Dokumentation und Bauanleitungeines Zylinderumbaus fr Simson M531/M541 Motoren 50ccm 8PS 10PS mit

von Stefan Laile06.09.2011

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1. Vorwort, Allgemeines und Planung Als Anleitung und Veranschaulichung wird demonstriert wie ein Motor (heute: Simson Motor M54 (HxB = 44x38) mit dem Programm 2stroke_calc (Testversion [Vollversion mit zeitlichem Limit] erhltlich auf www.imagineX.eu) durchgerechnet und entwickelt wird. Der nachfolgende Test wird zeigen ob das Ziel erreicht wurde oder ob noch nderungen am System vorgenommen werden mssen. Zum Motor: Simson M531/M541 Serienunterbau (bekanntester Simsonmotor in S51, KR51/2, ... verbaut). Zylinder als Basis ist ein neuer Serienzylinder der Firma AlMot, dazu ein neuer Serienkopf und ein 38mm Einringkolben. Vergaser 19mm BVF und Auspuff variiert. Das Ziel ist es, durch einen recht einfachen Umbau rund 8PS bei ca. 8000 1/min am Hinterrad zu erreichen.

Serienmiger Simsonzylinder der Firma AlMot

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Einringkolben 38mm von AlMot

Vorab werden die Steuerwinkel auf dem Motorblock mittels Gradscheibe ausgemessen und die Kanalgeometrie ermittelt. Die Vorabplanung hat ergeben, dass ein 19mm BVF Vergaser (Neu, zu kaufen bei MZA) verwendet wird. Der Zylinderkopf wird passend gedreht 12:1 Verdichtung. Das Ausmessen des Zylinder hat folgende Steuerwinkel ergeben: Einlass 135 berstrmer 110 Auslass 152. Die Steuerwinkel werden nach Erfahrungswerten auf rund 155 am Einlass, 132 an den berstrmern und 190 am Auslass festgelegt. Der Einlass hat eine Breite von rund 28mm, die berstrmer effektiv 13mm und der Auslass 22mm.

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Damit die berstrmer des Zylinders voll geffnet werden wird empfohlen eine 2mm Distanz unter den Zylinder zu legen und den Zylinder oben um den unterlegten Wert abzudrehen. Ein weiterer Vorteil hiervon ist der geringere Aufwand die berstrmer zu bearbeiten, da die Steuerzeit der berstrmer hierdurch um ca. 15 angehoben wird. Bei einer erneuten Messung des Zylinders mit der 2mm Fussdistanz wurden folgende Steuerwinkel ermittelt: Einlass 125 berstrmer 125 Auslass 163.

Zylinder oben passend abgedreht

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2. Entwicklung mit 2stroke_calc Nachfolgendes ist die Berechnung und Entwicklung mit dem o.g. Programm 2stroke_calc, um jene nachzuvollziehen wird empfohlen das Programm als Testversion auf www.imagineX.eu herunterzuladen. Die Kapitelberschriften tragen die selben Namen wie die Folien im Programm. 2.1 Allgemein und Einlassseitig Auf der ersten Seite (Allgemein und Einlassseitig) des Programms wird vorab eine grobe Einlassresonanz berechnet. Der eff. Einlasssteuerwinkel wurde mit 130 angenommen. Der Ansaugweg betrgt ~ 13,5cm und das Kurbelraumvolumen ~ 225ccm. Da die Einlassresonanz eine eher untergeordnete Rolle spielt und die Berechnung mit zunehmenden Steuerwinkeln und Einfluss anderer Faktoren ungenau wird, reichen hier auch Schtzwerte aus. Die Einlassflche ist noch unbekannt und wird mit rund 280mm (etwa selbe Flche wie die des Vergasers) festgelegt. Aus der Berechnung erfolgt eine Drehzahl von rund 7000 1/min die zu unserem Vorhaben passt. Nebenstehend kann die Leistung durch den abgeschtzten Mitteldruck berechnet werden. Zu einem schellen Sportlichen Motor wurde 11 bar abgeschtzt was bei 8000upm eine Motorleistung von 9,76PS und 8,57Nm erzeugt. Die Hinterradleistung ist rund 20% geringer als Motorleistung. Hier also 9,76PS/1,2=8,13PS und ca. 7,1Nm. Dieses Ziel scheint erreichbar zu sein.

