischgasstrahl mu einen mglichst groen Querschnitt haben. Nur so kann er das Altgas vor sich herschieben, ohne sich mit ihm zu vermischen. Der groe Querschnitt mu aber kompakt sein. Ein dnner Film kann auch groen Querschnitt haben. Er verdrngt jedoch das Altgas nicht, sondern schiebt sich seitlich daran vorbei. Der Frischgasstrahl darf deshalb auf kein Hindernis treffen, welches ihn bremst oder ablenkt. Sonst ist der kompakte Strahl zum Teufel. Im berstmkanal wird der Frischgasstrahl zwar auch abgelenkt bzw. umgelenkt. Er ist dabei aber berall von Wnden eingeschlossen, die ein Auseinanderflieen zu einem Film verhindern. Im Zylinder sind solche Wnde nicht vorhanden. Die einzige Wand, die Zylinderwand, lt den Frischgasstrahl beim Auftreffen nach allen Seiten auseinanderflieen. Es gibt eine einzige Mglichkeit, den Strahl ohne Breitschlagen umzulenken: den zweiten Frischgasstrahl. Die beiden Frischgasstrahle richten sich aneinander auf oder lenken sich gegenseitig um.

12 Und die letzte Steigerung ist der dritte Frischgasstrahl aus dem dritten berstmkanal gegenber dem Auspuffschlitz zwischen beiden Hauptberstmkanlen. Um den einzelnen Frischgasstrahl mit kompaktem Querschnitt in den Zylinder zu bekommen, mu die Umlenkung vor dem berstrmschlitz sorgfltig ausgefhrt werden. Der wichtigste Teil ist die umlenkende Wand, die Auenwand. Die umgelenkte Strahlrichtung soll mglichst senkrecht auf ihr stehen. Und bis zum Eintritt in den Zylinder soll noch eine kleine Fhrungslnge vorhanden sein, sonst tritt an der oberen Kante des berstrmschlitzes ein leichtes Breitschlagen ein. Die beiden Seitenwnde sind nur da, um ein Auseinanderflieen des Strahles beim Umlenken zu verhindern. Die umlenkende Auenwand ist an und fr sich ja auch ein Hindernis, das Breitschlagen erzeugt (Bild 4 ) . Steht die gewnschte Strahlrichtung nicht senkrecht zur Auenwand (Bild 5 ) , dann mu die eine Seitenwand noch mit umlenken. Die Auenwand wrde den Strahl in der gestrichelten Richtung umlenken. Ein Breitschlagen lt die hintere Seitenwand nach der hinteren Zylinderwand hin zu. Die vordere Seitenwand mu dagegen das Breitschlagen und Abflieen zum Auspuffschlitz hin verhindern und den Strahl noch zustzlich nach hinten in die gewnschte Richtung abdrngen. Die geringe Fhrungslnge kann ein gewisses Breitschlagen nicht verhindern, so da der Strahl in den Zylinder hinein breiter wird. Ein Frischgasstrahl staucht sich beim Eindringen in das Altgas und wird vorn breiter. Das zustzliche Breitschlagen bringt dann schon Strahlteile in gefhrliche Nhe des Auspuffschlitzes. Der Strmungswiderstand einer solchen gequlten Umlenkung ist auch grer als der einer vorschriftsmigen Umlenkung.

13 Diese gequlten berstmkanle werden oft aus Platzgrnden bei Parallel-Zweizylindern angewandt, bei denen auch die Symmetrielinien der beiden Zylinder parallel stehen. "Schurichtung" der Frischgase Diese Richtung soll mglichst schon ein Stck vor dem berstrmschlitz festliegen, damit die Umlenkung beendet ist. Denn eine noch nicht beendete Umlenkung gibt dem Strahl eine andere Richtung, als die des berstmkanals im berstrmschlitz. Stark nach hinten gerichtete berstmkanle (hierbei ist immer das letzte Stck des Kanals im berstrmschlitz gemeint), die zum Beispiel miteinander einen Winkel von 90 einschlieen, also unter 45 zur Symmetrielinie stehen, drfen nicht steil nach oben gerichtet sein. Stark nach hinten und gleichzeitig steil nach oben gerichtete Kanle (45 oder weniger nach hinten und 30 oder mehr nach oben z. B.) schlagen sich auf der hinteren Zylinderwand nach oben und nach den Seiten breit. Der dabei entstehende dnne Frischgasfilm schiebt sich an der Zylinderwand nach oben und lt das Altgas stehen. Die Kanle mssen in einem solchen Fall mglichst waagerecht in den Zylinder eintreten. Dann stauchen sich die beiden Frischgasstrahle zu einem dicken Klumpen zusammen, der zum grten Teil nach oben wegquillt. Das Altgas wird ohne groe Vermischung weggedrngt (Bild 6 ) . Aus dem Frischgasklumpen kann nichts zum Auspuffschlitz wegquellen, denn aus der Richtung kommen die Frischgase ja her. Ein Beispiel einer solchen Ausfhrung sind die DreizylinderMotoren der Auto Union (Bild 7 ) . Die Kanle stehen unter 90 zueinander und mnden waagerecht in den Zylinder. Strmungsgnstig sind sie allerdings nicht.

