Praxiswissen
Teil 2
VW
Typ 1 Motortuning
Ulrich Eckstein 1.Fassung
1997
In 2000 angefügte Dateien:
Praxiswissen Teil 5: Tuning bei Verwendung des Serienvergasers
Datensammlung: Leistungsangaben, Mitteldrücke
In 2001 angefügte Dateien:
Wasserboxer Kurbelwelle im Typ 1 Gehäuse
Sehr geehrte Damen und Herren!
Diese Niederschrift ist im Jahr 1997 entstanden, angeregt durch die vielen Nachfragen, nach Möglichkeiten die Motorleistung eines VW Typ1 Motors kostengünstig zu steigern, und meinen persönlichen Erfahrungen im Motorsport.
Ich bin seit 1993 mit meinem VW 181 bei vielen Rallye`s gestartet, und konnte so die Leistungsfähigkeit und Belastungsgrenzen verschiedener Motorkonzepte, sowie einzelner Motorteile sehr gut erfahren.
Diese Erfahrungen möchte ich im
folgenden darstellen.
Tuning
bedeutet Abstimmung!
Alle Motor-Komponenten müssen zueinander passen!
Jede Komponente für sich muss, die Belastungen gerade eben ertragen können.
Nur eine herausragende Komponente allein, bewirkt keine Leistungssteigerung,
wenn andere Komponenten nicht mitziehen können.
Nur durch die Anpassung aller Komponenten auf ein konkretes Ziel, wird sich der maximale Erfolg einstellen.
Dies sind die Kernsätze des Tunings.
Das klassische Typ 1 Tuning benötigte immer die Verwendung
einer 4 Vergaser Anlage und einer 4 in 1 Auspuff Anlage.
Diese Art des Tuning ist die Grundlage für die nachfolgend beschriebenen Zusammenhänge.
Motortuning mit dem Serien-Vergaser oder mit anderen Besonderheiten werden
gesondert betrachtet.
Die Vorzüge einer 4 Vergaser Anlage und einer 4 in 1 Auspuff Anlage sind beim
Typ 1 Motor so gravierend und so einfach zu realisieren, dass, dies immer der kosten- günstigste und leichteste Weg zur Leistungssteigerung eines Typ 1 Motors darstellt.
Mit diesen Teilen ausgerüstet wird aus dem stark gedrosseltem Motor, ein "frei" gehender Motor.
Die Montage von Doppelvergasern und 4 in 1 Auspuff Anlage stellt also erst einmal
den Status eines "frei gehendes" Motors her.
Getuned , also "abgestimmt" wurde dann eigentlich noch nicht.
"Frei
gehender Motor"- Kraftstoff Verbrauch
Bitte starten Sie Ihren Motor einmal ohne das Gaspedal durchzutreten und versuchen Sie die Anlass Drehzahl einzuschätzen (bevor der Motor anspringt)
Bitte betätigen Sie den Anlasser nocheinmal mit Vollgas .
Auch bei der nur geringen Kraft des Anlassers ist der Drehzahlunterschied deutlich
hörbar.
Ein entdrosselter Motor erreicht bei gleicher Verdichtung eine noch höhere
"Anlassdrehzahl".
Dies sind deutliche Signale der Widerstände mit denen ein Motor zu kämpfen hat.
Selbst wenn der Motor nur 1 PS (die Anlasser Leistung) leistet, sind schon
deutliche freiere Motordrehzahlen hörbar.
Diese Widerstände muss der Motor auch überwinden, wenn er aus eigener Kraft läuft, also zum Beispiel mit ca. 30 PS Leistung.
Probieren Sie es aus! Wie ? ganz einfach !
Beschleunigen Sie Ihr Fahrzeug auf 100 Km/h, und schalten Sie den Motor aus, bei eingekuppeltem 4. Gang.
1. Versuch mit geschlossener Drosselklappe und 2. Versuch mit Vollgas !
Der so fühlbare, mehr oder minder große Ansaugwiderstand muss von allen Vergaser Motoren durch Motorleistung überwunden werden.
Es ist ein Trugschluss, zu glauben, dass, sobald der Motor läuft, käme nur noch Leistung heraus.
Allein die Existenz einer Drosselklappe verbraucht ca. 25 % der inneren Motorleistung und bedingt einen höheren Kraftstoffverbrauch.
Durch den Fortfall der Drosselklappe beim Dieselmotor erreicht dieser zu einem großen Anteil den dieseltypischen geringen Kraftstoff-Verbrauch !
Daraus ergibt sich für den entdrosselten Typ 1 Motor ein geringerer Kraftstoffverbrauch, vorausgesetzt die höhere Motorleistung wird nicht durch das Ausnutzen der möglichen höheren Geschwindigkeiten gegen den Widerstand der Luft verblasen.
(Die Höhe der Beschleunigungswerte hat übrigens keinen Einfluss auf den Kraftstoff- Verbrauch)
Doppelvergaser
Motoren verbrauchen weniger Kraftstoff ?
Ja ! Dies ergibt sich aus dem geringeren Ansaugwiderstand.
Probieren Sie es aus. Fahren Sie einmal so, als hätten Sie (wenn auch nur sehr kleine) Doppelvergaser : geben Sie immer Vollgas ! Nein, nicht immer, aber immer solange
Sie nicht die Drehzahl des maximalen Drehmomentes erreicht haben.
Also Vollgas bis 2200min-1 und schalten, und wieder Vollgas ...... bitte vergleichen Sie den Kraftstoffverbrauch dieser Fahrweise mit dem Ihrer normalen Fahrweise.
Motorleistung
und Nenndrehzahl
Ein frei gehender Typ 1 Motor erreicht einen durchaus akzeptablen Mitteldruck
von ca. 10,5 bar.
