4-stroke Engine SAIC2-19
"Elli"
Elli ist ein 4-Takt Verbrennungsmotor mit (Drehschieber-)Drosselvergaser.
Der Motor ist eine komplette Eigenentwicklung, kommt ohne Gussteile aus und ist - bis auf wenige Kaufteile (Schrauben, Komponenten der Zündung und Zahnräder) "from bar stock" gefertigt.
Technische Daten:
- Zylinder Durchmesser 18mm
- Hub 20mm
- Hubraum 5 ccm
- Verdichtung: 1:6,3
- Masse inkl. Unterbau: ca. 1,6 kg
- CDI Zündung
- Drehzahl: ca. 1200-5000 U/min
Ca. 90 Einzelteile sind zu fertigen (ohne Sockel /CDI)...
Beschreibung & Hinweise zum Bau
Der Motor ist mit stehendem Zylinder, untenliegender Nockenwelle und
einem klassischen Ventiltrieb über Stößel,
Stoßstangen und Kipphebeln ausgelegt. Der Motor ist
luftgekühlt und wird über ein Lüfterrad gekühlt. Die Laufgarnitur verwendet als Materialpaarung einen Gusszylinder mit einem Aluminiumkolben und einem Kolbenring (im Prototyp kam für Zylinder und Kolbenring Sphäroguss/GGG60 zum Einsatz) .
Der Motor läuft prinzipiell mit verschiedensten Treibstoffen. Normaler Ottokraftstoff, Feuerzeug- und Reinigungsbezin wurden erfolgreich getestet, vermutlich geht auch Ethanol. Da der Zylinder jedoch keine Zwangsschmierung aufweist ist die Verwendung von 2-Takt Gemisch empfehlenswert. Aufgrund der sehr sauberen und fast geruchlosen Verbrennung kann ich Alcylatbenzin der Fa. Aspen (Aspen-2) empfehlen.
Als Zündung kommt eine kleine CDI Zündung zum Einsatz, die für diesen Motor entwickelt wurde. Der Schaltplan ist Bestandteil des Zeichnungssatzes, das Platinenlayout und der Bestückungsplan sind als separate Dateien unten zu finden.
Diese Zündung zeichnet sich durch relativ kleine Baugröße und eine Versorgungsspannung von nur 1,5V aus. Dadurch kann eine Mignonzelle verwendet werden- die mindestens 20h ununterbrochenen Betrieb durchhält. Alles zusammen passt problemlos in den relativ kleinen Maschinensockel, siehe Fotos.
Als Zündspule wurde hier eine für Mopeds vertriebene gut erhältliche Zündspule mit vergleichsweise kleiner Baugröße verwendet. Da der in dieser CDI eingesetzte Sperrwandler mit Rücksicht auf den Bauteileaufwand ungeregelt ist, ist die erzeugte Hochspannung abhängig von der Drehzahl. Ab einer gewissen Drehzahl ist die Energie nicht mehr ausreichend, um den Motor zuverlässig zu zünden. Tests haben gezeigt, dass die Schaltung bis ca. 60Hz Zündfrequenz zuverlässig arbeitet, also bei einem 4-Takter eine Drehzahl von über 7000 U/min zu erwarten ist.
Vielleicht noch zu erwähnen ist, dass der vorgeschlagene Unterbrecherkontakt nur für kleine Ströme gedacht ist - eine herkömmliche Unterbrecherzündung sollte daher nicht verwendet werden, die dabei auftretenden hohen Ströme würden den Kontakt vermutlich schnell zerstören. Geeignet dagegen wäre aber eine Transistorzündung mit herkömmlicher Spule.
Der Zündzeitpunkt wird ca. 5-10° vor OT eingestellt.
Das Auslassventil öffnet ca 20° vor UT.
Zum Bau von Elli ist eine Drehbank und Fräse unbedingt erforderlich, auch der Rest der Werkstatt sollte halbwegs gut ausgestattet sein. Da die Toleranzen bei einem Motor dieser Dimension eine recht entscheidende Rolle spielen, sollte mindestens im Bereich der Zylinder/Kolbenpaarung und dem Kolbenring sorgfältig gearbeitet werden - aus diesem Grund ist der Motor vielleicht nicht unbedingt als Erstlingswerk zu empfehlen. Elli ist ansonsten ein recht einfach zu realisierender Motor, der bei genauer Arbeit zuverlässig startet und ansprechende Drehzahlen erlaubt.
Bilder und ein paar Kommentare aus der Bauphase:
Links ein paar Fotos aus der Bauphase der Komponenten.
Der Zylinderkopf aus Aluminium wird zunächst entsprechend der Zeichnung fertiggestellt, anschließend die Rohlinge der Ventilführungen eingepresst.
Die Bohrungen für die Ventilschäfte werden erst dann von der Brennraumseite eingebracht und in der selben Aufspannung die Ventilsitze mit einem 45° Senker gefräst.
In den unteren Bildern sind die Kipphebel und eine Probeanpassugn am Zylinderkopf dargestellt.