14 Umgekehrt mssen Kanle, die unter 140 oder weniger zueinander stehen, steil nach oben gerichtet sein. Mnden sie waagerecht, dann stauchen sich die beiden Frischgasstrme gegenseitig. Das Frischgas mchte nach hinten, nach oben und nach vorn wegquellen. Hinten ist die Zylinderwand. Nach oben ist das Wegquellen sehr erwnscht. Aber das nach vorn wegquellende Frischgas strmt schnurstracks in den Auspuffschlitz (Bild 8 ) . Sehr peinlich! Als internationales Normalma hat sich eingebrgert: Die Kanle stehen unter 55-60 zur Symmetrielinie, schlieen also einen Winkel von 110-120 ein und sind etwa 15 nach oben gerichtet. Damit luft der Motor von der berstrmseite her unter allen Umstnden vernnftig. Die letzten Feinheiten der Fhrung der Frischgasstrme erfordern allerdings immer noch eingehende Versuche. Dabei wird die Auswirkung einer nderung auf der Leistungsbremse gemessen, wobei auch der Kraftstoffdurchlauf beachtet werden mu. Gerade an ihm erkennt man, ob durch die nderung der mehr durchgesetzte Kraftstoff auch vorteilhaft in Drehmoment umgewandelt wurde, oder ob er zu einem mehr oder weniger groen Teil ungenutzt durch den Auspuff gewandert ist. Hierfr wurde vom damaligen Ingenieurbro H. W. Bnsch eine sehr einfache, und trotzdem genaue Beurteilungsmethode ausgearbeitet. Auer dem Drehmoment und der Leistung wurde aus dem gemessenen Kraftstoffdurchlauf der spezifische Kraftstoffdurchlauf in Milligramm pro Umdrehung und pro Liter Hubraum errechnet. Aus seinem Verlauf ber der Drehzahl und aus dem Verlauf des Drehmoments lt sich ersehen, ob ein Mehr an durchgelaufenem Kraftstoff auch ein Mehr an Drehmoment gebracht hat. Wenn nicht, dann folgt daraus die traurige Tatsache, da dieses Mehr an Kraftstoff nutzlos durch den Auspuff entwetzt

15 ist. Entweder mu nun der Auspuff so hingetrimmt werden, da der Kraftstoff besser ausgenutzt wird, oder die Splung bentigt eine Korrektur. An spezifischen Kraftstoffdurchlauf und am Drehmoment lt sich die Wirkung einer jeden nderung sehr gut erkennen. Diese schne Methode funktioniert aber nur bei Vergasermotoren. Der Vergaser hat nmlich soviel Verstand, da er sich mit seiner Kraftstofflieferung ziemlich genau der durch den Motor flieenden Luftmenge anpat. Der spezifische Kraftstoffdurchlauf kann also mit hinreichender Genauigkeit als verhltnismige Luftmenge betrachtet werden. Eine Einspritzpumpe dagegen ist dumm. Ihr mu erst von komplizierten Regelmechanismen gesagt werden, wieviel sie einspritzen mu. Bei ihr kann man nicht vom Kraftstoffdurchlauf auf die Luftmenge schlieen.

