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Glühzündermotoren
                    Unterschiede zwischen Zwei- und Viertaktmotoren
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Unterschiede zwischen
Zwei- und Viertaktmotoren

                             

Zweitaktmotor

Viertaktmotor

 

Zweitaktmotoren   Viertaktmotoren   Der Vergleich:
Zweitakt- und Viertaktmotoren

 

Der so genannte "Glühzündermotor" gehört heute zu dem am weitesten verbreiteten Verbrennungsmotor im ferngesteuerten Modellflug. Erst bei Motoren so ab 20cm3 aufwärts, macht es Sinn, Benzinmotoren einzusetzen. Grossvolumige Glühzündermotoren (20ccm oder mehr), entwickeln mit steigendem Hubraum einen beachtlichen "Durst", und das geht schnell einmal "ins Geld", denn Methanol ist nicht gerade ein günstiger Treibstoff, im Vergleich zu Benzin...

Der Glühzündermotor, der mit einem Gemisch aus Methanol und Öl betrieben wird (zusätzlich kann auch Nitromethan enthalten sein), muss zum Starten an einer Glühkerze elektrisch vorgeheizt werden. Dadurch wird der Glühwendel in der Kerze zum glühen gebracht und zündet so beim Starten das Luft/Kraftstoffgemisch. 
Sobald der Motor einmal läuft, kann der Kerzenstecker, der zum elektrischen Vorglühen aufgesetzt wurde, abgezogen werden. Jetzt wird die Kerze durch die Verbrennung im Kolbenraum permanent am verlöschen gehindert. Verantwortlich dafür ist der Glühwendel selbst, der aus Platin besteht und mittels eines katalytischen Prozesses glühend gehalten wird.

 

Der Zweitaktmotor

Der klassische Zweitaktmotor ist der einfachste Verbrennungsmotor überhaupt. Er hat weder Ventile noch sonst komplizierte Mechanismen (es gibt aber auch komplexere Aggregate für grössere Anwendungen, mit Ventilen). Das einzige was sich wirklich bewegt ist die Kurbelwelle, der Pleuel und natürlich der Kolben. Bei diesem Motor werden jeweils zwei Takte gleichzeitig ausgeführt, darum hat er nur halb so viele Arbeitstakte wie der Viertaktmotor.

 

Die Luft, die im Vergaser mit dem Kraftstoff gemischt wurde, wird beim nach oben gehen des Kolbens, vom Vergaser, meistens durch eine Bohrung in der Kurbelwelle angesaugt, in den Raum unter dem Kolben ("E" hier als seitlicher, separater Anschluss dargestellt).

Gleichzeitig wird das Luft/Kraftstoffgemisch das vorher über seitliche Schlitze in der Kolbenbohrung eingeströmt ist, vom Kolben komprimiert. Wenn der Kolben den obersten Punkt erreicht hat, wird das komprimierte Gemisch durch die Glühkerze gezündet. 

 

 

Bewegt sich jetzt der Kolben nach unten, wird gleichzeitig das vorhin frisch angesaugte Luft/Kraftstoffgemisch unter dem Kolben komprimiert. Wenn der Kolben fast den untersten Punkt seines Weges erreicht hat, öffnet sich zuerst der Schlitz der die Verbrennungsgase in den Schalldämpfer entweichen lässt (A). Kurz darauf öffnet sich diesem Schlitz gegenüber ein weiterer Schlitz, über den das unter dem Kolben etwas komprimierte frische Brennstoffgemisch einströmt (U). 

Die einströmenden frischen Gase spülen die Abgase aus dem Kolbenraum und füllen ihn gleichzeitig. Dank einem exakt abgestimmten Timing, kann das Abgas den Kolbenraum verlassen und nur ganz wenig vom Frischgas entweicht ebenfalls in den Schalldämpfer, bevor der jetzt wieder nach oben gehende Kolben, den Ein- und Auslassschlitz wieder verschliesst. 

Geht der Kolben wieder nach oben, wird darunter erneut ein frisches Luft/Kraftstoffgemisch angesaugt und darüber wird das eben angesaugte Gemisch komprimiert, usw...

Das ist der komplette Vorgang der Abläuft. Über einen Schlitz in der Kurbelwelle und den seitlichen Schlitzten in der Kolbenbohrung wird der ganze Prozess gesteuert (bei Modellmotoren), einfach aber genial.


