Probleme mit luftgekühlten Zweitaktern

von Walter Schmidt

 

Die Probleme können von Motor zu Motor recht unterschiedlich sein, meistens handelt es sich um Kühlprobleme und Startprobleme. Die meisten Probleme werden durch mangelndes Verständnis, Änderungen am Konzept, mangelnde Wartung und mangelnde Betriebesbeobachtung selbst erzeugt. Nur wenige Probleme sind auf Herstellungs- oder Konzeptfehler zurückzuführen. Ich weiß wovon ich rede, mit meinem F30 habe ich außer Kurbelwellenbruch alles durch. Der Zweitakter ist eine Strömungsmaschine, Vergaser, Lufteinlass und Abgassystem dürfen nicht verändert werden, - wird der Lufteinlass durch Ansaugschalldämpfer – oder das Abgassystem verändert, hat das oftmals erhebliche Auswirkungen auf das künftige Verhalten des Motors. Wenn Motorprobleme auftreten, muss man prüfen was wurde gegenüber dem Herstellerkonzept verändert.

Kühlprobleme:
Das Kühlmedium Luft steht in ausreichendem Maß kostenlos zur Verfügung, Wärmetauscher und Umwälzpumpe sind nicht erforderlich, trotzdem muss die Luft an die zu kühlenden Stellen herangeführt und wieder abgeführt werden. Es genügt nicht den Motor einfach in den Fahrtwind zu stellen, die Luft wird an den Zylinderköpfen und Laufbuchsen nur vorbeistreichen und wenig kühlen. Damit die Luft durch die Kühlrippen streicht, muss eine Zwangsführung gebaut werden, der Eintrittsquerschnitt muss größer sein als der Austrittsquerschnitt. Es genügt auch nicht die Kühlluft mit mehr oder weniger großen Öffnungen in die Motorhaube einzuführen, sie muss auch wieder durch eine Austrittsöffnung in Form einer Düse abgeführt werden, genau wie bei den Großen.

Kühlung der Zylinderköpfe	Kühlung Laufbuchsen

Die Laufbuchsen sollten von der heißesten Stelle ( Auslassstutzen ) zur kältesten Stelle (Überströmkanal ) gekühlt werden, also on unten nach oben. Bei dieser Kühlluftführung stellen sich im Sommer bei Vollgas im Steigflug 220 °C an den Zylinderköpfen und 180°C an der Laufbuchse (bei den Auslassstutzen) ein und im Reiseflug 170°C bzw. 150°C .

Das Kühlproblem Zylinderköpfe scheidet bei richtiger Kühlluftführung aus, bei der Abgastemperatur sitzt man zwischen zwei Stühlen. Will man mit dem Brennstoffverbrauch eines Viertakters konkurrieren, überschreitet die Abgastemperatur im Reiseflug 1.350°F - dann stirbt der Motor. Soll der Motor länger leben, muss auf Kosten des Brennstoff-verbrauches angefettet werden. Eine Abgastemperatur von 1.350°F darf nicht überschritten werden, unter 1.200°F im Reiseflug ist pure Geldverschwendung. Der Temperatur- Unterschied zwischen beiden Abgasanlagen sollte 50°F nicht überschreiten, der Unterschied zwischen den Zylinderkopftemperaturen sollte nicht größer als 25°C (50°F) sein.

Anlassprobleme kalter Motor:
• Wird der warme Motor abgestellt, befinden sich zwischen Vergaser und Kolben 2 – 3 Gemischfüllungen, der Motor kühlt ab und das Gemisch kondensiert, ein Teil tropft in den Auspuff. Beim nächsten Kaltstart wird das fette Startgemisch durch das Kondensat im Kurbelgehäuse zusätzlich angefettet, der kalte Motor kann schnell absaufen. Die Erwachsenen Flugmotoren werden nicht durch kurzschließen der Zündung abgestellt, sondern durch Abmagern.
• Der Anlasser muss den Motor auf mindestens 500 U/min beschleunigen damit auf der Primärseite der Zündspule 35 V aufgebaut werden und ein zündfähiger Funken erzeugt werden kann. Wegen des simplen Aufbaus der Zündanlage erfolgen 2 Zündungen pro Zylinder und Umdrehung, einmal vor OT und einmal um 180° versetzt vor UT, - deswegen haben die Zündkerzen des Zweitakters nicht die Lebensdauer wie in einem Viertakter. Beim Hirth F30 erfolgen pro Umdrehung 4 x 1 = vier Kompressionen, doppelt soviel wie beim Rotax 912, der gleiche Anlasser muss im F30 also die doppelte Leistung aufbringen.