"Die Splung bentigt eine Korrektur" Das ist schnell dahergeredet. Aber die Ausfhrung? Ein mit der gewnschten nderung gegossener Zylinder erfordert schon in einer Fabrik viel Geld und noch mehr Zeit. Fr einen privaten Friseur ist das indiskutabel! Er braucht einen Versuchszylinder, bei dem Form und Richtung der berstrmkanle durch Einstze, die in entsprechenden Ksten am Zylinder befestigt werden, gendert werden knnen. Im Bild 9 ist die Ausfhrung eines solchen luftgekhlten Versuchszylinders mit vernderlichen berstrmkanlen gezeigt. Am schnellsten, einfachsten und am billigsten lt sich ein Versuchszylinder in wasseergekhlter Ausfhrung herstellen. (Bilder 10, 11 und 12). Die Wasserkhlung hat gegenber der Luftkhlung wesentliche Vorteile. Die Temperaturen bleiben immer sehr niedrig und ziemlich gleich, bzw. lassen sie sich durch die Wasserzufuhr gut regeln. Smtliche Kanle werden angeschraubt und dann mit Weichlot

16 abgedichtet. Vorher werden die Dichtflchen von Zylinder und Kanal bzw. Kanalkasten verzinnt. Die Weichltung hlt auch hohe Leistungen aus. Soll der Winkel der berstrmkanle zueinander gendert werden, wo wird der alte Kasten abgeschraubt und abgeltet. Der neue Kasten wird auf die gleiche Weise angeschraubt und dicht geltet. Bei dem in Bild 9 gezeigten luftgekhlten Zylinder ist das Manver wesentlich schwieriger. Hier mu gefrst und gebohrt werden. Schweien und Hartlten ist erforderlich, weil die Temperaturen im Betrieb sonst Dichtungsschwierigkeiten ergeben. Und noch einen weiteren Vorteil hat der wassergekhlte Zylinder. Der Durchbruch des berstrmschlitzes wird so hoch gemacht, da auch die lngste berstrmzeit untergebracht werden kann. Den Einsatz, der eine krzere berstrmzeit ergibt, braucht man nicht przise auf die Zylinderlaufbahn gleichzuarbeiten. Man lt die Oberkante dieses berstrmschlitzes ein paar Zehntel Millimeter zurckstehen. Sie ist vorher verzinnt und wird nach der Montage des Einsatzes mit Ltzinn aufgefllt. Dann wird das Ltzinn mit einem Schaber abgearbeitet, da es nur noch ein paar Zehntel in die Laufbahn vorsteht. Ein Kolben mit einem Kolbenring wird hindurchprobiert. Sanft natrlich. Der Kolbenring sorgt fr genauesten Zylinderdurchmesser im Bereich der Oberkante berstrmschlitz. Einen genaueren Schaber gibt es gar nicht. Und einen zu kleinen Vorauspuff, der heies Altgas in die berstrrrkanle eindringen lt, zeigt diese zinnplattierte Oberkante untrglich an. Die heien Altgase schmelzen die scharfe Zinnkante rund. Ganz zart. Das ist doch wirklich eine rhrende Untersttzung unserer Bemhungen. Der Versuchszylinder ist fr ein Kurbelgehuse mit Kurbeltrieb und Kolben der Adler M 125 gezeichnet. Dieses Kurbelgehuse behindert einen durch keinerlei Getriebsgehusewnde. Der Kolben ist von der Adler MB 250 S (Fabrikat Mahle)

17 geschmiedet. Im Schnitt C-D (Bild 12) sind zwei verschiedene berstrrrkanle gezeichnet, die durch entsprechende Einstze in die berstrmksten erhalten wurden. Der groe berstrmkanal hat eine berstrmzeit von 139 KW und der Frischgasstrahl ist von 15 bis 30 nach oben gerichtet. Die Querschnitte sind gewaltig. Die Form ergibt geringsten Durchfluwiderstand. Diese Form bzw. Gre des berstrmkanals ist nicht erprobt. Wahrscheinlich liegt sie schwingungsmig bei einer zu hohen Drehzahl. Sie wurde nur eingezeichnet, im zu zeigen, was man versuchsmig berhaupt unterbringen kann. Der kleinere berstrmkanal links hat sozusagen Normalgre. Der Radius der Innenwand ist gleich dem des groen berstrmkanals. Die Kanalquerschnitte sind kleiner, deshalb sind auch die beiden Radien der Auenwand kleiner. Trotzdem ist der kleinste Kanalquerschnitt mit 1,lcm x 2 , 5 c m = 2,75 cm 2 immer noch wesentlich grer als der der 250er Adler mit 2,28 cm 2 . Die MZ ES 125 liegt bei rund 2,4 cm 2 . Durch Einstze seitlich kann die Kanalbreite unseres Versuchszylinders auf 15mm verkleinert werden. Das ist dann ein Kanalquer schnitt von nur 1,65 cm 2 . In den ber strmksten mit Einstzen ist also alles drin. Es lassen sich alle Mglichkeiten messen. Auch verschiedene berstrmzeiten, die allerdings auch verschieden groe Vorauspuffzeiten ergeben. Aus dem Schnittbild C-D (Bild 12) sieht man aber auch noch, da bei ber die ganze Schlitzbreite gleicher Schlitzhhe der Neigungswinkel der fhrenden Auenwand beim Eintritt in den Zylinder hinten kleiner ist als vorn. Macht man den Neigungswinkel hinten und vorn gleich, dann ist der berstrm-