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Der Viertaktmotor

 

Er ist erkennbar am Zylinderkopf, der mit einer aufwändigen Ventilsteuerung ausgerüstet ist. Viele haben vor dem Zylinder zwei "Rohre" in denen die Ventilstösselstangen verlaufen.

Der Viertaktmotor arbeitet mit ganz klar voneinander getrennten Arbeitstakten. Möglich ist das durch die beiden Ventile, die oberhalb des Kolbens im Zylinderdeckel eingebaut sind. Diese Ventile werden über Stösselstangen von der Nockenwelle angesteuert. 

 

Die Nockenwelle wiederum wird von der Kurbelwelle angetrieben, mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle. Das heisst die Kurbelwelle macht zwei Umdrehungen, während dessen sich die Nockenwelle genau einmal dreht.

Ganz wichtig zu wissen ist: Jeder Viertakter hat am Kurbelgehäuse einen Schlauchnippel, auf den man ein Silikonschlauch stöpseln kann. Diese Öffnung muss immer offen bleiben, kann aber mit einem Schlauch nach aussen, aus dem Motorraum geführt werden. Das ist die Kurbelgehäuseentlüftung aus der auch etwas Öl und unverbrannter Kraftstoff austreten kann, bzw. austreten können muss. Diesen Anschluss darf man nie verschliessen!

 

Das linke Einlassventil hat sich soeben geöffnet.

Der nach unten gehende Kolben kann so frisches Kraftstoff/Luftgemisch vom Vergaser ansaugen.

 

  Sobald der Kolben den untersten Punkt seiner Bahn erreicht hat, schliesst sich das Einlassventil.

Nun wird das eben angesaugte Gemisch ,mit dem wieder nach oben gehenden Kolben, komprimiert.

  Erreicht der Kolben den obersten Punkt, wird das Gemisch von einer Kerze gezündet (Benzinmotor und unsere Glühzündermotoren). Bei einem Dieselmotor zündet das verdichtete Gemisch selbständig, da sich durch das verdichten des Gases seine Temperatur soweit erhöht hat das es selbstständig zündet.

Nun wird der Kolben, durch die sich ausdehnenden Verbrennungsgase, schnell nach unten beschleunigt.

  Wenn der Kolben den untersten Punkt erreicht hat, öffnet sich das Auslassventil und der Kolben kann beim erneuten hochgehen die Abgase aus dem Kolbenraum drücken.

Wenn der Kolben anschliessend wieder nach unten geht, wird über das sich erneut öffnende Einlassventil frisches Gemisch angesaugt und der ganze Zyklus läuft erneut ab.

 

Der wesentliche Unterschied zum Zweitaktmotor ist der, das nur bei jeder zweiten Umdrehung gezündet, das heisst, Arbeit verrichtet wird. Die folgende Umdrehung muss alleine durch den aufgebauten Schwung ausgeführt werden, zusätzlich zu der Leistung, die der Motor ja abgegeben soll.
Das ist der Grund, warum ein gleich grosser Viertakter immer etwas weniger Leistung hat, als der analoge Zweitakter.
Diese "seltenen" Arbeitstakte führen dazu, das ein Viertakter vergleichsweise rau läuft, und andere (härtere) Stösse/Vibrationen erzeugt, als ein Zweitakter (vor allem bei bei Einzylindermotoren wie wir sie meistens einsetzten).


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Der Vergleich: Zweitakt- und Viertaktmotoren

Zusammenfassend

Dieser Vergleich gilt im wesentlichen für die Motoren wie sie im RC- Modellbau eingesetzt werden. Manches ist aber auch für grössere Motoren gültig. Die grossen Modell- Benzinmotoren sind dabei im wesentlichen ausgenommen, weil bei diesen meistes das Zweitaktprinzip zur Anwendung kommt und sich die Verhältnisse bei grossen, Mehrzylinder- Motoren durchaus etwas verschieben können. Es gibt auch grosse Viertaktmotoren, die zum Beispiel als Sternmotoren angeboten werden, die eine Klasse für sich darstellen..
Einige Aussagen müssten bei Mehrzylinder- Glühzündermotoren relativiert werden. Da solche Aggregate aber eher selten eingesetzt werden und die grosse Masse mit Einzylindermotoren fliegt, gehe ich auch auf diese Aspekte nicht nähre ein.
   