Stromaufnahme	Ohne Zündkerzen	Dekompression 2 Zylinder	Ohne Dekompression
Motor kalt und feucht	50 A	220 A	320 A
Spannung Bordnetz	12 V	9 V	8 V

Wenn man die stärkste Motorradbatterie ( 180 Ah ) verwendet, überlebt sie ohne Dekompression vielleicht eine Flugsaison. Beim Startvorgang muss nicht nur eine ausreichende Zündspannung aufgebaut werden, die Membranpumpe muss auch genügend Brennstoffdruck aufbauen um die Kraftstoffleitung und den Vergaser zu füllen, dann kann es losgehen. Bei kaltem feuchtem Wetter ist nach 3 – 4 Startversuchen die Batterie flau, die Netzspannung sinkt unter 9 Volt dann reicht die Kraft des Anlassers nicht mehr aus um einen Zündfunken aufzubauen, die Membranpumpe fördert mittlerweile und der Motor säuft ab.

Lösung:
• Primerpumpe einbauen damit beim ersten noch kraftvollen Zündfunken schon Brennstoff vorhanden ist.
• mindestens 2 Dekompressionsventile einbauen
• Motor abstellen durch schließen des Brandhahnes
• Motorradakku gegen 600 A Trockenbatterie( 5 kg ) tauschen.
Die Trockenbatterie kann 5 Sekunden lang mit 600 A belastet werden, dann muss sie sich mindestens eine Minute erholen. Die Trockenbatterien gibt es jetzt schon mit Starthilfekabel und integriertem Ladegerät für wenig Geld in der KFZ Abteilung der Baumärkte, sie wiegt zudem noch weniger als ein Motorradakku.

Anlassprobleme heißer Motor:
Heißer Tag, kurze Landung, kurzer Rollweg Motor abstellen und kurz darauf wieder starten. Der Motor zündet auf ein oder zwei Zylindern will nicht auf Fahrt kommen und nimmt kein Gas an, - Pumpbewegungen am Gashebel führen nach vielen Versuchen zum Erfolg – oder auch nicht. Wer kennt das nicht, - hierfür gibt es mehrere Ursachen, meistens ist es ein Ursachenbündel.
• Zwischen Vergaser und Zylinder befindet sich Gemisch für die nächsten 2 – 3 Arbeitsgänge, das meiste davon im Kurbelgehäuse. Das Gemisch dehnt sich bei heißem Motor stark aus, das gleiche Volumen ist zu mager und kaum noch zündfähig.
• Alte gesinterte Zündmagnete verlieren mit steigender Temperatur an Feldstärke, wird die Schwungenergie des Anlassers noch durch der mitdrehenden Propeller geschwächt, kommt kein zündfähiger Funke zustande. Abhilfe ??? Bei den erwachsenen Flugmotoren werden die Zündmagnete mit einem kleinen Luftschlauch gekühlt, - muss wohl seine Gründe haben.

Kurbelwellenbruch: Ein Kurbelwellenbruch kommt nicht aus heiterem Himmel, er hat immer eine Vorgeschichte und die heißt „Rissbildung durch kurzzeitige Überlastung“ Gewaltstopp oder Herstellungsfehler. Ein Gewaltstopp kann bei Bodenberührung des Propellers, oder sogar durch Kolbenfresser entstehen.

Die überzogenen Lärmforderungen und die spezifikationsgemäße Begrenzung der max. Abflugmasse der UL`s haben zu einer katastrophalen Entwicklung geführt. Es werden Nachschalldämpfer mit Innenteilen aus Aluminium eingebaut. Aluminium zeichnet sich durch ein geringes Gewicht aus, - das ist erwünscht, - die geringe Festigkeit nimmt man in Kauf, - dass die Festigkeit bei Temperaturen über 100°C auch noch kräftig abfällt wird schlicht übersehen. Das Abgas verlässt den Motor mit etwa 580°C und hat vor dem Nachschalldämpfer noch 300 – 350°C das kann ausreichen dass das Innenrohr bei plötzlichem Gasgeben kollabiert und der Auspuff ist plötzlich verstopft. Wenn das bei Vollgas passiert, fliegt die Auspuffdichtung heraus, der Motor wird gewaltsam gestoppt, vielleicht noch begleitet durch einen Kolbenfresser. Ich habe von mehreren Kurbelwellenbrüchen gehört bei denen vorher ein Aluminiumschalldämpfer kollabiert war.