18 schlitz hinten hher als vorn. Viele denken, da der berstrmschlitz auch hinten zuerst zu splen beginnt. Das ist aber nur der Fall, wenn der Vorauspuff gengend gro ist. Bei zu wenig Vorauspuff geht es gerade umgekehrt. Zuerst fhrt heies Altgas in den hinten zuerst ffnenden berstrmschlitz, und dieser fngt vorn in seinem niedrigsten Teil zu splen an und dann erst hinten. Auf dem Kolbenboden ist dieser Zustand daran erkenntlich, da er vorn beim Auspuff vom Frischgas blank gesplt ist und daneben scharf abgegrenzt lkohle ansetzt, whrend er hinten, wo die heien Altgase eingedrungen sind, nicht blank gesplt wird. Ein berstrmschlitz, der bei vorn und hinten gleichen Neigungswinkeln des Kanals ber seine ganze Breite gleich hoch ist, lt sich nur sehr schwierig bauen. In zwei Windungen mte er erst nach vorn oben laufen, dann unter dem Winkel des berstrmkanals zur Zylinderquerachse nach oben hinten in die Umlenkung zum berstrmschlitz. Das ergibt einen sehr langen berstrmkanal, der durch seine Lnge nicht fr hohe Drehzahlen geeignet ist und durch die mehrfachen Umlenkungen auch einen hheren Durchfluwiderstand hat. Bis heute werden weiterhin berstrmkanle gebaut, die einen Kompromi der verschiedenen Neigungswinkel mit einem mglichst kurzen und dabei mglichst strmungsgnstigen Kanal darstellen. Nun zum Strmungswiderstand. Der berstrmkanal setzt sich entweder aus zwei Krmmern, bzw. Umlenkungen zusammen (Bild 13), oder die beiden Umlenkungen gehen bei kurzen Kanlen mit groen Querschnitten in eine einzige Umlenkung ber (Bild 14). Bei einem Krmmer mit rechtwinkeliger Umlenkung hngt der Durchfluwiderstand von der Gre der Radien in der Umlenkung ab. Je grer der Umlenkungsradius, desto kleiner der Durchfluwiderstand bei

19 gleichem Austrittsquerschnitt. In Bild 15 sind oben vier Krmmer mit gleichem Ein- und Austrittsquerschnitt, aber verschieden groen Innen- und Auenradien dargestellt. Man sieht, da bei einem Innenradius gleich der doppelten Hhe ba des Austrittsquerschnitts der Durchfluwiderstand rund 11% des Staudrucks im Austrittsquerschnitt betrgt. Eine weiter Vergrerung der Radien ntzt nicht viel. Der Durchfluwiderstand sinkt praktisch nicht unter 10%. Das geht aus dem Bild 16 hervor, das den Durchfluwiderstand bei verschiedenen Innen- und Auenradien zeigt. Der Staudruck q ist die Geschwindigkeitsenergie des Gases im Austrittsquerschnitt und ist fr Luft von atmosphrischem Druck: q = 0,00623 v2 (mbar). Die Luftgeschwindigkeit v wird in m/sek eingesetzt. Bei 100 m/sek Luftgeschwindigkeit ist q = 62,3 mbar, der Durchfluwiderstand von 10,8% betrgt also rund 6,7 mbar. Bei 200 m/sek sind es 26,9 mbar. Ein Krmmer, dessen Eintrittsquerschnitt doppelt so gro wie der Austrittsquerschnitt ist, hat einen geringeren Durchfluwiderstand. Das Bild 15 zeigt unten fnf solche Krmmer. Die ersten drei Krmmer haben oben und unten jeweils den gleichen Innenradius, und der Auenradius ist nach dem geringsten Durchfluwiderstand ausgesucht (Bild 16 und 17). Und da ergibt sich fr den unteren Krmmer mit einem Innenradius von 20 mm ein Durchfluwiderstand von 7,3%, das sind bei 100 m/sek 4,6 bar und bei 200 m/sek 17,9 mbar. Diese Widerstandsverminderung gegenber dem Krmmer mit gleichen Ein- und Austrittwerten, darf man aber nicht berbewerten, denn er ist nur ein Gewinn von 8,9 mbar . Der Ausstrmwiderstand ist viel grer. Um aus einem Rohr von 28 mm lichter Weite die Luft mit 170 m/sek auszustoen,

