Aufgeladener Zweitakter

Hallo Silvan,
mehr Füllung würde schon gehen ,wenn der Auslass vor dem Einlass zu wäre ,ist aber bei so einem normalen Zweitakter nicht der Fall.Es braucht die Steuerung ,entweder durch Ventile oder durch die DKW Doppelkolben oder eben Kippen.

Für ein paar kleine Lachgas Versuche habe ich mir einen Wankel zugelegt.Ist halt näher am Elektromotor ,der Rüttelt fast nicht.Dürfte sich in einem Elektrospeeder recht wohl fühlen.
N2O Kappseln habe ich noch von den Co2 Motoren sammt anstechhalter und einen schönen Venturivergaser habe ich auch noch.Mal sehen wie er sich verhält.

Kompressor

Kompressor

Hallo Christian

Habe einmal eine Skizze in 2D erstellt. Habe noch keine Berechnungen für das Planetengetriebe vorgenommen, aber ein einfaches wird nicht gehen. Deshalb das abgestufte Planetenrad um eine Uebersetzung in der Gegend i=10:1 zu bekommen.

Mit dem N2O kann ich mir schon eine Leistungssteigerung vorstellen. Die Dosierung wird die Schwierigkeit sein. Wieso nicht 85% Nitro verwenden oder kommt dann zuwenig Luft in den Zylinder.
Bei F2A ist aber 80/20 vorgeschrieben, da geht nichts mit "Sprengstoff" wie bei den Dragstern.
http://de.wikipedia.org/wiki/Top_Fuel

Viele Grüsse Silvan

Strömungsmaschine

Strömungsmaschine

Hallo Christian

Der Auslass muss nicht vor dem Einlass zu sein, wegen der Dynamik bei den Gasströmungen müssen die Überschneidungen sein. Ich denke mit der Verdichtung wird das ganze Druckniveau auch im Resonanzrohr angehoben und deshalb können die Steuerzeiten gleich sein.

Viele Grüsse Silvan

Silvan Borer schrieb:

Deshalb das abgestufte Planetenrad um eine Uebersetzung in der Gegend i=10:1 zu bekommen.

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Hi Silvian,
ich habe mal vor Jahren einige Werte einer Modellturbine berechnet. Unter anderem auch die erforderliche Wellenleistung für den Verdichter. Der verwendete Turboladerverdichter (so wird es auch bei deiner Lösung sein) hat mehrere KW Antriebsleistung benötigt. Also mehr als ein 6.6 Motor bringen kann! Natürlich wirst du keinen so grossen Verdichter verwenden. Aber rechne vorsichthalber mal nach was dein geplanter Verdichter an Leistung benötigt und was für einen Massendurchsatz du haben wirst.

Grüße Harry

Verdichter

Verdichter

Hallo Harry

Klar muss der Motor die Leistung für den Lader bringen. Dies ist beim Turbo mit dem höheren Abgassgegendruck auch der Fall. Bei den Turbinen wird ca. 2/3 der abgegebenen Leistung am Verdichter benötigt. Habe die ersten Daten mit der Turbine Kolibri abgeglichen. Die haben bei einem geschätzten Rotordurchmesser von 38mm bei 243'000 Umdrehungen einen Druck von 2.2bar bekommen. Nun denke ich dass ich mit 1.2-1.5 bar schon gut liegen könnte.
Habe weiter am Planetengetriebe herumgerechnet, sehe dass ich einstufig höchstens etwa 1:4 bis 1:5 erreichen werde. Wenn ich ein 1:4 nehme so bekomme ich ca. 170'000 U/min wenn der Motor 42'000 erreicht.
Daten von dem 2.5cmm3 Profi-Motor.
http://www.rusengines.ru/?content=content.php&lang_upd=de&cover_upd=blue&USD=27.07&EUR=34.48
Jetzt muss ich einmal die Leistungsdaten für den Verdichter bei einem Rotordurchmesser von 35 mm berechnen.
Was mir auch noch Sorgen macht, ist die Verdichterlagerung und Schmierung.
Die Berechnung vom Verdichter ist leider keine 5 Minuten Angelegenheit, muss mich etwas damit beschäftigen. Aber wollte zuerst einmal sehen wie die Sache vorne an einen Motor passt, ohne den Durchmesser grösser als den Motorflansch werden zu lassen.
Habe noch schnell im Buch der schnellaufende Zweitakter nachgesehen. Der maximale Druck im Kurbelgehäuse ist mit ca. 0.5 bar doch sehr bescheiden. Ist auch verständlich wenn man die hohen Stömungsgeschwindigkeiten am Vergasser sieht. Also muss der Verdichter gar nicht so viel mehr Druck aufbauen.