Dieser Wert ist bauartbedingt und ist ohne erheblichen Aufwand nicht deutlich
veränderbar. OHC Motoren, evtl. mit 4 Ventilen, erreichen höhere Mitteldrücke. Dies heißt nicht daß ein Typ 1 Motor konstruktiv schlecht ist ! - auch andere Ottomotoren, ähnlicher Auslegung, haben beim erreichbaren Mitteldruck kaum einen Vorsprung (sehr wohl aber bei den beherrschbaren Drehzahlen).
Dieser Mitteldruck ist weitgehend unabhängig von Ventilgrößen, Verdichtungsverhältnissen, Kipphebeln und sonstigen Katalog Angeboten.
Durch diesen relativ feststehenden Wert ergibt sich für den Tuner eine entscheidende
Aussage : Die Motorleistung wird nicht durch z.B. große Kanäle, Nockenwellen, Doppelfedern usw. direkt beeinflußt.
Vielmehr gilt : Die Literleistung (PS pro 1000 ccm) steigt linear mit der Nenn-Drehzahl.
Die oben genannten Zutaten wie: Steuerzeiten, Ventilgrößen... sind nur dazu da, diese Drehzahlen auch zu erreichen.
Wobei eben alle Teile des Motors in der Lage sein müssen das angestrebte Drehzahl-Ziel zu erreichen. Eine hervorragende Komponente bewirkt garnichts, sondern stellt vielmehr eine unnütze Geldausgabe dar.
Beispiel Ventilfedern: Serienventilfeder begrenzen die maximale Drehzahl auf
Ca. 5700min-1. Eine "scharfe" Nockenwelle, bei der sich das Leistungsmaxium (n1) bei 6500 min-1 einstellen würde, wäre somit wenig wirksam, da diese Drehzahl nicht erreichbar wäre.
Alle Komponenten müssen das gleiche Ziel, und möglichst nicht mehr erreichen können.
Das Drehzahl- oder Leistungs Ziel läßt sich mit Hilfe einer Formel in einen konkreten Zusammenhang bringen.
Durch den vorgegebenen Wert für den Mitteldruck läßt sich die Motorleistung mit
folgender Formel bestimmen:
P (PS) = Hubraum (Ltr.) x Nenn-Drehzahl ( N / 1000 ) x ca. 12
Da der Hubraum des von Ihnen gebauten oder geplanten Motors vielleicht schon feststeht, sowie der umgeschlüsselte Wert für den Mitteldruck in Höhe von ca. UX
(siehe unten) ebenfalls feststeht, ergibt sich für eine gewünschte Leistung immer eine erforderliche Nenn-Drehzahl.
Und wenn diese erforderliche Nenndrehzahl feststeht, können alle Motorkomponenten auf dieses Nenndrehzahl-Ziel hin abgestimmt / getuned werden.
UX umgeschlüsselter Wert für den
Mitteldruck :
max. 8,5 für
Motoren mit Serienvergaser VW Typ1
ca. 10 für
"Katalog" Motoren VW Typ 1
ca. 12 für
perfekt getunete Motoren VW Typ 1
ca. 13 für
Rennmotoren VW Typ 1
ca. 16,5 für
Formel 1 Motoren
ca. 17 für
Formel 3 Motoren
ca. 22 für
Turbo Motoren
ca. 50 für
Formel 1 Turbo Motoren
Als Beispiel mag ein Motor in der sehr populären Auslegung mit 1776 ccm dienen:
Dieser Motor kann, bei perfekter Zusammenstellung, folgende Leistungen erreichen:
85 PS bei 4300 min-1
104 PS bei 4900 min-1
118 PS bei 5600 min-1
136 PS bei 6400 min-1
Oder anders herum: Sie möchten Ihr schweres Cabrio mit einem Motor ausstatten, der schon bei niedriger Drehzahl Kraft hat und sich nervenschonend fahren läßt -
also N = 4500 min-1 , aber 100 Ps sollen es schon sein.
Der nötige Hubraum ergibt sich aus:
100 (PS) / 4,5 (N /100 min-1) / 12 = 1,85 Liter Hubraum
Sie können diese Formel ebenfalls benutzen um angebotene Motoren zu überprüfen.
Z.B. : Ein 1,7 ltr. Motor soll 192 PS bei 7000 min-1 leisten ?
Der zugehörige umgeschlüsselte Wert für den Mitteldruck wäre ca. 16 !
Ein doch eher unseriöses Angebot!
Egal wie Sie an die Sache herangehen - diese ersten Festlegungen auf bestimmte Werte und die sich durch diese grundlegende Formel ergebenden weiteren Festlegungen für: Leistung, Drehzahl und Hubraum sind entscheidend für eine genaue Abstimmung aller Komponenten.
Nur mit einem konkretem Ziel kann eine effektive Abstimmung vorgenommen werden.
Durch eine genaue Abstimmung aller Teile des Motors, werden von vornherein unnötige Kosten für nicht passende Teile vermieden.
Kosten
der Leistungssteigerung, Teil 1
Auf einen längeren Zeitraum gesehen, sind die Kosten für eine Leistungsteigerung nicht vom Hubraum abhängig, sondern nur von der erzielten Leistung.
Konkret heißt dies: Ein hochdrehender, langlebiger 1,6 ltr. Motor mit 100 PS kostet ebenso soviel Geld wie ein ebenso langlebiger 2,3 ltr. Motor mit 100 PS.
Der großvolumige Motor erfordert zwar eine teuere Kurbelwelle, fast der gesamte Ventiltrieb kann jedoch serienmäßig verbleiben.
! Besonders im Hinblick auf den Ventil-Trieb ist eine genaue Zielvorstellung nötig.
Bis zu einem Drehzahl-Limit von ca. 5800min-1 kann der fast serienmäßige Ventiltrieb übernommen werden.
