Nitromotor

Glühzündermotoren (auch einfach Glühzünder genannt) sind Verbrennungsmotoren mit äußerer Gemischbildung durch Vergaser in Hubkolbenbauweise, die keine gesteuerte Zündeinrichtung (Hochspannungszündmodule mit Zündspule, Verteiler und Zündkerze) besitzen. Sie können in Zweitakt- und Viertakt-Ausführung gebaut werden. Auch Wankel-Glühzünder werden hergestellt. Es gibt auch im Modellbau Zwei- und Viertaktmotoren mit elektronischer Funkenzündung.

Ihr Einsatzbereich liegt nahezu ausschließlich im Modellbau. Flugzeug-, Auto-, Boots-, Traktoren-Modelle in größeren Maßstäben (beim Auto etwa Maßstab 1:10 und 1:8) werden mit Glühzündern ausgerüstet.

2-Takt-Glühzünder werden in einem Hubvolumen bis etwa 30 cm³ hergestellt. Im RC-Carbereich werden überwiegend 2 bis 6,5-cm³-Motoren eingesetzt. Motoren um 3 cm³ Hubraum arbeiten heute im Standard bis etwa 30.000 1/min; teilweise auch darüber. Flugmodelle haben Motoren zwischen 0,163 cm³ und 30 cm³, mehrzylindrige Motoren auch bis etwa 60 cm³. Hubschraubermotoren haben zwischen 5 und 15 cm³, Schiffsmodellmotoren zwischen 3 cm³ und 15 cm³.

2-Takt-Glühzündermotor für Auto-Modell. Hubraum 2,5 cm³, Leistung 0,9 kW bei 19.000 1/min. Höchstdrehzahl 34.000 1/min. Höhe einschl. Kühlkörper 85 mm, Gesamtlänge einschl. Kurbelwellenende und Reversierstartergehäuse 110 mm

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Funktionsweise

Glühzündermotor Vorderteil des Gehäuses und Kurbelwelle mit Steuerschlitz

Das Funktionsprinzip ähnelt dem Glühkopfmotor. Es handelt sich bei einem Glühzündermotor um einen Zweitakt- oder Viertaktmotor mit äußerer Gemischbildung, der jedoch ohne gesteuerte Zündung auskommt. Der Treibstoff entzündet sich an einer dauerhaft glühenden Drahtwendel, die mit Platin-Iridium beschichtet ist. Zum Startvorgang wird die Glühwendel elektrisch vorgeheizt.

Die Zweitakt-Ausführung (häufigste Bauform) ist meist ein schlitzgesteuerter Motor mit Kurbelkastenspülung, wobei die Einlasssteuerzeit durch eine Einfräsung (Hohlwelle) an der Kurbelwelle bestimmt wird und die Auslasssteuerung durch den Kolben geschieht. Zur Leistungssteigerung wird auch häufig eine Schnürle-Umkehrspülung eingesetzt.

Als Treibstoff wird im Modellbau Methanol verwendet. Als leistungssteigernder Zusatz wird häufig Nitromethan verwendet, der bis etwa 35 % dem Methanol zugesetzt wird. Nitromethan hat zudem positive Auswirkungen auf die Zündwilligkeit und bewirkt einen ruhigeren Leerlaufbetrieb.

Vergaser, Kolben, Zylinder, Elektrostartmotor, Kühlkopf mit Glühkerze,

Motorschmierung

Glühzündermotoren haben in der Regel keinen eigenen Schmierstoffkreislauf, weshalb das erforderliche Schmieröl für alle bewegten Bauteile des Motors dem Treibstoff zugesetzt wird.

Der Schmierstoff besteht heutzutage aus einem synthetischen Öl speziell für Glühzündermotoren. Früher wurde oft Rizinusöl verwendet, das jedoch gegenüber den modernen Ölen den Nachteil der Rückstandsbildung hat. Man erlaubt aber noch die Beimischung geringer Mengen Rizinusöl (bis etwa 3 %). Bei einigen Modellen ist Rizinusöl während des Einlaufvorganges vorgeschrieben. Als Gesamtölmenge im Kraftstoff sind 18 % üblich.

Bei Viertaktmotoren kann vor dem Betrieb Öl in das Kurbelgehäuse gefüllt werden. Während des Betriebes werden die Teile des Motors, die sich im Kurbelgehäuse befinden sonst nur durch das Öl geschmiert, das die Brennraumwände herab in das Kurbelgehäuse läuft, was unter normalen Bedingungen jedoch ausreicht.

Kühlung

Auto- und Flugmotoren sind luftgekühlt. Eine Verrippung der Motoroberfläche, sowie (bei Auto- und Helikoptermotoren) große Kühlkörper, die auf den Zylinderkopf montiert werden, stellen die Voraussetzungen für eine effiziente Kühlung her. Bei Flugzeugmodellen wird die Kühlung zudem durch die Luftschraube (Propeller) sichergestellt, Automodelle werden durch den Fahrtwind, Bootsmotoren können mit Flüssigkeitskühlung ausgeführt werden. Dazu wird der Zylinderkopf anstatt mit einem Kühlkörper durch einen Flüssigkeitsmantel im Kopf gekühlt. Als Kühlmedium wird das umgebende Wasser verwendet. Man findet gelegentlich auch Verdampfungskühlungen mit Wasserbad.