Der Kolben erhält nur einen Kolbenring, dieser ist für die Abdichtung ausreichend. Vom Kolbenring werden zweckmäßiger- weise gleich mehrere hergestellt - so kann der von Beginn an "Beste" ausgesucht werden und man hat Ersatz, sollte ein Ring brechen oder frühzeitig verschleißen.
Der Kolbenbolzen besteht aus Silberstahl und wird im Kolben auf einer Seite durch eine M3 Madenschraibe gehalten.
Kurbelgehäuse und Lagerständer.In den Deckel des Kurbelgehäuses werden für die Stößel Lagerbuchsen aus Bronze eingepresst und anschließend auf Maß gerieben.
Die drei Teile des Kurbelgehäuses werden später mit Inbus-Schrauben M3 verschraubt.
Die Kurbelwelle wird aus Silberstahl für die eigentliche Welle und
Kurbelwangen aus
gewöhnlichem Baustahl hergestellt.Die Teile werden zunächst weich verlötet (das umgeht sicher ein Verziehen, wie es beim Hartlöten auftreten kann) und anschließend verstiftet. Der Stift wird mit Buchsen & Lagerkleber eingesetzt.
Kurbelwelle und Schwungrad werden über eine Kegelverbindung zusammengefügt.
Die Kurbelwange wird nach dem Verlöten mit der Fräse in Form gebracht. Der Kurbelbolzen besteht hier aus einer M4 Schraube, die den Innenring des unteren Pleuellagers mit Hilfe einer Messingbuchse an der Kurbelwange befestigt.
Das obere Pleuellager ist als Bronze Gleitlager ausgeführt.
Die beiden Nocken der Nockenwelle
bilden eine Einheit und werden mit einer M3 Madenschraube an der
eigentlichen Nockenwelle aus Silberstahl befestigt. Die Nocken wurden
im Prototyp aus gewöhnlichem Baustahl, ungehärtet gefertigt.Die Nocken wurden im Prototyp gefräst. Dazu findet sich im Anhang zu diesem Bauplan eine Tabelle, die die winkelabhängigen Frästiefen für Einlass- und Auslassnocken enthält. Nach dem Fräsen werden die Nocken noch grob überschliffen und entgratet. Eine Politur ist nicht unbedingt erforderlich, da sich die Nocken nach einiger Betriebszeit ohnehin auf die Stößel einschleifen.
Wer die Nocken auf diese Weise herstellen möchte und dem das Verfahren bisher unbekannt ist sei auf diesen Artikel hingewiesen: http://www.modelenginenews.org/feeney/pg7.html
Der Lüfter besteht aus drei Komponenten - Nabe, Lüfterflügel und Außenring.
In den Nabenrohling werden via Teilapparat Schlitze im 45° Winkel gefräst, in die die vorbereiteten Lüfterflügel weich eingelötet werden. Beim Lötvorgang werden die Lüfterflügel durch ein Stück Draht in Position gehalten.
Nach dem Abkühlen wird der so vorbereitete Lüfter in der Drehbank außen soweit abgedreht, dass sich der Außenring aufschieben lässt. Anschließend wird auch der Außenring verlötet.
Abschließend wird die gesamte Einheit an den beiden Stirnseiten nochmals abgedreht und anschließend entgratet und poliert.
Der Lüfter ist nicht besonders effektiv, der Luftstrom ist aber ausreichend, um einen Dauerlauf des Motors ohne Überhitzung sicherzustellen.
Die Zündkerze ist eine Selbstbau. Als Isolator kommt Teflon zum Einsatz. Nach längerem Gebrauch verbrennen Teile des Teflons langsam, so dass die Lebensdauer vmtl. begrenzt ist. Weiterhin ist verbrennendes Teflon nicht gerade förderlich für die Gesundheit. Betrieb daher möglichst nur im Freien oder bei guter Belüftung (sollte bei einem Verbrennungsmotor allerdings ohnehin selbstverständlich sein...)
Der Vergaser ist ein Drosselvergaser mit Drehschieber und
Nebenlufteinrichtung.Leerlauf-Anschlag, Nebenluft und natürlich Kraftstoffmenge lassen sich über Schrauben bzw. ein Nadelventil einstellen.
Die Teile sind recht klein und sollten sorgfältig angefertigt werden, damit anschließend alles passt.
Zum Test mit fliegender Verdrahtung wurde der Motor provisorisch an der Werkbank festgeklemmt.
Der Maschinensockel besteht aus einer verleimten Sperrholzkonstruktion, die hier mit Buchenfurnier belegt wurde. Für den Prototypen wurde dieses Gehäuse schwarz gebeizt und anschließend klar lackiert.
Last not least eine Übersicht über die Einzelteile.
Bilder vom fertigen Motor
Downloads:
Zeichnungssatz als pdfCDI Bestückungsplan
CDI Platinenlayout
Nockenwelle Fräsdaten
Für die Funktion des Motors und Eignung für die eigenen Ansprüche kann ich trotz sorgfältiger Prüfung keine Gewährleistung übernehmen. Nachbau und Nutzung also auf eigenes Risiko!