Bei einem höherem Drehzahlniveau muß der komplette Ventiltrieb verstärkt werden.
Also die Federn, die Stößelstangen und die Kipphebelwellen!
Auslegung
des Hubraumes
Der Hubraum eines Motor ergibt sich aus dem Hub der Kurbelwelle und der Bohrung der Zylinder.
Kurbelwellen werden mit unterschiedlichen Hüben angeboten: von 69 mm bis 90 mm.
Zylinder Sätze sind mit Bohrungen von 85,5mm bis 94 mm erhältlich.
So ergeben sich theoretisch Hubräume von 1584 ccm bis 2498 ccm in vielfachen Stufungen.
Leider ist diese Vielfalt der Möglichkeiten nur Theorie, da die technische Auslegung dieser Bauteile und die Qualität der Herstellung viele Wahlmöglichkeiten ausschließt.
Ich denke, nur die unten aufgeführten Möglichkeiten sind zu empfehlen.
H1 1574ccm Guß Kolben, Serienkurbelwelle 69 mm
H2 1641ccm Schmiede Kolben 87 mm, Serienkurbelwelle 69 mm
H3 1776ccm Schmiede Kolben 90,5 mm, Serienkurbelwelle 69 mm
H4 2109ccm Schmiede Kolben 90,5 mm, Kurbelwelle mit 82 mm Hub
Sollten Sie jedoch glücklicher Besitzer/in einer Oettinger Kurbelwelle
mit 74mm oder 78,4mm Hub sein, so ließen sich damit Hubräume zwischen 1699ccm und 2109ccm qualitativ hochwertig erreichen.
Nur diese Auslegungen sind qualitativ hochwertig ausführbar, denn :
Zylinder mit 92 mm Bohrung haben am Zylinderkopf eine schmalere Dichtfläche außerdem ist die Wandstärke der Zylinder geringer. Nur bei sehr sorgsam gebauten Motoren können diese Punkte vernachlässigt werden.
Die 92 mm Kolben werden aus den gleichen Rohlingen wie die 94 mm Kolben hergestellt, die 92 er haben also relativ zur Bohrung das geringste Gewicht !
Bei Zylinder mit 94 mm Bohrung müssen am Zylinderfuß auch die Gehäuseanker der Stehbolzen geplant werden. Diese Zylinder werden am Fuß häufiger undicht.
Im für 94er Kolben aufgebohrtem Motorgehäuse ergeben sich sehr geringe Wandstärken.
An einigen Stellen verbleiben nur noch 2 mm Aluminium des Gehäuses, bei ungenauer Bearbeitung nur ca. 1mm zum Ölkanal.
An allen Motorgehäuse-Schnittmodellen können im Guß vielfach Luftblasen im Guß erkennenbar werden.
Alle diese Punkte zusammen, machen einen 94 mm Bohrungs Motor mit einer annehmbarer Lebensdauer zum 4er im Lotto.
Auslegungen die mit Einschränkungen verwendbar sind:
Standfeste Kolben/Zylinder Sätze sind auch in 88 mm Bohrung erhältlich.
Diese erfordern jedoch ebenfalls (wie bei 90,5) ein Aufbohren der Köpfe und des Gehäuses. Für den Serienhub von 69 mm ist dies kaum lohnend, mit der 82 mm
Kurbelwelle ergibt sich in der Gesamtauslegung 1994 ccm (Langhub, hohe Kolbenbeschleunigung) - eine sehr interessante Auslegung.
Absolute Raritäten sind Nikasilbeschichtete Alu Zylinder.
Diese gab es mit 85,5mm Bohrung (Oettinger), 88 mm Bohrung (Mahle), sowie
90 mm Bohrung (Oettinger). Alle diese Zylindersätze sind sehr verschleißfest und sehr gut wärmeabführend.
Die jetzt wieder angebotenen Limbach 90 mm Zylindersätze (gebraucht nur 1000 Flugstunden) sind ob des Muldenkolbens für hohe Leistungen weniger geeignet.
Einschub
12/00: Die Motorauslegung der Limbach/Oettinger Motoren halte ich
für
„der Weißheit letzter Schluß“, hierbei werden viele Vorteile erreicht, ohne
Nachteile
in Kauf nehmen zu müssen, außer den hohen Preisen für diese Teile.
Außerdem läßt sich die Kurbelwelle aus dem 2,1ltr. Wasserboxer ( 76 mm Hub ) mit den 90,5 mm Zylindern kombinieren, dies ergibt ca. 1970 ccm.
Diese günstig zu erwerbende Kurbelwelle erfordert jedoch eine Nachbearbeitung der Lagersitze, außerdem muß die Typ 4 Schwungscheibe verwendet werden, was diverse Nachteile mit sich bringt.
Grundsätzlich ist ein möglichst großer Hub der Kurbelwelle für einen Typ 1 Motor sehr erstrebenswert.
Da das Drehzahlniveau dieser Motoren immer relativ niedrig ist, ergeben sich keine Nachteile durch eine Langhub Kurbelwelle. Die Kolbengeschwindigkeiten bleiben auch bei 7500 min-1 vertretbar. Durch die relativ schlechte Ventilanordnung und die Kanalführung ist die Zylinderfüllung immer geringer als bei modernen Motoren.
Eine möglichst große Ausnutzung des durch den Füllungsgrad erreichten Druckes auf den Kolben wird eben durch einen langen Hebel (Hub) an der Kurbelwelle erreicht.
Außerdem ergibt sich durch einen größeren Hub, bei Weiterverwendung der Serienpleuel, eine andere Kinematik der Kolben.