Ein weiterer Faktor bei der Kühlung von Glühzündern ist das Kraftstoffgemisch und die Schmierstoffmenge im Kraftstoff. Glühzünder dürfen vom Gemisch her nicht an der Magergrenze (Lambda = 1) gefahren werden, da sie sonst überhitzen. Eine leicht fette Einstellung des (Lambda < 1) Gemisches verhindert dies. Ein höherer Ölanteil reduziert ebenfalls die Betriebstemperatur.

Kraftstoffaufbereitung

Vergaserbauarten für Glühzündermotoren

Glühzündermotoren besitzen überwiegend einfache Drosselschieber-Vergaser, die als Drehschieber oder Axialschieber ausgelegt sind. Einstellmöglichkeiten gibt es nur für die Gemischaufbereitung (Hauptdüse), für die Leerlaufdrehzahl und das Teillastgemisch (Leerlaufgemisch).

Abgasführung

Die Abgasführung ist entscheidend für einen gleichmäßigen Lauf und die Entfaltung des Drehmoments des Glühzünders, besonders in der Zweitakt-Ausführung. In den meisten Fällen kommen auf den Hubraum und die Drehzahl ausgelegte Resonanzrohre zum Einsatz, die in Länge, Form und Durchmesser auf das Schwingverhalten der Motoren angepasst sind. Nur durch eine gute Abstimmung des Auspufftrakts wird die optimale Leistung erreicht.

Spezifische Leistung

Die spezifischen Hubraumleistungen der Glühzünder sind sehr hoch. Ein Motor mit einem Hubraum von 2,5 cm³ entfaltet bei 29.000 1/min eine Leistung von 0,9 kW, was einer Literleistung von 360 kW entspricht. Allerdings spielt hier der sehr kleine Einzelhubraum und die hohe mögliche Drehzahl eine entscheidende Rolle. Mehr als 130 kW/Liter Hubraum gelten bei Motorradmotoren als sehr hohe Leistungsdichte.

Bei den bis an die Grenze des machbaren hochgezüchteten 3,5 cm³ Motoren gibt es bereits Modelle mit über 2,25 kW. Tuningmaßnahmen erzielen (bei stark reduzierter Lebensdauer) noch wesentlich mehr.

Die Klasse der 3,5 cm³ Motoren ist besonders für diese Arten der Leistungssteigerung prädestiniert, weil sie bei Modellautos im professionellen Rahmen eingesetzt werden. Bei den meisten Rennen ist der Hubraum auf besagte 3,5 cm³ begrenzt.

Motorstart

Glühzündermotor mit Reversierstart-Vorrichtung

Glühzünder werden, um Gewicht zu sparen, im professionellen Einsatz (Wettbewerbe, Rennen) ohne eigene Startvorrichtung eingesetzt. Das Starten erfolgt dann über eine sog. Startbox, einen Elektromotor mit einer Reibrolle, die an die Schwungscheibe des Motors ansetzt und diesen startet. Bei Automodellen ist dieser Elektromotor meist in einer Metallbox aufgehoben, auf die das Fahrzeug passgenau aufgesetzt werden kann und zum Starten nur leicht nach unten gedrückt werden muss.

Bei Flugmodellen kann man auch Elektrostarter einsetzen, die mit einem Gummieinsatz axial auf den Spinner gesetzt werden und den Motor damit starten, Handanwurf ist ebenfalls meist möglich. Reversierstarter oder auch fest angebaute Elektrostarter können angebaut werden. Zum Starten wird die Glühkerze mit einer Spannungsquelle von etwa 1,2 V bis 2 V verbunden, wobei der Stromfluss die Glühkerze stark erhitzt und so einen Start des Motors erst ermöglicht. Einige Sekunden nach dem Start kann die Spannung wieder weggenommen werden, die einzelnen Verbrennungen lassen die Glühkerze weiter glühen. Automatische Glühvorrichtungen sind möglich, etwa um einen Motor ferngesteuert wieder anzulassen oder, häufiger, einen niedrigeren und stabileren Leerlauf zu ermöglich (besonders häufig wird dies bei Viertaktmotoren eingesetzt, da diese wegen des wegen des durch das Arbeitsprinzip bedingten doppelten Abstandes der einzelnen Zündungen besonders anfällig auf Erlöschen der Glühwendel sind).

Steuerung der Entflammung (Zündzeitpunkt)

Der Betrieb von Glühkerzenmotoren erfordert eine genaue Einstellung der Einflussgrößen.