Viele Grüsse Silvan

Bemerkung: Mein Novidem funktioniert prima. Hat ca. 36% mehr Leistung gebracht.
http://www.novidem.ch/

hhhmmm...
passt der Luftdurchsatz des Verdichters bei der Solldrehzahl zum Luftverbrauch des aufgeladenen Motors?
Wenn nicht reist die Strömung im Verdichter ab.
Erreicht der einstufige 38mm Verdichter den gewünschten Ladedruck bei der Solldrehzahl? Hier solltest du mal eine Verdichterdiagramm besorgen. Aber Vorsicht das wiederum hat nur Gültigkeit mit dem dazu vermessenen Nachleitapparat, der wiederum sieht bei dir gasnz anderst aus. Die Druckerzeugung entsteht zu 50 und mehr Prozent im radialen Nachleitapparat (je nach Bauart). Alleine schon duch den anwachsenden Durchmesser. Deine Maschine hat wenn überhaupt einen axialen Nachleitapparat (Skizze) der Druckaufbau ist hier nicht möglich. Das Gesamtsystem wird nur wenig Druck erzeugen und sehr kritisch sein.
Tipp: klink dich auch mal bei den Turbinenbauern ein.
Grüße Harry

Silvan Borer schrieb:

Hallo Harry

Klar muss der Motor die Leistung für den Lader bringen. Dies ist beim Turbo mit dem höheren Abgassgegendruck auch der Fall. Bei den Turbinen wird ca. 2/3 der abgegebenen Leistung am Verdichter benötigt.
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Hallo Silvan,

ich will euch ja die Hoffnung nicht nehmen, aber ich schätze dass die thoretische Mehrleistung durch die höhere Pumparbeit des Kolbens und dem relativ schlechten Wirkungsgrad des mechanischen Laders "aufgefressen" wird.

Würde eine mechanische Aufladung beim 2-Takter Benziner etwas bringen, hätte man es sicher im Rennsport bereits gemacht.

Jürgen

Laderauslegung

Laderauslegung

Hallo Harry
Genau diese Bedenken bei dem Lader mit der Druckerzeugung habe ich auch. Denke dass der Laderdurchmesser besser bei ca. 32 mm liegen sollte damit noch genügend Platz für den Leitapparat ist. Diese Auslegung ist das heikle Thema an der Sache. Aber wie ich das Einschätze, benötige ich nur eine kleine Druckerhöhung um 0.4 bar!

Hier hat Hr. H.W.Bösch, Der schnellaufende Zweitaktmotor 1982 nachgedacht.

Ganz am Schluss denkt er über diese Lösung in folgender Formulierung nach.
Beschränkt man die gestellte Aufgabe auf die Lösung der Kurbelkammerpumpe und zieht man in Betracht, dass der Zweitaktmotor zur Aufladung mit sehr geringen Überdrücken auskommt, weil ja die Füllung sehr stark durch die Auspuffschwingung unterstützt wird, so vereinfacht sich das Problem. Vielleicht bietet die reine Druckwellenaufladung durch die Abgassäule nach dem Comprex-System einen Ansatzpunkt.