Bei einem größerem Hub der Kurbelwelle unter Beibehaltung der Pleuellänge ändert sich das Kurbelverhältniss. Ein großes Kurbelverhältniss wird häufig angestrebt um die Lebensdauer des Motors zu erhöhen. Die Seitendrücke des Kolbens auf den Zylinder werden dadurch geringer.
Ein sehr kleines Kurbelverhältniss erhöht die Materialbelastung erheblich.
Der Bewegungsablauf der Kolben ändert sich ebenfalls. Vor und nach dem oberen Totpunkt sind die Kolbengeschwindigkeiten höher, was zu einer schneller beschleunigten Gassäule (alle Gase die sich zwischen Ventil und Luftfilter befinden werden stärker angesogen) führen könnte. Außerdem passt die höhere Geschwindigkeit eher zum Verbrennungsdruck Ablauf.
Die höhere Geschwindigkeit vor OT würde zu einer schnelleren Kompression und damit stärkeren Durchmischung der Frischgase führen. Alle diese Auswirkungen würden zu einer höheren Leistung führen.
Dies ist für mich reine Theorie, da ich noch keine zwei gleichartigen Motoren gebaut habe, die sich nur durch das Kurbelverhältniss unterschieden haben.
Gene Berg hat auf ein kleines Kurbelverhältniss geschworen ! ?
Kosten
der Leistungssteigerung, Teil 2 :
Die vorgenannten qualitativ hochwertig ausführbaren Auslegungen können hohe Literleistungen erzeugen.
Da die Hubräume bei diesen Auslegungen relativ gering sind, lassen sich die gleichen Motorleistungen mit größeren Hubräumen z.B. 2275 ccm auch mit geringeren Drehzahlen erreichen ? Und kostengünstiger !?
Nein ! Gleiche Motorleistung erzeugt ähnliche Wärmeleistung, also Belastung der Teile - dann sind Qualitätsteile immer langlebiger und somit kostengünstiger !
Geringere Literleistungen bis 55 PS / Liter (geringe Verdichtung/geringe Drehzahl) sind jedoch auch mit 92 mm Kolben und billigen, geschweißten Kurbelwellen beherrschbar.
Motorgehäuse:
Es gibt viele unterschiedlich ausgeführte Motorgehäuse für den Typ 1 Motor.
Die Schlagworte (vielmehr Gußzahlen) AS 21 oder 41, reichen zur Einstufung nicht aus.
Unterschiedlich sind folgende Kriterien:
Material: AS 41 oder AS 21, Aluminium/Silizium Legierung
mit unterschiedlich hohem Magnesium Anteil
sind unterschiedlich hart, aber auch unterschiedlich
empfindlich bei Überhitzung.
Ölkanäle: Der Ölkanal von der Ölpumpe in die Längskanäle kann unterschiedlich groß sein.
Die Ölkanäle zum Ölkühler können groß oder klein (was kein Nachteil sein muß) sein.
Das Ölansaugrohr vom Ölsumpf zur Ölpumpe kann unterschiedlich groß sein.
Regelkolben: Es gibt Gehäuse mit einem oder mit zwei Öldruckregelkolben.
Zylinderkopfzuganker:
Diese können 8 mm oder 10 mm in Durchmesser haben.
VW ist von 10 mm auf 8 mm übergegangen, da die dünneren
bei der Ausdehnung der Zylinderköpfe geringere Verspannungen
und damit weniger gerissene Zylinderköpfe erbrachten.
Da mir schon einmal 8 mm Bolzen gerissen sind, scheinen mir
10 mm Bolzen nicht uninteressant.
Wichtig ist allerdings immer: Das richtige Anzugsmoment einzuhalten, sowie nur original VW oder "echte" Chromo-Bolzen zu verwenden. „Taiwan“ Zuganker bitte bei der Wertstoff Sammlung abgeben.
Bei vielen älteren Gehäusen ist der obere, vorderste Zuganker
nicht tief im Gehäuse gelagert wie bei den neueren.
Motorhalterung: Einige Gehäuse sind mit Gewindebohrungen für
Motorträger/Steinlagschutz ausgestattet "Universalgehäuse"
Andere nicht. "Käfergehäuse"
Fast jede Mixtur aus diesen Kriterien ist erhältlich.
Die Bewertung einzelner Gehäuse und dieser Kriterien hängt mit der vorgesehenen Auslegung des Motors zusammen.
Hier sind nur Beispiele/Schlagworte möglich:
Für Motoren ohne Fullfow, oder Trockensumpf Ölkühlung, sind die
Ölkanal Durchmesser wichtig.
Nur für Rennmotoren sind 10 mm Zuganker evtl. nötig.
Für alle "Nicht-Rennmotoren" sind Gehäuse mit 2 Öldruckregelkolben einfacher einzustellen (Öldruck)
AS 21 Gehäuse sind härter, dies ist besonders für die Verschleißfestigkeit der Stößelbohrungen bestimmend, ergo sind diese Gehäuse für Motoren mit großen Nockenhüben besonders zu empfehlen ( z.B. VZ 35 )
Als Ausgangsbasis für einen leistungsgesteigerten Motor sollte nur ein nicht bearbeitetes und nicht verschlissenes Gehäuse verwendet werden. Ein Gehäuse, daß schon einen schweren Lagerschaden erlebt hat, ist ungeeignet.
Auch ein Aufbohren der Hauptlagergasse kann ein vormals heißgelaufenes Gehäuse nicht kurieren, da sich die Lagerböcke verformt haben.
Das Motoröl würde einseitig an den Lagern abfliessen und den Öldruck stark absinken lassen.
Vorschäden sind bei der Demontage des Motors, dessen Teile für den "neuen" verwendet werden sollen, sofort erkennbar: schwarz gebrannte Ölkohle an den Lagerböcken, um ein Lager (oder mehrere) angerostete Kurbelwelle. In diesen Fällen ist die gewählte Ausgangsbasis ungeeignet.