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2.2.1 ZQS Einlass Die Einlassgestaltung des vorhandenen Zylinders wird ber den Abstand der Einlassober- und Unterkanten so wie der Kolbenlnge ermittelt. Um die gewnschte Einlassteuerzeit zu erreichen wird eine bestimmte "Einlasshhe bentigt, jene wird gemessen von der Kolbenunterkante bei Stellung des Kolbens im oberen Totpunkt bis zur Einlassunterkante. Die Einlassabmae betragen bei dem um 2mm oben abgedrehten Zylinder von dem oberen Totpunkt aus gemessen zur Oberkante: 54mm und zu Unterkante 64mm. Um die gewnschte Einlassflche von rund der Vergasergre zu erreichen wird der Einlass nach unten um 2mm auf 67mm von OT vergrert, die Geometrie hierbei wird beibehalten und ggf. an der Unterkante etwas verrunden. Um den Steuerwinkel von 155 zu erreichen wird der Kolben unten um 4mm auf 46mm Gesamtlnge gekrzt. Der daraus resultierende Zeitquerschnitt gilt nach Erfahrungswerten mit dem Wert ~13,4 als ausreichend bemessen. Die Einlassflche betrgt abzglich ~ 15 Vertikalwinkel ohne Radien ~ 270mm. 2.2.2 ZQS berstrmer Um den Zylinder bei 8000 1/min ausreichend mit Frischgas zu befllen wird ein ZQS Wert von 10,6 angestrebt, welcher durch 132 (33,3mm von OT) Steuerwinkel, 10 Splwinkel und 16mm eff. Kanalbreite erreicht wird. Die berstrmer mssen somit von 125 Steuerwinkel auf 132 erweitert (inkl. Vertikalwinkel 10) werden und die Kanalbreite gem nachfolgendem Kapitel 2.3 "Splung und Auslass" angepasst werden.

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2.2.3 ZQS Auslass Der Auslasskanal wird in Richtung dem oberen Totpunkt auf 190 Steuerwinkel(22,9mm von OT) bearbeitet, die Form sollten einem verrundetem etwas hneln und max. 25mm (Sehnenma mit Zirkel messbar) breit sein, die Oberkante wird ausreichend verrundet um den Kolbenring zu schonen. Der Vertikalwinkel des Auslasses sollte ~ 20 betragen. Weiterhin gilt der Auslass sollte nicht nach unten bearbeitet werden und der Auslass unterhalb des Vorauslassbereiches (auf berstrmerhhe) wieder zur Originalbreite von 22mm zurck finden.

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2.3 Splung und Auslass Zunchst mssen die Positionswinkel der originalen berstrmer ermittelt werden, dies kann mit aus Papier geschnittenen Schablonen (s. Seite 9) geschehen womit man das Bogenma ab Mitte Auslass bestimmt und den Wert in umrechnet. Es bietet sich an die Positionswinkel ab der Auslassauenkante zu messen und den Wert bis zur Mitte zu addieren. Die Auslassseitigen Positionswinkel der sog. A-berstrmer betragen somit 65 und die Boostportseitigen (auch wenn kein Boostport da ist :-) ) 114. Die Splwinkel knnen mit gebogenem Draht oder zurechtgeschnittenen Pappstreifen abgeschtzt werden. Und betragen horizontal Auslassseitig 60 so wie Boostportseitig 60. Die Anpassung an den Verwendungszweck des Motors werden die Winkel wie folgt abgendert: Poswinkel: 60 und 120 Splwinkel: 55 und 63 Die eff. Breite betrgt somit gute 16mm.

Screenshot der Kanalgeometrie aus 2stroke_calc, grn A-berstrmer, wei Auslasskanal

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Zurechtgeschnittene Papierstreifen links A AS Abstand Auslassauenkante bis Sollmndung der Auslassseitigen Kanalwand des A-berstrmers 8mm (Bogenma); A BPS Abstand Auslassauenkante bis Sollmndung der gegenberliegenden Kanalwand 28mm (Bogenma).

2.4 Auspuffberechnung und Auspuffabstimmung Der Auspuff ist wie wir wissen ein sehr wichtiges Bauteil an Zweitaktmotoren. Eine grobe Berechnung der mglicherweise passenden Abmae knnen mit der Auspuffberechnung berechnet werden und ber die Eingabe der Auspuffdaten auf die Seite Auspuffabstimmung weitergeleitet werden. Das errechnete Modell kann nach Erfahrungswerten abgendert werden, fr Einsteiger empfiehlt es sich zunchst keine nderungen vorzunehmen sondern sich langsam heranzutasten. Im Optimalfall wird der Motor vorab mit vorhandenen Auspuffanlagen getestet und ein weiteres vorgehen wie der Auspuff verndert neu gebaut werden soll errtert. Diesen Optimalfall wird in den Tests angewendet, das heit der Motor gebaut, und zunchst getestet.

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2.5 Zylinderkopf Der Zylinderkopf sollte in Form und Verdichtung verndert werden, hierzu werden folgende Faktoren beachtet: Quetschflche ~ 50% Quetschma 1% von Hub und 12:1 geo. Verdichtung. Nachfolgend Screenshot aus 2stroke_calc mit den wichtigen Abmaen fr die Bearbeitung. Der Kopf kann mit den gegebenen Funktionsmaen konventionell gefertigt werden, fr den 10mm Brennraumradius muss ein Formdrehmeiel verwendet werden.