Hallo Jürgen
Das mit der Pumparbeit und dem Antrieb steht dem mehr an Luftvolumen mit dem zugeführten Treibstoff gegenüber. Wenn ich sehe in welchem tiefen Drucknieveau der Kolben im Kurbelgehäuse arbeitet, so muss nur etwas mehr Luft gefördert werden.
Glaube, dass im Rennsport-Zweitakter die Aufladung schon früh verboten wurde.



Viele Grüsse Silvan

Hallo Jürgen ,
der Aufgeladene Zeitakter wurde sehr schnell gestoppt Die DKW Motoren waren schon eine Wucht und was die Motoren können haben die Junkers Flugmotoren schon damals gezeigt.Ähnlich Argumente gegen die Aufladung gab es ja auch bei den Formel 1 Motoren ,alle Welt hat damals über Renault hergezogen ,das es der kleine 1,5Lieter Turbo niemals mit den 3 Lieter Saugmotoren aufnehmen könne.Als die ersten Rennen gewonnen wurden hat BMW am schnellsten den Turbomotor aus der 02er Serie in ein F1 Maschinchen umgebaut und damit den ersten Formel 1 WM Titel für Turbomotoren eingefahren.Bis zum Aus der Turbomotoren haben sich diese so gut Entwickelt ,das sie am Ende die Energie Effizientesten(Kraftstoffverbrauch zu Leistung) Motoren überhaupt im Rennzirkus geworden sind.Die Mehrleistung des Laders hat sich noch niergends so negativ eingestellt das am Ende weniger heraus kegommen ist wir zuvor.Ein Problem dürfte es sein mit Glühkerzen keine exakte Zündung zu haben ,da muss man sicherlich was anderes anwenden aber das gibt es ja und ist kein totalles Neuland.Bei Dragracing Motoren werden 15 - 20% der Abgabeleistung in die Aufladung Investiert ,ohne Ladeluftkühler zu brauchen.Bei Höchstleistung Ballern diese Motoren sogar als Selbst(glüh)zünder ,kommen also in Druckbereiche die spontan Zünden.
Wenn zb.so ein MB 40 die angegebenen Leistungen abgeben kann ,dann sollte der Steve damit auch seinen Flieger auf ähnliche Geschwindigkeiten wie mit dem E.Antrieb treiben können.
@Silvan,
von einem Lader als reine Strömungsmaschine halte ich in der größe nicht so viel ,die werden im Wirkungsgrad einfach recht schlecht.Man braucht sich ja nur mal die Wirkungsgrade der Modellturbinen ansehen und die nötige Spritmenge die sie bunkern müssen zum fliegen ,dann wird einiges klar dazu.Kurt Schreckling hatte da ja einiges bei den ersten Turbinen durchgemessen und gerechnet .Die Lagerung einer solchen Verdichterläufer Scheibe bei den Drehzahlen(120000 min^-1) ist auch nicht gerade Trivial,die kleinen Lager die das abkönnten passen nicht über die Propellerwelle .
Ich würde immer eine Einfach Kolbenlade Pumpe hinter den Arbeitszylinder(Windschatten) stellen und da sie einen etwas größeren Kolbendurchmesser haben wird aber weniger Külrippen braucht wie der Zylinder wäre so etwas recht aufgeräumt.Auch möchte ich nicht nur die Spülung beschleunigen ,nein ich möchte richtig Überladedruck haben und mehr Füllung bekommen wie ein gut gespülter Zweitakter es nicht erreichen kann.
Eine einfache Kolbenlade Pumpe oder eine Flügelzellen Pumpe sind da meine ich besser geeignet.

Silvan Borer schrieb:

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Glaube, dass im Rennsport-Zweitakter die Aufladung schon früh verboten wurde.
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Wurde sie in der Tat - zumindest für Mitglieder der FIM. Trotzdem ist mir kein Fall eines aufgeladenen 2-Takt Motors ohne Direkteinspritzung bekannt.

