Einen wunderschönen Nachmittag!
Nachfolgend ein Technikthread, der sehr lang ist aber für viele auch sehr interessant.
Wer die Antwort auf die oben gestellte Frage schon weiß, sollte nicht unbedingt jetzt weiter lesen, es sei denn, er will seine eigenen Thesen bestätigt wissen.
Es sind keinesfalls die bösen Kaufleute oder der noch bösere Markt (der allerdings Hubräume ab 600 ccm verlangt), die dem modernen Zweitaktmotor das Genick brechen, auch nicht die Abgas- und Umweltschutzbestimmungen.
Nein, es sind die technischen Limits, die die Weiterentwicklung des Zweitaktmotors verhindern und damit eine RD 600 oder eine RD 750, geschweige denn eine RD 1000 unmöglich machen.
Um das verständlich zu bringen, muß ich leider ein wenig ausholen und mich des in der Wissenschaft üblichen Mittels der “Axiome” (= unwiderlegbare / unstrittige Aussagen) bedienen. Alle Aussagen beziehen sich auf einen Motorradzweitaktmotor nach neuestem technischen Standard.
1. Mit zunehmender Bohrung steigt die Kolben- und die Motortemperatur, da der 2 TM seine Wärme vorwiegend über die Zylinderwandung (bis zu 75 %!) ableitet und die Ableitfläche relativ geringer wird.
Das hat übrigens in der Vergangenheit dazu geführt, dass man bei Mehr-zylindermotoren nicht über diesen Wert gegangen ist, da diese wegen der nebeneinanderliegenden Zylinderseiten weniger/weniger effektive Ableitfläche haben, auch bei Wasserkühlung.
2. Bei einer mittleren Kolbengeschwindigkeit von 20 m/sec. und einer gewünschten Spitzendrehzahl von 9000 U./min. ergibt sich eine Bohrung von 66,67 mm (60.000/Drehzahl = Hub).
3. Ein mageres Gemisch bringt eine höhere Verbrennungstemperatur und damit eine höhere thermische Belastung, besonders für den Kolben. Dieses Magermixgemisch wird üblicherweise im Teillastbereich angewandt. Kühlung ist nur durch zusätzliche Kraftstoffzufuhr (“Anfetten”) oder eine stark effizienzgesteigerte Wasserkühlung (z. B. die durchlaufende Seewasserkühlung bei Bootsmotoren) möglich.
4. Die zweitakttypischen Vorteile (Gewicht, Einfachheit, Kosten) sind nur noch dann dominierend, wenn OHNE Fremdspülung und damit ohne gekapselte Kurbelwelle im Ölbad ausgekommen wird, mit der gängigen “Schnürle-Spülung”.
5. Aufgrund der o.a. Technik und Auspuffresnoanzsystemen zur Schaffung konkurrenzfähiger Leistung benötige ich für jeden Zylinder eine eigene Auspuffanlage und einen eigenen KAT.
6. Leistung = Drehmoment x Drehzahl
Bedeutet, dass ich die Drehzahl und/oder das Drehmoment steigern muß, um mehr Leistung zu bekommen.
Nunmehr werde ich mithilfe der obigen Axiome belegen, warum es beim besten Willen niemals zu einer RD 750 oder RD 1000 und derzeit auch nicht zu einer RD 600 kommen kann.
Zu 1) Die Bohrung betrug aufgrund von empirischen Erfahrungswerten in der Vergangenheit max. 75 mm bei Mehrzylindermotoren.
Die höhere thermische Belastung moderner DFI-Zweitaktmotoren (es fehlt die Gemischkühlung von Zylinder und Kolben von unten), die durch den aus Emissionsgründen zwingend erforderlichen Magermixteillastbetrieb noch verstärkt wird, lassen es dringend geraten sein, die Bohrung um ca. 10 % abzusenken, z. B. max. ca. 68 mm.
Zu 2) 60.000 ms/360 x75 /10.000 = 1,25 ms bei 10.000 U./min = 1,37 ms bei 9.000 U./min. (1 Minute = 60.000 Millisekunden geteilt durch 360 Grad KW mal 75 Grad KW geteilt durch 10.000 U. /min.). Zündverzug angenommen 15 Grad KW.