Simpler Nachschalldämpfer verwendet in einer Kitfox / Rotax 582. Ein Rohr D=60mm aus S=0,5mm Aluminiumblech wird einfach über den d=30mm Auspuffkrümmer geschoben. Lärmminderung mehr als 4 dBA. Der Rohr- Nachschalldämpfer ist wirksam, einfach, billig und ungefährlich.

 

Probleme mit dem Zahnriemengetriebe:
Die Probleme kommen nicht vom Zahnriemen sondern von der einseitig gelagerten Fliehkraftkupplung. Bei einem 4 Zylinder Boxer reicht die Schwungmasse des Propellers für einen weichen Leerlauf nicht aus, eine Fliehkraftkupplung muss her. Die angebotene Fliehkraftkupplung ist nur in der Mitte des Antriebsritzels gelagert, die Lagertoleranz ist fühlbar. Dadurch kommt es zu einer Taumelbewegung, der Zahnriemen läuft immer an einer der Begrenzungsscheiben an, wenn man Pech hat läuft er auch mal ab. Ein Verbundkeilriemen wird zwar geführt, aber die erforderliche hohe Riemenspannung schädigt längerfristig das letzte Kurbelwellenlager. Lösung: die Fliehkraftkupplung hinter dem Antriebsritzel zusätzlich lagern, oder besser noch das Zahnriemengetriebe gegen ein mechanisches Getriebe austauschen, denn das Zahnriemengetriebe ist für den F30 nicht geeignet.

Probleme mit den Membranvergasern:
Durch Ermüdung entstehen Brüche in den Impuls-Membranen, dann saugt der fördernde Zylinder Sprit in vollen Zügen, er pustet einen Teil wieder zurück, die Überdosis reicht aber aus, dass der Motor beim Anlassen auf dem Impulszylinder absäuft, wenn das während des Fluges passiert, hat man keine Probleme mit zu hoher Abgastemperatur. Wenn man bei einem Hochdecker ( Tank im Flügel ) einmal vergessen hat den Brandhahn zu schließen und unter dem Auspuff ist eine Brennstoffpfütze, dann ist die Zermürbung der Impulsmembrane schon recht weit fortgeschritten. Die Zermürbung der Membranen tritt nicht plötzlich sondern schleichend ein, bei der 25 Stunden Kontrolle sollte man immer die Impulsleitung entfernen und prüfen ob man über die Impulsleitungen Sprit ansaugen kann.

Habe ich noch etwas vergessen?

Wenn Jemand Probleme mit seinem luftgekühlten Zweitakter hat, muß das nicht unbedingt am Zweitakter liegen. Wer einen braven Hund ständig misshandelt, darf sich nicht wundern wenn der nicht mehr gehorcht oder plötzlich beißt.

Zusammenfassung:
Der Zweitakter ist zwar ein Kolbenmotor, verhält sich teilweise wie eine Strömungsmaschine. Wird der Strömungswiderstand vor dem Vergaser z.B. durch einen Ansaugschalldämpfer verändert, verändert sich das Drehmoment und der Vergaser ist kaum noch einstellbar – oder man landet den großen Wurf. Wird der Strömungswiderstand hinter dem Motor verändert, z.B. ein anderer Auspuff verändern sich mit Sicherheit die Abgastemperatur, das Drehmoment und der Brennstoffverbrauch, - in welche Richtung, zum Guten oder zum Schlechten muss auf dem Prüfstand gemessen werden. Um Überraschungen zu vermeiden sollte man sich mit dem Motorenhersteller abstimmen. Eine Standschub- und Verbrauchsmessung sollte man vor und nach der Änderung durchführen. Es gilt: gemessener Standschub : 3 = Leistung in KW . Wenn sich die Leistung nicht verschlechtert hat, der Motor sowohl kalt und warm zuverlässig anspringt, die Abgastemperaturen sich nicht erhöhen, der erwartete Effekt eingetreten ist, sollte man die Änderung unbedingt dem Hersteller mitteilen, damit er sein Produkt verbessern kann.

Warnung: Nachschalldämpfer mit einem Innenleben aus Aluminium sind Motorenkiller!