  Zweitaktmotor   Viertaktmotor
Anschaffungspreis Er ist günstiger in der Anschaffung, da er schlicht weniger Teile hat. Der Viertakter ist mit seinem Ventiltrieb, Stössel und Nockenwelle deutlich aufwendiger und darum auch teuerer.

Gewicht   Da dieser Motor auf das wesentliche reduziert ist, hat er auch meistens ein günstiges Gewicht in Bezug auf die Leistung.   Hier muss man aufpassen, was man mit was vergleicht:

Ein Motor mit gleichem Hubraum hat ein etwas höheres Gewicht (aber nicht all zu viel), schliesslich ist er auch etwas komplexer.

Wenn Motoren mit gleicher Leistung verglichen werden ist der Viertakter deutlich schwerer da er rund 30 - 40 Prozent mehr Hubraum benötigt als ein gleich starker Zweitakter. Darum ist er in diesem Vergleich deutlich massiger!

Die Schalldämpferanlage setzte ich dabei bewusst für beide als gleich schwer an. Warum; das sehen wir weiter unten bei der Lärmentwicklung.


Leistung   Der Zweitakter ist ein Motor der eher über die Drehzahl die Leistung aufbaut. Das heisst man muss ihn drehen lassen (in sinnvollen Grenzen).
Höhere Drehzahlen haben aber den Nachteil, das man zu kleineren Propellern greifen muss, die höher drehen und demzufolge einen etwas schlechteren Wirkungsgrad aufweisen. Auch ist ein höher drehender Propeller grundsätzlich lauter und wird wegen der höheren Frequenzen auch eher als "unangenehm" empfunden, was das subjektive Empfinden angeht..
  Dieser Motor hat ein deutlich höheres Drehmoment, das heisst für die gleiche Leistung, muss er nicht ganz so hoch drehen. Deshalb müssen grössere Propeller montiert werden, die dank den tieferen Drehzahlen einen, besseren Wirkungsgrad aufweisen.

Dank diesem Umstand machen Viertakter einen guten Teil des Gewichtsnachteils wieder wett, weil sie die verfügbare Leistung optimaler umsetzten können.


Verschleiss   Bei sorgfältiger Pflege und dem Einhalten der Betriebslimiten (nicht ständig überlasten, kein Schmutz der in den Motor gelangen lassen), kann so ein Motor über Jahre hinaus ohne grössere Wartungsarbeiten betrieben werden. 
Motoren die mit Kugellager ausgerüstet sind, können aber schon mal nach einem Lagerwechsel verlangen, was aber auch keine grosse Sache ist.
Aber auch ein "Gleitgelagerter" Motor muss nicht schlecht sein und kann sogar länger halten als einer mit Kugellager...
  Da hier viel mehr bewegliche Teile vorhanden sind, ist auch der Wartungsaufwand deutlich höher. Insbesondere der Ventiltrieb verlangt regelmässige Kontrollen und Justagen. Das Ventilspiel wird mit der Zeit immer grösser und muss darum regelmässig nachgestellt werden. Dazu kommen mögliche Schäden wegen gebrochenen Ventilfedern, undichten Ventilen usw. 

Als kritisch ist immer die Schmierung des Ventiltriebes anzusehen; da nur relativ wenig, des im Kraftstoff enthaltenen Öl, bis dort hin gelangt.

Ansonsten ist das gleich zu sagen wie beim Zweitakter.


Einstellverhalten   Das ist eigentlich unspektakulär, solange man weiss wie es geht...   Er ist prinzipiell gleich zu behandeln wie eine Zweitakter. Allerdings ist es eine Eigenheit von Viertaktmotoren, das sie deutlich stärker auf eine falsche Gemischeinstellung reagieren. 
Wenn der Zweitakter immer weniger drehen will, sei es weil er zu mager oder zu fett läuft, hat der Viertakter schon längst seinen Dienst eingestellt und ist stehen geblieben...

Kraftstoffverbrauch   Da der Zweitakter bei jeder Umdrehung einen Arbeitstakt macht, und weil es beim Austausch der Abgasen mit den Frischgasen im Kolbenraum, immer zu einer gewissen "Vermischung" kommt, und ein Teil des Frischgases auch direkt in den Auspuff gelangen kann, ist der Kraftstoffverbrauch vielfach etwas höher als bei einem gleich starken Viertakter.   Da der Viertakter mit seinen Ventilen "zwangsgesteuert" ist, es also zu keiner Durchmischung von Abgasen mit Frischgasen kommen kann, und er nur bei jeder zweiten Umdrehung zündet, ist er deutlich sparsamer im Verbrauch.