1,37 ms ./. 0,10 ms Einspritzdauer = 1,27 ms. In der Literatur wird ein Mindestzeitraum von 1,25 ms bis 1,30 ms angenommen, um eine gerade noch ausreichende Gemischbildung zu ermöglichen (ggf. Abgasprobleme!).
Damit ergibt sich eine Spitzendrehzahl für eine Direkteinspritzung (System Ficht/Etec) von max. 9.000 U. /min. bzw. ca. 8.100 U./min. Nenndrehzahl.
Das wird in der Praxis durch das Sportschneemobil “Skydoo 800” untermauert (800 ccm Zweizylinder 2 T, 154 PS bei 8.100 U./min.).
Dieses Problem kann abgemildert werden bzw. die Spitzendrehzahl um ca. 3.500 U./min. nach oben verschoben werden, wenn man ein zündfähiges Gemisch (sog. Emulsion) einspritzt, System Orbital/Aprilia. Da das aus naheliegenden Gründen nur mit niedrigem Druck erfolgen kann, ergeben sich Restriktionen für die maximale Kolbenoberfläche, die laut Aprilia zu einer maximalen Einzelzylindergröße von 150 ccm führen. Außerdem ist die thermische Belastung dieser Motoren noch viel höher, da das kühlende eingespritzte Benzin fehlt und die (Ab-)Kühlfähigkeit der Emulsion bzw. der Luft erheblich niedriger sind.
Auch hier geht nur der Einsatz mit mittleren Drehzahlen und starker Kühlung, z.B. durch Seewasserdurchfluß bei Außenbordmotoren (z. B. System Mercury/Orbital).
3) Die moderne Direkteinspritzung (Ficht/Etec) ermöglicht eine bessere Kolbenkühlung und Brennraumkühlung im Vollastbereich, wobei der Aulaßbereich und untere Zylinderseite sowie das Kolbenhemd schlechter gekühlt werden (weil das kühlende Gemisch hier fehlt.
Im Teillastbereich entsteht aufgrund des Magermixbetriebes große Hitze und erhebliche thermische Probleme (u. a. deswegen hat im 4 T-Bereich VW bei den Direkteinspritzern den Magermixbetrieb im Teillastbereich wieder abgeschafft!).
4) Angesichts von je einer Auspuffanlage pro Zylinder und mindestens einem KAT pro Auspuffanlage geht der Gewichtsvorteil ganz oder fast ganz dahin. Die Kostenvorteile und die relative Einfachheit würden verschwinden, sobald die Abgaswerte einen zusätzlichen Oxydations-KAT verlangen würden (EURO4).
Zu 5) Diese Technologie führt praktisch zu 2-Zylinderzweitaktmotoren, da diese sonst vergleichsweise schwerer und zu teuer würden.
Zu 6) a) Aus obigen Ausführungen ergibt sich, dass ich die Drehzahl technisch bedingt nur noch unwesentlich erhöhen kann, um zu mehr Leistung zu kommen.
b) Besseres Drehmoment erhalte ich durch eine höhere Füllung nebst besserer Spülung. Hierfür muss ich die Einlass- und die Auslassöffnungen so weit vergrößern, so lange dabei zusätzliche Leistung entsteht und ich keine Probleme mit den Kolbenringen bekomme.
Die maximale Bohrung von ca. 68 mm (siehe oben) sowie die in der Literatur als maximal beschriebene Kanalbreite von 60 % der Bohrung setzen diesem Unterfangen ebenfalls enge Grenzen.
Zusammenfassung und Ergebnis:
Somit ist ein Zweizylindermotor mit 2 x 248,6 ccm (Bohrung x Hub = 68 mm x 68,5 mm) mit (geschätzt) 95 PS (190 PS Literleistung, siehe Skydoo 800) bei 8.100 U./min. Nenndrehzahl für eine Yamaha RD 500 denkbar und technisch möglich.
Gegenwärtig und auch in absehbarer Zukunft ist es aber auch die Grenze des technisch Machbaren, so dass jeder nachvollziehen kann, warum man den Zweitaktmotor nur noch für sehr kleine Hubräume (50 ccm) weiter entwickelt.