20 bentigt man einen Druck von 98,1 mbar. Das ist das Fnffache des Durchfluwiderstandes! Fr die Gestaltung der also Folgendes: berstrmkanle ergibt sich

21 Die Grenzen sind fr die Hhe die Steuerzeit, die von dem ntigen Vorauspuff bestimmt wird und fr die Breite die Nhe des Auspuffschlitzes, bzw. was man sich an Frischgasverlusten leisten will. Bei Rennmotoren ist man da nicht so pingelig. Zu beachten ist auch die Hhe des unteren Eintitts in den berstmkanal. Das Kolbenhemd mu ja schlielich den Auspuffschlitz noch abdecken. Und wenn ein Ansaugschlitz da ist, den auch. Bei einem seitlichen Scheibendrehschieber lt sich noch etwas holen. Doch der Drehschieber will auch untergebracht sein. "Hart im Rume stoen sich die Sachen!" Und jetzt kommt der Punkt, ber den noch keine richtige Klarheit herrscht: Wie werden die berstrmkanle abgestimmt? Auch in den wenigen Verffentlichungen kommt das nicht ganz klar heraus. Eines steht jedoch fest. Die bestrmkanle lassen sich abstimmen. Und sie sind bei allen unseren serienmigen Zweitaktmotoren zu kurz. Der Grund dafr ist der zur Verfgung stehende Raum und das Volumen des Kurbelgehuses im uT. Unter welchen Annahmen kann man sich nun in die Gegend der richtigen Abstimmung hinpeilen? Der berstrmschwingungsvorgang wird oft als Kopplung zweier Schwingungen, nmlich des Zylinders mit der Auspuffanlage und des Kurbelgehuses mit den berstrmkanlen und dem Zylinder betrachtet. Hierfr gibt es Berechnungsverfahren. Diese sind sehr zeitraubend und die Formeln zur Berechnung der gekoppelten Schwingung, die zwei Eigenschwingungszahlen hat, ausgesprochen grauslich. Sie knnen hier aus Grnden der Menschlichkeit fr die Normalfrisierer nicht gebracht werden.

Man fhrt sie, um sein Gewissen zu beruhigen, so strmungsgnstig wie mglich aus. Kleine Fehler zhlen hier als hliche Snden. In welch engem Rahmen man sich nur bewegen kann, zeigt wieder der Schnitt C-D des Versuchszylinders (Bild 12). Der Innenradius der oder des Krmmers ist mit 20 mm festgelegt. Das ist die Hlfte des Abstandes von der Kolbensteuerkante bis zur Unterkante Kolbenbolzenauge. Ein grerer Innenradius wrde nicht viel bringen und nur den Eintrittsquerschnitt des berstrmkanals verkleinern, der von unten her durch den Durchmesser der Kurbelscheibe begrenzt ist. Im Hinblick auf einen geringen Durchfluwiderstand sollte man den oberen Krimner mit sich verringerndem Querschnitt, also Eintrittsquerschnitt gleich doppeltem Austrittsquerschnitt (berstrmschlitz mal cos des Eintrittswinkels) und den unteren Krmmer mit Eintrittsquerschnitt gleich Austrittsquerschnitt ausfhren. Ob dieser schne berstrmkanal auch schwingungsmig pat, ist fraglich. Eventuell kommt man besser zurecht, wenn der obere Krmmer mit gleichem Ein- und Austrittsquerschnitt und der untere mit doppeltem Eintrittsquerschnitt ausgefhrt wird. Fr den Auenradius gibt es einen Rezeptwert. Nach Bild 14, 15 und 16 macht man ihn gleich 80% der Summe von Innenradius und Hhe des Eintrittsquerschnittes. Das gibt den kleinsten Durchfluwiderstand. Auch der groe berstrmkanal des Schnittes C-D (Bild 12) ist so ausgefhrt (genau sind es hier 77,75%). Der berstrmschlitz wird mglichst gro gemacht.