Motorgehäuse die schon überholt wurden, sind aus diesen Gründen schlecht einzuschätzen.
Brauchbare Motorgehäuse finden sich am ehesten in VW Kübel BW Fahrzeugen und in VW Käfer 1200er Mexico Fahrzeugen.
Uralte Käfer oder VW Busse haben meist schon viel erlebt, deren Motorgehäuse wurden evtl. schon einmal überholt, und sind deshalb meistens ungeeignet.
Wenn eine hohe Literleistung angestrebt wird, oder wenn 94mm Kolben verbaut werden sollen, ist ein neues Gehäuse zu empfehlen.
Zylinderkopf
Es gibt ein sehr großes Angebot an unterschiedlichen Zylinderköpfen, meist wird mit großen Zahlen für diese geworben.
Die auserwählten Zylinderköpfe müssen in der Lage sein die entstehende Wärme schnell abzuführen d.h. an die Kühlgebläseluft abzugeben.
Für diese Aufgabe sind zahlreiche und dünne Kühlrippen zwingend erforderlich !
Alle neu entwickelten Zylinderköpfe ( Street Eli, Super Flow ....... ) haben, durch daß kostensparende Sandguß Verfahren, wenige, dicke Kühlrippen - diese Zylinderköpfe
halte ich für ungeeignet hohen Belastungen standzuhalten.
Mir ist kein Zylinderkopf bekannt der besser "kühlt" als der Serien VW Zylinderkopf.
Diesen gibt es in den verschiedensten Bauformen:
040 Zylinderkopf: Zugankeraufnahme verstärkt
041 Zylinderkopf: mit langem Kerzengewinde
041 Zylinderkopf, Nachbau, oftmals entsprechen nur die Ventilgrößen dem Original.
043 Zylinderkopf: Serie, Zugankeraufnahme nicht verstärkt, Federauflage und Auslaßführungen verstärkt
044 Zylinderkopf, auf Basis 041
044 Zylinderkopf, Mexico, auf Basis 043, Zugankeraufnahme nicht verstärkt
044 Zylinderkopf, Brasilien, auf Basis 040, Zugankeraufnahme verstärkt, Federauflage und Auslaßführungen verstärkt
045 Zylinderkopf auch Magnum, auf Basis 040, große Ventile
070 Zylinderkopf (VW Bus Bj. 79-82) , langes Kerzengewinde, jedoch nur 7 Kühlrippen
Sie sehen, daß sich ein Zylinderkopf nur durch die Angabe einer Nummer 0XX und die Ventilgrößen nicht beschreiben läßt.
Mit folgenden Parametern lassen sich VW Zylinderköpfe unterscheiden:
Zündkerzen Gewinde : kurz oder lang.
Massiver Anker für Zuganker 1 und 4 ( nicht bei 043 Basis ).
Auslaßventilführung im Kanal verstärkt.
Ventilsitze verstemmt (nur original VW)
Welle im Einlaßkanal ( Verstärkung für Ventilfedersitz )
Extra Stufe im Brennraum für Zylinderkopf Dichtung.
Ventilgrößen.
Da ich bisher nur gute Erfahrungen mit VW Zylinderköpfen gemacht habe, kann ich die verschiedenen Ausführungen gar nicht genau beurteilen !
Bei folgenden Sachverhalten habe ich konkrete Erfahrungen:
Ein langes Kerzengewinde ist dem kurzen Kerzengewinde vorzuziehen.
Die aus mexicanischen Rohlingen hergestellten Köpfe sind von guter Qualität.
Die brasilianischen Rohlinge haben viele Verstärkungen, der Guss ist jedoch ungenauer.
Ventilgrößen
Angeboten werden diverse Auslegungen:
Angaben in Millimeter Ventildurchmesser, Einlaß x Auslaß
32 x 29 mm
35 x 32 mm
39 x 32 mm
40 x 35,5 mm
40 x 37,5 mm
44 x 37,5 mm
Hinsichtlich der oben genannten "richtigen" Zylinderkopf und Hubraum Auslegungen empfehle ich nur 35 x 32 oder 40 x 35,5.
Eine Ventilpaarung von 44 x 37,5 ist nur sinnvoll wenn eine Vergaseranlage 48 mm verwendet wird und die Drehzahl bei der die maximale Leistung erreicht wird, über 6300 min-1. liegen soll.
Je größer die Ventildurchmesser desto schmaler wird der Steg zwischen den Sitzringen.
Dieser Steg bekommt bei Serienköpfen nach 40 bis 80 TKM feine Risse die sich immer tiefer ins Material fortsetzen. Die Folge ist ein heftiger Motorschaden, da irgendwann ein Ventilsitzring den Halt verliert in den Brennraum fällt und das geöffnete Ventil blockiert.
Aus diesem Grund rate ich bei Motoren die 40 TKM ohne Demontage ( also ohne Rißkontrolle ) laufen sollen, von einer größeren Ventilpaarung als 40 x 35,5 ab.
Volkswagen selbst hält Risse zwischen den Sitzringen jedoch für unbedeutend, solange die Rissbreite 0,5 mm nicht übersteigt ! ????
Brennraum
Für eine effektive Füllung des Brennraumes und eine effitive Verbrennung des Frischgases ist die Form des Brennraumes sehr wichtig.
Der Serienmäßige Brennraum ist als Badewanne gestaltet.
Zwischen den (Serien)Ventilen und dem Wannenrand bleibt nur ein Ringstalt.
An den Längsseiten wird die Wanne von je einer breiten Quetschkante flankiert.