Jürgen

Christian Lucas schrieb:

Hallo Jürgen ,
der Aufgeladene Zeitakter wurde sehr schnell gestoppt Die DKW Motoren waren schon eine Wucht und was die Motoren können haben die Junkers Flugmotoren schon damals gezeigt.Ähnlich Argumente gegen die Aufladung gab es ja auch bei den Formel 1 Motoren ,alle Welt hat damals über Renault hergezogen ,das es der kleine 1,5Lieter Turbo niemals mit den 3 Lieter Saugmotoren aufnehmen könne.
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Hallo Christian,

hast Du Leistungswerte von aufgeladenen DKW 2-Takt Motoren? Ein 250cm³ DKW Gegenkolbenmotor wurde mit ca. 50PS angegeben. Heutige 250cm³ Motoren (ohne Aufladung) leisten über 100PS bei "moderaten" 13.000 U/min.

Die Aufladung von 4-Takt Motoren mittels Turbo ist da vergleichsweise trivial. Da steht ein gewaltiges Potenzial heisser Abgase quasi frei zur Verfügung und dank der Ventile können die Volumenströme recht gut kontrolliert werden.

Jürgen

Pumpe

Pumpe

Hallo Christian

Der Einwand mit dem Wirkungsgrad der Verdichter sehe ich genauso. Die Lösung zwischen dem Probeller und dem Zylinder hat mir gut gefallen. Da aber die benötigten Drücke gegenüber der Turbine bescheiden sind, bin ich nicht so sicher ob es doch nicht eine gute Lösung wäre. Habe wieder ins Buch gesehen und festgestellt, dass der Füllgrad bei den besten Verhältnissen bei tiefen Drehzahlen so max. bei 0.8 liegen und oben dann nur noch bei 0.5.

Man müsste eine Membran an dem Kurbelgehäuse, über die Kurbelwelle antreiben, um ein variables Kurbelgehäusevolumen zu erreichen. Auch ist bei den Volumen-Ladern die Dichtheit bei den Dimensionen sehr kritisch.

Hallo Jürgen
Klar hatten die DKW zu heute gesehen wenig Leistung aber die andern Lösungen waren zu der Zeit eben noch schlechter. Wenn ich den Speedmotor von 2.5cm3 mit 2.27 PS auf 1 Liter hochrechne so bekomme ich 908 PS/l und wenn ich den Motor Auflade so wäre hoffentlich mehr zu erwarten! Die Ausführung heute, ohne Aufladung ist in der Handhabung so heikel, dass fast kein guter Flug mehr zustande kommt.

Viele Grüsse Silvan

Silvan Borer schrieb:

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Wenn ich den Speedmotor von 2.5cm3 mit 2.27 PS auf 1 Liter hochrechne so bekomme ich 908 PS/l und wenn ich den Motor Auflade so wäre hoffentlich mehr zu erwarten! Die Ausführung heute, ohne Aufladung ist in der Handhabung so heikel, dass fast kein guter Flug mehr zustande kommt.

Viele Grüsse Silvan

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Hallo Silvan,

Na ja, ob der 2.5cm³ Motor wirklich 2.27PS leistet sei mal dahingestellt (RC-Car Motoren leisten fast von Jahr zu Jahr mehr - zumindest auf dem Papier ), aber wenn die Handhabung jetzt schon heikel ist, wird sie mit Aufladung sicher nicht einfacher.

Jürgen

Anpassungen

Anpassungen

Hallo Jürgen

Die Leistungsberechnungen habe ich schon von verschiedenen Seiten berechnet es endet immer bei etwa 2 PS ansonsten sind die 300 Km/h nicht erreichbar. Die Handhabung kann durch die Erhöhung vom Drehmoment vermutlich besser werden. Das grösste Problem ist, dass der Motor am Start wegen der hohen Steigung am Propeller nicht hochdrehen kann und es ist immer eine heikle Sache damit vom Startwagen zu kommen. Prop. ist ein Einblatt mit 6x6". Meistens ist dann der schöne Prop. im Eimer. Automatischer Verstellprop wäre optimal. Dies ist aber eine andere Baustelle!