22 Es geht aber auch einfacher. Wenn die Auspuffanlage richtig ausgebildet ist, dann herrscht fast whrend der gesamten ffnungszeit der berstrmkanle Atmosphrendruck, ia sogar teilweise Unterdruck im Zylinder. Den berstrmkanlen wird hierdurch ein Ausstrmen ins Freie, in die Atmosphre simuliert. Hierbei ist das Kurbelgehuse mit den zwei berstrmkanlen ein Helholtzscher Resonator, der sich mit den uns bekannten Formeln berechnen lt. Das Kurbelgehuse mit seinem Volumen wirkt als Feder und die Luftsule in den berstrmkanlen als Masse. Aufgrund dieser berlegungen gelangen wir zu einer Formel, die sehr hnlich ist, wie die uns von der Einlaschwingung bereits bekannte. Es gilt:

23 bei den berstrmkanlen - ausnahmsweise - das Glck nicht in der Schwingungsabstimmung: Die Schwingung des Auspuff-Systems ist nmlich aufgrund der dort wesentlich hheren Drcke dominant. Erheblich wichtiger ist bei den berstrmern die Strahlfhrung fr die Splung. Darauf mu das Augenmerk gerichtet werden. Die Formel zeigt aber Zweierlei: Eine Vernderung der (mittleren) Querschnittsflche hat nur eine zu vernachlssigende Wirkung auf die Resonanzschwingung, da Fm nur in der ersten Potenz eingeht. Es kann also nicht passieren, da durch eine Kanalerweiterung ungewollte Resonanz-Nachteile entstehen. Werden in die Formel konkrete Werte eingesetzt, dann sieht man, da die Resonanzdrehzahl auch bei biederen Serienmotoren recht hoch liegt und sich diese Tatsache ist bereits von der Einlaschwingung her bekannt - deshalb ber ein recht breites Drehzahlband erstreckt. Beides kommt uns auf der Suche nach Spitzenleistungen sehr entgegen. Deshalb werden brigens auch viele gedrosselte Motoren pltzlich sehr schnell, wenn sie - z. B. durch eine Gefllstrecke - ersteinmal eine Geschwindigkeits-Hemmschwelle berwunden haben. Fr das Tuning von greren Zweitaktern ist die hochliegende Resonanz-Drehzahl allerdings nachteilig, denn diese erreichen derart hohe Drehzahlen (ab ca. 10000 l/min) hufig gar nicht. Es gibt hier nur zwei Mglichkeiten: Entweder einen anderen Zylinder mit besser geeigneten, also lngeren Kanlen einbauen (was natrlich Unfug ist); oder auf Drehschieber oder Schlitz-Steuerung auf der Einlaseite vertrauen. Denn bei greren Motoren sind derartige

V k = Kurbelgehusevolumen im uT ohne die

berstrmkanle (ccm)l = mittlere Lnge eines Uberstrmkanals (cm) Fm = mittlere Querschnittsflche eines berstrmpi h=

n = pi = c =

kanals (cm2) Steuerwinkel (KW) (abzglich eines Winkels von ca. 30-60 fr die Zeit, in der die Gassule einschwingt) Drehzahl (l/min) Kreiszahl (= 3,142) Schallgeschwindigkei t im berstrmkanal (cm/sek) (etwa = 38.000 cm/sek)

Es ist ja bereits bekannt, da derartige Formeln nur Richtwerte liefern, schon deshalb, weil zahlreiche Schtzwerte eingehen, zum Beispiel die Gastemperatur und -Zusammensetzung fr die Schallgeschwindigkeit oder die Einschwingzeit der Gassule. Auerdem liegt