Den Einström und Verbrennungsvorgang im Serienmotor stelle ich mir folgendermaßen vor:
In dem langen engen Ansaugrohr wird das Frischgas mit hoher Geschwindigkeit angesaugt, durch den kleinen Ringspalt um das geöffnete Einlaßventil bleibt die hohe Gasgeschwindigkeit erhalten, bei der Kompression des Frischgases durch den Kolben verwirbeln die Quetschkanten das Frischgas in den Brennraum. Die an einer Seite befindliche Zündkerze zündet das Gasgemisch.
Klingt doch richtig gut - ist es auch ! VW Ingeniure haben bestimmt viele Stunden geforscht und probiert.
Ich gehe also davon aus, daß die serienmäßige Brennraumform für den Serienmotor sehr gut gewählt ist.
Ein Veränderung des Ansaugrohres oder z.B. der Ventilgrößen müsste also immer eine Veränderung der Brennraumform nach sich ziehen um von einem getuntem/abgestimmtem Motor sprechen zu können.
Durch die größeren Vergaser und die größeren kürzeren Einzel-Saugrohre der hier besprochenen Motoren, kann mehr Frischgas in die Brennräume einströmen. Eine hohe Gasgeschwindigkeit vor den Einlaßventilen sollte erhalten bleiben. Deshalb sollten die Kanäle vor dem Ventil nur mäßig erweitert werden. Um die Einlaßventile herum muß der Ringspalt auch bei Verwendung der Serien Ventilgrößen etwas erweitert werden.
Bei den auf größere Ventile umgearbeiteten Serienbrennräumen sind die Strömungsverhältnisse eher uneffektiver als bei Serien-Zylinderköpfen, da der Ringspalt kleiner wird.
Diese Zylinderköpfe bedürfen stärkerer Nacharbeit, also deutlicherer Vergrößerung des Ringspaltes, um die vorhandenen Ventilflächen zu nutzen.
Dies bedeutet auch: mit einem gut bearbeitet Serienkopf lassen sich höhere Füllungsgrade und damit eine höhere Leistung erzielen als mit einem unbearbeiteten Zylinderkopf der nur mit großen Ventilen bestückt wurde (Katalog Angebot 044er).
Wenn das Verdichtungsverhältnis deutlich erhöht werden soll, verstärken enge Spaltmaße zwischen Kolben und den Quetschkanten die Klingelneigung.
Um dem sehr schädlichem Klingeln (Mehrfachzündungen) zu vorzukommen, können alle scharfen Kanten im Brennraum gerundet werden, die Quetschkante auf der Zündkerzenseite kann komplett abgeschrägt werden ( dann sitzt die Zündkerze auch etwas zentraler im Brennraum !) Die Quetschkante gegenüber der Zündkerze kann zart abgeschrägt werden
Rangfolge der Zylinderköpfe/Ventilgrößen Brennraumformen:
1. Serienbrennraum unbearbeitet, Ventilgrößen ohne Belang
Ca. 50 PS/ltr. Drehzahl P max ca. 4500 min-1
2. Serien Ventilgrößen, Brennraum (Ringspalt) bearbeitet
Ca. 55 PS/ltr. Drehzahl P max ca. 5000 min-1
3. Große Ventile 40 x 35,5 , Brennraum (Ringspalt) bearbeitet
Ca. 60 PS/ltr. Drehzahl P max ca. 5800 min-1
4. Serien Ventilgrößen, Brennraum ( Ringspalt und Quetschflächen)
bearbeitet, hochverdichtet.
Ca. 65 PS/ltr. Drehzahl P max ca. 6000 min-1
5. Große Ventile 40 x 35,5 , Brennraum ( Ringspalt und Quetschflächen )
bearbeitet, hochverdichtet
Ca. 75 PS/ltr. Drehzahl P max ca. 6500 min-1
Nockenwelle
Die Nockenwelle hat die Aufgabe die Ventile zu steuern, d.h. zu öffnen und zu schließen angepasst zum Arbeitszyklus des Motors.
Für hohe Leistungen unabhängig vom Drehzahlniveau ist der "Zeitquerschnitt" entscheident.
Zeitquerschnitt: Welche (Ein Aus Ström) Fläche gibt das Ventil wie lange frei.
Ein öffnendes, schließendes oder voll geöffnetes Ventil gibt immer eine bestimmte Fläche frei.
Die Nockenwelle bestimmt:
Wie lange (Zeit) (gemessen in KW Grad) überhaupt eine Fläche frei ist = Öffnungswinkel
Wie groß diese Fläche bei maximaler Öffnung ist = Ventilhub
Wie schnell welche Fläche
erreicht ist : = Rampenwinkel
Das Öffnen und Schließen des Ventils beschreibt immer eine Art Sinus Kurve.
Bei einem größeren Öffnungswinkel liegen die Endpunkte weiter auseinander.
Bei einem größerem Hub ist der Ausschlag höher.
Bei einem größerem Rampenwinkel ist die Kurve bauchiger.
Gleiche Zeitquerschnitte lassen sich also auf unterschiedliche Arten erreichen!
Die Angabe des Öffnungswinkels einer Nockenwelle ist also wenig aussagekräftig.
Eine Nockenwelle mit 284 grad Öffnungswinkel kann also auch einen größeren Zeitquerschnitt aufweisen als eine andere mit 324 grad Öffnungswinkel.
Dies kann durch einen steileren Rampenwinkel oder auch durch Kipphebelübersetzungen entstehen. Die in den Katalogen angegebenen Öffnungswinkel basieren immer aus einem imaginärem Ventilspiel ( 0 bis 1,27 mm)
Bei Betriebsventilspiel werden oft stark abweichende Öffnungswinkel erreicht.
Der Öffnungswinkel ist nicht entscheident für die erreichbare Drehzahl,
vielmehr sind die effektiven Zeitquerschnitte entscheident.
Außerdem spielt die Größe der Überschneidung eine entscheidende große Rolle.
