2-stroke Engine SAIC3-20
"Shira"
Shira ist ein 2-Takt Verbrennungsmotor mit Drosselvergaser, Umkehrspülung und Schlitzsteuerung.
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 15mm
- Hub 16mm
- Hubraum 2,8 ccm
- Verdichtung: 1:6,3
- Masse inkl. Unterbau: ca. 1,2 kg
- CDI Zündung
- max. Drehzahl: ca. 6000 U/min
Ca. 75 Einzelteile sind zu fertigen (ohne Sockel /CDI)...
Beschreibung & Hinweise zum Bau
Der Motor ist mit stehendem Zylinder nach dem Vorbild von
Modellbau-Flugzeugmotoren ausgebildet (dreht aber im Uhrzeigersinn!).
Der Motor ist
luftgekühlt und wird über ein Lüfterrad gekühlt, so dass er auch stationär eingesetzt werden kann. Die Laufgarnitur verwendet als Materialpaarung einen Stahlzylinder mit einem Graugusskolben ohne Ringe. Im Prototyp kam für den Kolben Sphäroguss/GGG60 zum Einsatz.
Als Treibstoff ist 2-Takt Gemisch vorgesehen. 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 meine vorherigen Modelle entwickelt wurde und hier auf etwas höhere Drehzahlen "getunt" 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 >10h 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. 100Hz Zündfrequenz zuverlässig arbeitet, also bei einem 2-Takter eine Drehzahl von ca. 6000 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. 10-20° vor OT eingestellt und lässt sich durch Verdrehen der Unterbrecherkontakt-Einheit problemlos verstellen.
Zum Bau von Shira 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 sorgfältig gearbeitet werden - aus diesem Grund ist der Motor vielleicht nicht unbedingt als Erstlingswerk zu empfehlen. Shira 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:
Kurbelgehäuse und Zylinder + Kühlrippen sind aus
Aluminium gefertigt und
bilden eine Einheit. Zunächst wird die Zylinderbohrung eingebracht und
anschließend der untere Steg (zwischen Kurbel- gehäuse und erster
Kühlrippe) mit einem Abstechwerkzeug eingebracht.Die Kühlrippen lassen sich wg. der Einlass & Auslasskanäle nicht auf diese Art & Weise auf der Drehbank herstellen und werden daher auf der Fräse im Rundtisch gefräst.
Den Abschluss der Arbeiten an diesem Bauteil bilden die Herstellung der Kurbelwellenbohrung mittels Ausdrehkopf sowie der Herstellung von Ein- & Auslasskanälen plus zugehörige Gewinde.
Der Zylinderkopf und dessen Kühlrippen wird ebenfalls in der Fräse hergestellt.
Das Kurbelwellenlager wird aus einem Alu-Vierkant
gedreht und dabei die Passungen für Kugellager und Wellendichtring
eingebracht. Es ist auf eine genaue Flucht der beiden Lagerpassungen zu achten.
Die Kurbelwelle wird aus gewöhnlichem Baustahl geferigt, im Prototyp
wurde die Kurbelwange zunächst hart an die Welle angelötet und
anschließend alles auf Maß gedreht. Die Kurbelwange wird im Anschluss mit der Fräse in Form gebracht. Der Kurbelzapfen besteht aus gehärtetem Silberstahl und wird in die Kurbelwange eingepresst.
Laufbuchse und Kolben bestehen aus Stahl sowie Grauguss, beide
werden passend zueinander geläppt.Der Kolbenbolzen besteht aus Silberstahl und wird im Kolben auf einer Seite durch eine M3 Madenschraibe gehalten.
Das Pleuel besteht aus Aluminium mit eingepressten Bronzebuchsen.
Der Unterbrecher bildet eine Einheit, die sich auf dem
Kurbelwellen-Lagergehäuse verdrehen lässt, so dass sich der
Zündzeitpunkt problemlos einstellen lässt.Der Zündungsnocken bildet mit dem Riemenrad für das Kühlgebläse eine Einheit und stellt ein einfaches Drehteil aus Aluminium dar.
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.
Der Motor ist wie oben zu sehen luftgekühlt und wird
durch einen
kleinen Ventilator, der über einen Riemenantrieb angetrieben wird, darin unterstützt.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.
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.
Bei Shira kommen leicht modifizierte (in sich gebogene) Lüfterflügel zum Einsatz, die etwas effektiver arbeiten als schlichte gerade Bleche wie beim Vorgängermotor "Elli". Der Aufwand bei der Herstellung ist etwas höher, wer mag kann auch das schlichte Design von "Elli" (siehe dort) übernehmen.
Der Tank besteht aus Messing mit einem Sichtfenster aus
Glas, das mit Eoxydharz-Kleber eingeklebt ist. Die Messing Teile sind
weich verlötet.
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 Verbrennungs- motor allerdings
ohnehin selbstverständlich sein...) Der Batteriekasten wurde unverändert aus dem Design von
"Gromit" und "Shira" übernommen und nimmt eine einzelne Migonzelle auf.
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
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!