24 Steuerungen Voraussetzung fr hohe Drehzahlen - auch die Membransteuerung brigens, die ja in der Beurteilung fr kleinere Motoren ziemlich schlecht abgeschnitten hat. Wichtig fr diese Drehzahlen ist natrlich auch eine gute Kurbelwellen-Auswuchtung, besonders bei groen Motoren, wegen der dort ebenfalls groen Kolben-Massen. Zum Abschlu noch eine Bemerkung zum Werkzeug: Wenn die berstrmkanle an gut zugnglichen Stellen bearbeitet werden sollen, also an der Unterseite, oder grere Umbauten vorgenommen werden (z. B. Einbau von Membranen), dann ist ein hervorragendes Werkzeug ein zweckentfremdeter (Bosch-) Schleifer. Wird statt der Schleifscheibe ein Frser aufgesetzt, kann man damit Metall abschleifen wie Butter. Und das groe Gewicht des Schleifers verhindert ein pltzliches Abrutschen. Auch in Verbindung mit einer Biegewelle ist der Schleifer ein idealer Antrieb zum Polieren oder Frsen. Eine Bohrmaschine luft entweder zu langsam oder, wenn man sie bersetzt, hat sie keine Kraft und richtet nur Unheil an.

25

B I L D T E I L

26

Bild 2: Ein Flssigkeits- oder Gasstrahl trifft schrg auf eine ebenen Platte, schlgt sich breit und bildet einen dnnen Film auf der Platte. Der grte Teil des Strahles behlt die Strahlrichtung bei. Entgegen der Strahlrichtung, von vorn nach hinten kleiner werdende Mengen werden seitlich und ein geringer Teil sogar entgegen der Strahlrichtung nach hinten weggedrckt.

Bild 1: Das ist der versoffene Unglckszylinder mit der "Umkehrsplung". Hoher Verbrauch durch Frischgasverluste in den Auspuff und niedrige Leistung durch den groen, stehen gebliebenen Altgaskern.

28

29 Bild 5 (rechts): Der Gasstrahl tritt senkrecht zur Achse der Umlenkung ein. Und diese mchte ihn auch senkrecht zur Auenwand in Richtung Auspuff weiterlaufen lassen - er wrde dann auch nach der Umlenkung wieder senkrecht auf der Umlenkungsachse stehen. Die schrgstehenden Seitenwnde wollen ihn aber nicht in dieser Richtung laufen lassen. Die hintere Seitenwand erlaubt ein seitliches Breitschlagen nach hinten. Die vordere Seitenwand mu die Strahlteile in die gewnschte Richtung nach hinten drngen, was durch die sehr kurze Fhrungslnge nach der Umlenkung nur teilweise geschieht. Der kompakte Strahlteil ist mehr nach der Zylindermitte bzw. dem Auspuff zu gerichtet, was Frischgasverluste bedeutet.

Bild 3: Ein Flssigkeits- oder Gasstrahl - Gas wird ja in der Physik hufig als eine Flssigkeit betrachtet - trifft genau senkrecht auf eine ebene Platte. Er schlgt sich breit, fliet gleichmig nach allen Seiten und bildet dabei einen immer dnner werdenden Film auf der Platte. Die sich aus der Filmdicke und dem Kreisumfang im Abstand von der Strahlmitte ergebende Flche ist immer gleich der Querschnittsflche des Strahles. Das Bild entspricht also der Wirklichkeit. Bild 4 (nchste Seite links): Auch in der Umlenkung eines berstrmkanals wird der Gasstrahl breitgeschlagen, weil nach dem Austritt aus dem ber strmschlitz keine fhrenden seitlichen Wnde mehr da sind. Der Strahl verlt die Umlenkung nur dann senkrecht zur Auenwand, wenn er auch senkrecht zur Achse der Umlenkung in diese eintritt.

30

31

Bild 7: berstrmkanle, die zueinander einen kleinen Winkel , hier 90, haben, erfordern einen waagerechten Eintritt der Frischgasstrahle.

Bild 6: Eine vorzgliche Fhrung der berstrmkanle mit sanfter Umlenkung durch groe Radien von Innenund Auenwand (Zndapp 200 S und 250 SK Groe Radien bedeuten groe Fhrungslnge. Die Zndapp 200 S erreichte mit diesen ber Strmkanlen ein hchstes Drehmoment mit dem damals (1955) sagenhaften Wert von 98 Nm/Liter. Und das mit einer Verdichtung von nur 6,4! Ein Schnheitsfehler: An Eintritt der berstrmkanle entstehen Wirbel.