Die Einstellung der Nockenwelle zur Kurbelwelle ist ebenfalls von Bedeutung.
Nockenwellen lassen sich unterscheiden nach folgenden Kriterien :
Öffnungswinkel: insbesondere im Verhältnis zum Öffnungswinkel bei Einrichtventilspiel ( 1,27 mm) (in der Differenz dieser Werte läßt sich der Rampenwinkel erkennen)
Nockenhub und Ventilhub:
Überschneidung: Einlaß und Auslaß Ventil sind in der Überschneidung
gleichzeitig geöffnet.
Ventilhub beider Ventile im oberen Totpunkt:
In Einzelnen beeinflußt die Auslegung dieser Kriterien die Motorcharakteristik folgendermaßen:
Öffnungswinkel: Beeinflußt stark die Drehzahlspanne die nutzbar ist.
Ein großer Öffnungwinkel bedeuted nicht unbedingt, daß
der Motor nur bei hohen Drehzahlen "läuft".
Ventilhub: Je größer dieser ist, je mehr Drehmoment liefert der Motor,
in dem Drehzahlbereich, für den diese Nockenwelle,
durch die anderen Kriterien, ausgelegt ist. In den anderen
Drehzahlbereichen ergeben sich (relative) Einbußen.
Besonders deutlich wird dies bei schweren Fahrzeugen und / oder, ohne ein abgestimmtes Getriebe. In diesen Fällen ergibt sich durch einen großen Ventilhub ein "Turbo-Effekt" .
Ein geringerer Ventilhub erzeugt ein gleichmäßiger nutzbares weiteres Drehzahlband.
Ein Ventilhub über 34% des Ventildurchmessers bringt keinen Zugewinn mehr.
Überschneidung: Ist das entscheidende Kriterium für die Drehzahl bei der
die höchste Leistung erreicht wird ( N1 ).
Je größer die Überschneidung - je höher die Drehzahlen.
Entsprechend schlechter wird die Laufkultur bei niedrigen
Drehzahlen sein.
Ventilhub im OT: Während der Überschneidung sind beide Ventile geöffnet.
Je weiter die Ventile gleichzeitig im OT geöffnet, sind je
genauer müssen Auspuff- und Ansaug-Trakt abgestimmt werden. Bei einem großen Ventilhub im OT liegen eine
hervorragende Spitzenleistung durch Resonaz Aufladung oder ein katastrophaler Motorlauf oftmals nah beieinander,
ausgelöst vielleicht schon durch eine Beule im Auspuff.
Konkrete Unterscheidungen möchte ich am Beispiel des Angebotes der Fa. Engel darstellen.
Engel Nockenwellen können meines Erachtens nach ca. 95 % aller "Nocken"-Wünsche abdecken. Alle den Engel Nockenwellen nachgearbeiteten Wellen mit gemischten Kriterien stellen immer Kompromisse dar.
Engel bietet Nockenwellen in 3 Baureihen an.
Baureihe VZ 14 bis 35 6 Typen
Baureihe W 100 bis 140 6 Typen
Baureihe FK 65 bis 99 9 Typen
Baureihe VZ:
Alle VZ Wellen liefern einen großen Zeitquerschnitt, da die Rampenwinkel sehr steil sind und der Nockenhub groß ist. Bei einem relativ geringen Öffnungswinkel wird der grösstmögliche Zeitquerschnitt realisiert. Mit einer geringen Überschneidung sind diese Nockenwellen auf ein hohes Drehmoment ausgelegt. Diese Nockenwellen sind eher für niedrige Drehzahlen gedacht. So kann der große Ventilhub einfach durch einen großen Nockenhub erreicht werden. Kipphebelübersetzungen sind bei diesen Nockenwellen nicht nötig.
Messwerte : Hohes Drehmonent weit unter Nenndrehzahl.
Hohe Motorleistung !
Trotzdem geringer Fahrspaß, da die Leistung lange konstant bleibt ( ohne peak ( Anriß ))
Nachteile: geräuschvoller Ventiltrieb, und evtl. hoher Verschleiß
der Stößelbohrungen. Bei hohen Drehzahlen extreme Belastung des Ventil-Triebes.
Baureihe W :
Messwerte: spitze Leistungskurve, hohe Drehzahl
Sehr gut fahrbar, mit viel Spaß, Leistungsmaximum ist spürbar, der Motor läßt sich weit ausdrehen.
Baureihe FK:
Ausgelegt für übersetzte Kipphebel (Übersetzungsverhältnis 1:1,4), mit übersetzten Kipphebel werden große Ventilhübe erreicht ohne den Ventiltrieb zu stark zu belasten, ohne Übersetzungen entsprechen die Ventilhübe der W Reihe, jedoch ist die Überschneidung deutlich größer, und somit das Drehzahlniveau höher als bei Nockenwellen der W Reihe die den gleichen Öffnungswinkel aufweisen.
Messwerte: füllige Leistungskurve bei hohen Drehzahlen
weit ausdrehbar, deutlich spürbares Einsetzen der Leistung (Peak)
Ab 320 grad Öffnungswinkel schlechter Leerlauf.
Nachteile: Kipphebelübersetzungen sind recht teuer wenn diese qualitativ
hochwertig ausgeführt sind.
Fazit
Engel Nockenwellen Reihen:
FK Wellen sind bei hohen Kosten die beste Wahl, wenn es um die technische Auslegung geht.
Übersetzte FK Wellen liefern annähernd so große Zeitquerschnitte wie vergleichbare VZ Wellen, mit FK Wellen ausgestattete Motoren sind jedoch drehfreudiger.
Die Belastungen für die Stößel, die eine FK Welle erzeugt, sind deutlich geringer als bei den Nockenwellen der VZ Reihe
Richtig nutzbringend ist dieser Vorsprung durch Technik jedoch nur, wenn höchste Leistungen bei entsprechend hohen Drehzahlen erreicht werden sollen.