Kurbelwelle (Vorderteil) eines Glühzündermotors

Glühkerze eines Glühzündermotors

Glühkerze der Firma OS (Nr. 8)

Wie für alle Verbrennungsmotoren mit Fremdzündung gilt auch für den Glühzünder, dass ein bestimmtes Verdichtungsverhältnis abhängig zum Kraftstoffgemisch, sowie ein Zündzeitpunkt in einem engen Winkel-Bereich vor dem oberen Totpunkt einzuhalten ist, da der Motor sonst nicht funktioniert.

Die Zündung erfolgt über eine permanent glühende Glühkerze, sodass kein Zündzeitpunkt am Motor eingestellt werden kann. Er ist von Einflussgrößen abhängig, die außerhalb des Motors liegen. Das sind im wesentlichen

• Kraftstoff-Mischung

Dabei gilt für die Auswirkung des Kraftstoffs auf den Zündzeitpunkt, je mehr Nitromethan, desto früher der Zündzeitpunkt. Je mehr Öl, desto später der Zündzeitpunkt.

• Wärmewert der Glühkerze

Die Glühkerzen werden in verschiedenen Wärmewerten hergestellt. Eine heiße Glühkerze bewirkt eine frühere Zündung, eine kalte eine entsprechend spätere Zündung. Die Wärmewerte gehen von 1 (heiß) bis 9 (sehr kalt). Der Zündzeitpunkt verschiebt sich durch kältere Kerzen wesentlich zum Spätzünden.

• Verdichtung

Die Verdichtung des Motors ist an sich fest eingestellt und motorinterne Veränderungen dieses Wertes sind nur über mechanische Bearbeitung von Kolben oder Zylinderkopf möglich. Dennoch gibt es Möglichkeiten durch eine zusätzliche oder dickere Kopfdichtung das Verdichtungsverhältnis zu ändern, die beim Zweitakt-Glühzünder in wenigen Minuten montiert werden kann. Höhere Verdichtung führt zu früherer Zündung, geringere Verdichtung zu späterer Zündung.

Fremdzünder oder Selbstzünder?

Die Zündungsart des Glühzündermotors ist nicht eindeutig zu kategorisieren; die Tendenz geht jedoch dahin, ihn ähnlich dem Glühkopfmotor als Selbstzünder einzuordnen.

Geschichte

Gottlieb Daimler und Wilhelm Maybach machten den von Nikolaus August Otto entwickelten Gasmotor für die Verwendung von flüssigen Kraftstoffen, speziell Benzin verwendbar. Im Jahr 1883 melden Daimler und Maybach unter der Patent-Nummer DRP Nr. 28022 einen sogenannten "Gasmotor mit Glührohrzündung" an. Das war der erste schnelllaufende 4-Takt-Benzinmotor der Weltgeschichte. Die Hochspannungszündung mit einem Zündfunken entstand erst über 2 Jahrzehnte später. Die Glührohrzündung war ein fremdgeheiztes, glühendes Röhrchen im Zylinderkopf, das die Entflammung des Gemisches sicherstellte. Somit waren die ersten Benzinmotoren überhaupt eigentlich Glühzündermotoren.

Weitere Faktoren

Methanol ist stark hygroskopisch, es zieht also Wasser aus der Umgebungsluft an. Dadurch ändert sich der Brennwert (der Kraftstoff altert). Bei Verwendung eines solchen Kraftstoffes kann eine geänderte Vergasereinstellung erforderlich werden. Der Alterungseffekt kann auch durch einen geringfügig erhöhten Nitromethan-Anteil kompensiert werden. Der Ölanteil hat ebenfalls einen Einfluss auf die Leistung des Motors. Je geringer er ist, desto besser ist die Verbrennung.

Sicherheitsregeln

Glühzündermotoren werden im Modellbau verwendet. Modelle mit Verbrennungsmotoren sind jedoch keine Spielzeuge, da die Treibstoffe Methanol und Nitromethan giftig sind und fachgerecht verwendet werden müssen. Das Verschlucken bereits von sehr geringen Mengen kann schwerwiegende Folgen bis hin zum Tod nach sich ziehen. Beide Substanzen sind darüberhinaus leicht entflammbar. Vom Motor selbst geht ebenfalls bei unsachgemäßer Verwendung eine Gefahr aus. Kinder (Personen unter 14 Jahren) dürfen in Deutschland Verbrenner-Modelle nur in Begleitung eines Erwachsenen betreiben.

Literatur

• Hans-Hermann Braess, Ulrich Seiffert: Vieweg Handbuch Kraftfahrzeugtechnik. 2. Auflage, Friedrich Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig/Wiesbaden, 2001, ISBN 3-528-13114-4
• Max Bohner, Richard Fischer, Rolf Gscheidle: Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik. 27.Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten, 2001, ISBN 3-8085-2067-1

Weblinks

• Modell-Motoren-Archiv von Torsten Steiche
• Zubehör für den Betrieb von Verbrennungsmotoren
• Einlaufen und Einstellen von Verbrennungsmotoren