32

33Bild 9: Luftgekhlter Versuchszylinder mit vernderlichen Formen und Querschnitten der berstrmkanle. Die hohe Betriebstemperatur des luftgekhlten Zylinders erfordert ein Anschweien bzw. Hartlten der Ksten auf die berstrmkanle am Zylinder. Eine nderung des Winkels der Kanle zueinander (von oben gesehen) erfordert einen neuen Zylinder. (IVK der TH Dresden.)

Bild 8: Eine berstrmseite mit Frischgasverlusten. Die berstrmkanle schlieen einen groen Winkel von 150ein und die Frischgasstrahle mnden waagerecht in den Zylinder. Ein Teil des Frischgases quillt nach vorn in den Auspuff. Da ntzt auch die gute, strmungsgnstige Form der berstmkanle nichts. Hier mssen die Frischgasstrahle mindestens 15, wenn nicht bis 30 nach oben gerichtet in den Zylinder eintreten.

34

35 Bild 11: Schnitt durch den wassergekhlten Versuchszylinder von oben gesehen. Die Befestigung der ber Strmkanle ist zu sehen, ebenso die des inneren Fllstckes.

Bild 10: Schnitt durch einen wassergekhlten Versuchszylinder mit vernderlichen Kanlen. Die Kanle sind am Zylinder festgeschraubt und mit Weichlot dicht geltet. An Auspuffkanal ist auen ein Kragen angedreht, um die hhere Wandtemperatur nicht zur Ltstelle weiterzuleiten. Die Ltstelle wird vom Wasser gengend gekhlt. Der obere Deckel mit dem Wasseraustritt wird mit den abgeschrgten Flchen der Schelle auf den Dichtring gepret. Der Wassermantel aus Blech ist berall weich verltet.

36 Bild 12: Querschnitt durch den wassergekhlten Versuchsmotor. Die berstrmkanle sind um je 30 nach hinten geklappt. Die Befestigung verschiedener Einsatzstcke ist schnell durchzufhren. Im Betrieb sind die beiden berstrmkanle selbstverstndlich gleich - es soll hier nur gezeigt werden, welch verschiedene Kanal formen mglich sind. Der Kurbeltrieb ist von der Adler 125. Kolben Adler NB 250 S (Mahle).

37

Bild 13 (links): berstrmkanal von Bild 12 links. Die Querschnitte und die inneren und ueren Radien entsprechen etwa serienmig ausgefhrten Kanlen. Die mittlere Lnge des Kanals ist lnger als serienmig blich. Eine "Peilung" durch Rechnung deutet jedoch darauf hin, da sie auch fr eine Drehzahl von n = 10000 l/min noch lnger sein sollte. Bild 14 (rechts): berstrmkanal von Bild 12 rechts. Die Querschnitte sind extrem gro. Die rechnungsmige Drehzahl fr bestes berstrmen liegt fr einen 125-ccm-Motor mit etwa 17000 l/min zu hoch.

38

39 Bild 16 (links): Druckverlust in 90-Krmmern mit gleichem Eintrittsund Austrittsquerschnitt in Abhngigkeit von Innen- und Auenradius. Die Kurve ri/be = 2,0 kommt fr berstrmkanle in Frage. Bild 17 (rechts): Druckverlust in 90-Krnrmern mit einem Eintrittsquerschnitt der doppelt so gro wie der Austrittsquerschnitt ist.

Bild 15: Durchfluwiderstand (in % des Staudruckes im Austrittsquerschnitt) verschiedener 90-Krmmer. Die vier Krmmer oben links haben gleichen Ein- und Austrittsquerschnitt, bei allen ander ist der Eintrittsquerschnitt doppelt so gro wie der Austrittsquerschnitt. Die Abmessungen passen etwa fr einen 125-ccm-Zylinder (10 mm Schlitzhhe und etwas mehr). Jedoch sind bei einem 125-ccm-Zylinder Innenradien von 25 mm platzmig nicht mehr unterzubringen, so da die Krmmer rechts oben und unten (je zwei) ausscheiden.