Zylinderkopfgeometrie mit Funktionsmaen, Kolben auen = Y 0

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3 Zusammenfassende Bauanleitung des Motors (Zylinders) Bentigte Bauteile: Simson M54 Serienmotorunterbau Almot 38mm S51 Serienzylinder inkl. Kopf und 38mm Einringkolben (nachbearbeitet zu kaufen bei Langtuning.de)) 19mm BVF MZA Vergaser div. Auspuffanlagen

Empfohlene Arbeitsfolge: Zylinder wird 2mm mittels Distanz hochgelegt und um den selben Wert (oder ggf. etwas mehr damit Kolben etwas ber OT steht) oben abgedreht. berstrmer auf 60 und 120 Positioswinkel so wie 55 und 63 Splwinkel und 132 Steuerwinkel (33,3mm v. OT) bearbeiten. Vertikalwinkel 10. Die Bearbeitung kann mit einem Kugelkopffrser im "Dremel" einem Winkelstck oder im Notfall auch durch das Abfeilen der entsprechenden Flchen am Kolben erfolgen. Einlass auf 19mm Durchmesser erweitern und Steuerkante um 2mm in Richtung dem Kurbelraum erweitern (66mm v. OT) Unterkante leicht verrunden. Vertikalwinkel des Einlasskanals 15 Kolben auf Lnge 46mm (4mm) krzen. Auslass in rundlicher T Form vom Vorauslassbereich auf (Sehnenma) 25mm verbreitern. Auslass nicht nach unten bearbeiten!! Vertikalwinkel 20. Zylinderkopf gem Zeichnung drehen. Allgemein gilt: Es drfen in den Kanlen keine Kanten, grobe Unebenheiten etc. zu finden sein. Kanalbergnge sind flieend zu gestalten.

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Nachfolgend die Bilder des Zylinders um sich von der Bearbeitung ein Bild zu machen.

Zylinderansicht auf dem Zylinderfu, man erkennt die Bearbeitung der berstrmer im Aluminium und in der Graugussbchse.

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Oben: bearbeiteter Auslasskanal Unten: bearbeiteter Einlasskanal

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Bearbeiteter Auslasskanal

Nach erfolgter Bearbeitung mssen die Kanle angefast werden, an Aus- und Einlass 1x45 an dem Rest der Bchse (auch Zylinderfu) 0,5x45.

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4Auspufftests auf Prfstand Hier ein Auszug aus den vielen Prfstandlufen, die Leistungen werden am Hinterrad gemessen. Das Hinterrad ist ein normales 16 Simsonrad mit 2,75er Reifen. Der Reifendruck beim Messen betrgt ~3bar. Die ueren Umstnde beim Messen ist ein Luftdruck von ca. 966 mbar (400m Meereshhe) und Temperaturen waren zw. 18C und 22C. Die Luftfeuchte lag im Schnitt bei 60%. Die gezeigten Messungen sind immer bei heiem Motor, es werden bei betriebswarmem Motor drei Messungen hintereinander durchgefhrt und die dritte hiervon zum Vergleich herangezogen. Fr die Tests wurde der Vergaser grob eingestellt. In dem 19mm BVF Vergaser wurde die 105er Hauptdse gegen eine 95er Hauptdse getauscht ansonsten nichts verndert. Der Motor war damit nicht optimal abgestimmt, noch etwas fetter fr die Einlaufphase. Der Zndzeitpunkt betrgt 1,8mm v. OT (21) und es wurde mit einer 3 PVL gemessen. Es werden drei Auspffe welche kaufbar erworben werden knnen empfohlen. 1. Auspuff von Simson Sperber (SR 4-3), dessen Endstck mit der doppelten Dmpferplatte (4 Rohre) und der Engstelle ist der ausschlaggebende Faktor. Der Serienkrmmer wird auf AOA2 Lnge von 250mm gekrzt. 2. 29mm Resonanzauspuff von MZA, Auspuff in Serienoptik mit 29mm Krmmer. Das Endstck kann optional gegen ein originales der S51, KR51/2... getauscht werden. Der 29mm Krmmer wird auf AOA1 Lnge von 280mm gekrzt. 3. Leo Vince, MZA Reso... Auspuff ohne Umbauarbeiten.Siehe Diagramm auf nchster Seite

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5 Schlusswort Diese Anleitung kann wie verffentlicht vervielfacht werden. Textzeilen oder Bilder drfen nur mit meiner schriftlichen Genehmigung verwendet werden. Fr Fragen und Anregungen kann ich per Mail the2strokes@web.de kontaktiert werden. Dieses Projekt ist im www.Simsonforum.net entstanden und Dank geht an die User die mich dabei untersttzt haben und mich untersttzen wollten. Der Motor wird noch weiter getestet und es wird noch ein Auspuffupdate geben, dies kann jedoch etwas dauern. Dank geht hier an den User timey welcher fr die weiterfhrenden Tests preiswert einen Serienoptikauspuff mit einstellbaren Gegenkonen zukommen lsst. Nun Viel Spa mit dieser Anleitung. Stefan Laile

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