Man kann die Argumente dafür und dagegen drehen wie man will, ich denke dass der Lader für diesen kleinen Motor mit dem Planetengetriebe ein guter Kompromiss sein wird.
Also folgende Daten würden sich für das Verdichterrad in dieser Konstruktion ergeben. Drehzahl wäre mit 4:1 so bei 150'000 U/min und der Aussendurchmesser wäre 30 mm. Jetzt müsste die mögliche Druckerhöhung noch berechnet werden. Nicht dass noch der Motor wegen Überdruck platzen wird.

Viele Grüsse Silvan

Silvan Borer schrieb:

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Man kann die Argumente dafür und dagegen drehen wie man will, ich denke dass der Lader für diesen kleinen Motor mit dem Planetengetriebe ein guter Kompromiss sein wird.
Also folgende Daten würden sich für das Verdichterrad in dieser Konstruktion ergeben. Drehzahl wäre mit 4:1 so bei 150'000 U/min und der Aussendurchmesser wäre 30 mm. Jetzt müsste die mögliche Druckerhöhung noch berechnet werden. Nicht dass noch der Motor wegen Überdruck platzen wird.
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Hallo Silvan,

Ich bezweifle sehr stark, dass ein Kompressor am 2-Takt Modellmotor funktionieren wird. Eventuell kannst Du ja einen Motor zum Testen "fremdbeatmen". Gegen Überdruck könntest du ja einen Bypass a la Turbo vorsehen (Wastegate).

Jürgen

Hallo Silvan,
zu deinem Design.Wo möchtest du den Sprit vergasen ,müste ja eigentlich vor dem Laderrad sein .Dann würde ich dir einen kleinen Speicher anraten der nach dem Lader aber noch vor der Kurbelwelle sitzt.Der Lader bei dir arbeitet kontinuierlich ,der zustrom zum Kurbelraum wird nur kurz geöffnet.Mit einem Speicherraum dürfte mehr Volumen durchkommen.

Neuer Input: Hochdruck aufladung.Wäre es nicht auch möglich wie bei den CO2 Motoren durch den Kolben ein Ventil oben im Zylinderkopf zu öffnen durch das dann ein kurzer Hochdruckluftstoß einerseits mehr Luftsauerstoff zur Verbrennung liefert wie er auch ,da erst wenn der Kolben oben ist der Druck sehr schnell zusätzlich ansteigt allein schon dadurch der Kolben einen höheren Druck erfährt.Der Hochdruck kann durch Speicherluft aus einer CFK Flasche kommen ,deren Ventil nur für den kurzen speeddurchflug geöffnet wird.Durch eine kleine Hochdruck pumpe ,die nicht geeignet wäre Druckluft für ein Durchlaufen zu liefern könnte wärend einer kurzen Pause (alt Opa Speeden) wie bei den Elektrischen die kleine Abkühlpause dazu genutzt werden den Druck wieder etwas aufzubauen.

Lachgas Methode: Mit CFK behältern wäre es möglich Lachgas mit mehr als 80 bar bei geringen Gewicht Flüssig mitzunehmen.80 bar wären meine ich mehr als der obere Verbrennungsdruck bzw. der Verdichtungsdruck kurz vor OT.Wenn nun anstat Luft ,Lachgas eingedrückt würde na dann Prost Mahlzeit.
Zur Leistungssteigerung bei Flugmotoren noch der link , http://de.wikipedia.org/wiki/GM-1 .

Hallo Christian

Das mit der Druckflasche ist sicher denkbar, aber ich finde es keine schöne konstante Lösung und mit dem Lachgas ist es ein zusätzlicher Treibstoff der bei F2A nicht verwendet werden darf.

Was für ein Treibstoff wird bei den F3 Speedern denn jetzt aktuell verwendet?

Klar denke ich das zwischen Verdichterrad und Kurbelwellendrehschieber ein genügend grösser Leerraum für die Druckspeicherung vorhanden sein muss. Vor dem Zylinder hat es genügend Platz und für die Abkühlung der verdichteten Luft ist dies auch noch gut.