Propeller   Hier gelten die allgemein üblichen Hinweise; keine defekten Propeller verwenden, immer aufpassen das sich bei laufendem Motor niemand vor oder seitlich von der Propellerebene befindet, die Propellermutter immergut festziehen usw.   Da der Viertakter nur bei jeder zweiten Umdrehung zündet, sind die Drehmomentstösse deutlich grösser. Das hat zur Folge, das ein Propeller sich eher lösen könnte als bei einem Zweitakter.
Ein schwererer Propeller ist von Vorteil da er so noch besser als "Schwungscheibe" fungieren kann.

Lärmentwicklung   Viele sagen, ein Zweitakter ist laut! 

Das stimmt in vielen Fällen, wenn man den "originalen" Schalldämpfer und kleine Luftschrauben einsetzt, um auch noch das letzte Quäntchen an Leistung nutzten zu können.

Heutige Motoren lassen sich aber durch sinnvolle Zusatzdämpfer verschiedener Hersteller sehr gut dämpfen. Durch Massnahmen an der Motoraufhängung lässt sich der Lärm weiter vermindern.

Ein ganz wichtiger Faktor ist natürlich auch die Drehzahl mit der ein Motor betrieben wird. Ab einem gewissen Punkt wird jeder Motor "unnötig laut". Bei den Zweitaktern ist in vielen Fällen der nächst grössere Motor nur unwesentlich schwerer, leistet aber deutlich mehr. So einer kann bei geringerer Propellerdrehzahl noch immer mehr an Leistung abgeben!

 

  Viertakter sind leise Motoren, das ist auch so eine pauschale Aussage. 

Ugegeben, da sie eine geringere Drehzahl für die gleiche Leistung benötigen ist der Propellerlärm dadurch geringer. Das Empfinden er sei leiser, rührt aber auch daher, das Viertakter grundsätzlich tiefere Schallfrequenzen entwickeln und dadurch subjektiv angenehmer erscheinen, obwohl der Schalldruck gleich, oder sogar stärker sein kann als sein hochdrehender "Bruder" der Zweitakter.

Mit kleinen "Knallpatronen" die uns auch heute noch als "Schalldämpfer" zu Viertaktern verkauft werden, kann nun wirklich keine vernünftige, zeitgemässe Dämpfung erreicht werden! Mit vergleichbarem Aufwand wie bei den Zweitaktern (vernünftig dimensionierte Dämpfer), lassen sich angenehm leise Antriebe realisieren, die noch immer den charakteristischen Sound eines Viertakters entwickeln, das aber bei deutlich weniger LÄRM!

 


Zusammenfassend:

Für jemanden der noch keine Erfahrung mit Verbrennungsmotoren hat, würde ich eher den Zweitakter empfehlen und nicht einen Viertakter. Da der Viertakter empfindlicher auf Einstellungsfehler reagiert, ist die Gefahr eines Motoraussetzers doch einiges grösser. Auch ist das Mehrgewicht ein nicht zu unterschätzender Faktor. Da sind schnell einmal ein paar Hundert Gramm mehr in einem Modell, als wenn man einen Zweitakter mit gleicher Leistung  einsetzten würde. Auch sind die Vibrationen die auf das Modell übertragen werden deutlich stärker. Dazu kommt noch das mehr bewegliche Teile vorhanden sind die naturgemäss ein grösseres Schadenspotential darstellen. Und er kostet mehr...

Andererseits ist der Sound eines Viertakters eine Klasse für sich und das Drehmoment erlaubt Propellergrössen, die mit einem gleich grossen Zweitakter nicht möglich wären. Und ein gut gedämpfter Viertakter kann sehr leise sein.

Alles in allem ist es zu einem guten Teil eine persönliche Einstellungssache, ob man dieser oder jener Motorklasse den Vorzug gibt. Ich persönlich (daraus mache ich keine Hehl) bin ein eindeutiger Anhänger von den Zweitaktern, die einfach im Aufbau und preiswerter sind, und mit einfacheren Massnahmen  gut zu dämpfen sind (Zusatzkammern in Schalldämpfern, oder kpl. andere Dämpfer von Fremdherstellern).


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Letzte Aktualisierung: 16. Februar 2008        

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