Hallo Jürgen
Glauben fängt dort an wo das Wissen aufhört. Aber ich möchte zuerst einmal herausbekommen welchen Druck nun dieses Verdichterrad bei den vorgeschlagenen Drehzahlen und Durchmesser denn bringt. Danach kann man dann abschätzen ob es in den Dimensionen nun geändert werden muss. Planetengetriebe für diese Grösse habe ich schon bestellt.

Habe ohne Formelbuch versucht den Druck am Verdichter zu berechnen.
Also bei 30mm Durchmesser und einer Drehzahl von 150'000 U/min ergibt sich eine Umlaufgeschwindigkeit von 236 m/s. Die Masse der Luft ist 1.293 kg/m3 oder 1.293E-6 kg/cm3. Daraus ergibt sich für die Fliehkraft F = v^2 x m / r = 236^2 x 1.293E-6 / 0.015 = 4.8N auf einen cm2. Das ergibt eine Druckerhöhung von 0.48 bar was sehr gut zu der gewünschten Verdichtung passen würde.

Viele Grüsse Silvan

Silvan Borer schrieb:

...Habe ohne Formelbuch versucht den Druck am Verdichter zu berechnen.
Also bei 30mm Durchmesser und einer Drehzahl von 150'000 U/min ergibt sich eine Umlaufgeschwindigkeit von 236 m/s. Die Masse der Luft ist 1.293 kg/m3 oder 1.293E-6 kg/cm3. Daraus ergibt sich für die Fliehkraft F = v^2 x m / r = 236^2 x 1.293E-6 / 0.015 = 4.8N auf einen cm2. Das ergibt eine Druckerhöhung von 0.48 bar was sehr gut zu der gewünschten Verdichtung passen würde.
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Hallo Silvan,

hat es einen Grund wieso Du die Luftdichte bei 0°C genommen hast? Üblicherweise wird der Wert bei 15°C verwendet: 1,225kg/m³

Das ist natürlich nur eine Kleinigkeit. Keine Kleinigkeit ist allerdings die Nichtberücksichtigung des Wirkungsgrads.

Jürgen

Leistung

Leistung

Hallo Jürgen

Da die Werte alle mit sehr viel Unsicherheit belegt sind und eine Laufradberechnung nicht so schnell erledigt ist, geht es mir nur um Grössenordnungen. Da aber die Konstruktion aus meiner Sicht sehr einfach aussieht, kann die Dimensionierung nicht so falsch sein.

Weitere Ueberlegungen habe ich angestellt.
Gehe von einem Füllgrad von 0.6 aus. Dann bekomme ich 0.6 x 2.5 = 1.5 cm3. Nehme einen Druck von 0.4 bar Erhöhung, dann muss ich pro Motorumdrehung 2.1cm3 fördern. Motor hat 37500 U/min das sind 625 Hz. Daraus ergibt sich 1312 cm3/s oder 1.607E-3kg/s an Luftmasse.
Mit diesen Zahlen berechnet bekomme ich eine nötige Leistung vom Verdichter P = 487Watt oder 0.66 PS.

Wieviel nun an Mehrleistung aus dem Motor kommt ist jetzt nun die grosse Frage, oder verbraucht der Lader zuviel ?

Viele Grüsse Silvan

Silvan Borer schrieb:

Hallo Jürgen

Da die Werte alle mit sehr viel Unsicherheit belegt sind und eine Laufradberechnung nicht so schnell erledigt ist, geht es mir nur um Grössenordnungen. Da aber die Konstruktion aus meiner Sicht sehr einfach aussieht, kann die Dimensionierung nicht so falsch sein.
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Hallo Silvan,

kleiner Tipp: http://www.amesys.de/Drosselkennlinie.pdf

Selbst die Auslegung eines einfachen Radialverdichters ist nicht trivial. Abb.16 zeigt recht deutlich den Unterschied zwischen den theoretischen und den realen Werten.

Jürgen