Da bei dieser Zielsetzung auch alle anderen Komponenten sehr hochwertig sein müssen, spielen die Kosten für die Kipphebelübersetzungen keine Rolle mehr.
Nockenwellen der W Reihe stellen einen einfachen Kompromiss dar.
Um gleichgroße Zeitquerschnitte wie bei den vergleichbaren VZ-Wellen zu erreichen, ist ein größerer Öffnungswinkel erforderlich.
Daher ist das Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen etwas geringer -
die Drehfreudigkeit jedoch deutlich besser.
Nockenwellen anderer Hersteller:
Scat C Serie: ähnlich Engel W Reihe,
jedoch symetrisch zum OT eingestellt.
Bugpack: ähnlich Scat C Reihe
Eagle 22xx: geringer Ventilhub und vergleichsweise große
Überschneidung erzeugt ein sehr weites
Leistungsband, bei etwas geringerer
Höchstleistung. (siehe Ventilhub)
Außerdem ist die Überschneidung symetrisch zum
oberen Totpunkt eingestellt. Engle W Nockenwellen
sind dagegen früh, auf Drehmoment, eingestellt.
Webcam: symetrische Einstellung, Steuerzeit-Angabe bei
Betriebsventilspiel !
Schleicher: Auslegung ähnlich der Eagle Wellen.
Alle US Nockenwellen basieren von Rohlingen eines Herstellers und sind von guter Materialqualität. Schleicher Nockenwellen basierten bis ca. 1993 auf VAG Rohlingen.
Später produzierte Schleicher Wellen waren von schlechterer Qualität.
Die Einstellung der Nockenwelle zur Kurbelwelle wird durch die Nockenwellen Hersteller vorgegeben. Diese Einstellung läßt sich mit verstellbaren Antriebsräder den eigenen Wünschen anpassen
Bei der Abstimmung der Nockenwelle auf ein konkretes Drehzahl Niveau ergibt sich eine noch eingeschränktere Auswahl der in Frage kommenden Nockenwellen Reihen und Typen :
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Drehzahlniveau N 1 |
Typ VZ Reihe |
Typ W Reihe |
Typ FK Reihe |
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4300 min-1 |
VZ 14 * |
W 100 * |
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4700 min-1 |
VZ 15 * |
W 110 |
|
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5400 min-1 |
VZ 20 |
W 120 |
FK 65 |
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5800 min-1 |
VZ 25 |
W 125 |
FK 7 |
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6100 min-1 |
VZ 25 |
W 130 |
FK 8 |
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6400 min-1 |
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W 140 |
FK 87 |
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7400 min-1 |
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FK 89 |
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8000 min-1 |
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FK 98 |
* = Die serienmäßige Nockenwelle mit Kipphebelübersetzungen, für höhere Drehzahlen ca. 6 grad spät eingestellt, erreicht ähnliche Werte.
Aus dieser Tabelle ergeben sich, gechartet nach Budget für den kompletten Rumpf - Motor, meine Empfehlungen:
1. VZ 14 hohe Leistung bei niedrigen Drehzahlen, alle Motorkomponenten können auch günstig gewählt werden. Bis ca. 55 PS / ltr.
2. W 125 hohes Drehzahl Niveau, bearbeitete Zylinderköpfe.... erforderlich
Bis ca. 70 PS / ltr.
3. FK8 bis 87 sehr hohes Drehzahl Niveau,
Bis ca.80 PS / ltr.
! Besonders im Hinblick auf den Ventil-Trieb ist eine genaue Zielvorstellung nötig.
Bis zu einem Drehzahl-Limit von ca. 5800min-1 kann der fast serienmäßige Ventiltrieb übernommen werden.
Bei einem höherem Drehzahlniveau muß der komplette Ventiltrieb verstärkt werden.
Also die Federn, die Stößelstangen und die Kipphebelwellen!
Einschub 12/00: das oben genannte halte ich für sehr
wichtig, da hier ein Kostensprung
stattfindet: Den „Mittelmaß“- Motor gibt es nicht ! Bis zu einer A Auslegung
kommen Sie mit Serienteilen aus, aber dann sind sehr viele Teile gegen
„HD“-Teile zu tauschen!
Auf der sicheren Seite sind Sie nur wenn Sie Ihren
Motor für n1 ca. 4500min-1 auslegen, oder für n1 ca. 6000min-1 und mehr
auslegen, denn nur dann sind die auszuwählenden Komponenten preiswert
hinsichtlich des Ziels.
Kipphebelübersetzungen:
Sind geeignet einen größeren Ventilhub zu erzeugen, ohne
die Stößelbohrungen stärker zu belasten.
Es wird ein größerer Zeitquerschnitt ermöglicht.
Leider sind gute (erkennbar z.B. an den deachsierten Bohrungen für die Befestigungsbolzen) Kipphebelübersetzungen sehr teuer.
Außerdem ist die Einrichtung recht aufwendig.
Der Bewegungsablauf der korospondierenden Teile: Ventil-
Ende - Federteller - Kipphebel muß genau überprüft werden,
da diese Teile eine deutlich größere Relativbewegung zueinander
ausführen. Ungünstige Krafteinleitungen oder Berührungen zwischen Federteller und Kipphebel können zu Ventilbrüchen
führen. Die Material Belastungen werden also eher nur etwas verschoben. Bei Rennmotoren sind Kipphebelübersetzungen vielleicht sogar ungünstig: Für mich ist es denkbar, daß Kipphebelübersetzungen die Federkräfte von den zu beschleunigenden Massen entkoppeln
und so zu größeren Schwingungen im Ventiltrieb führen.
Da nicht nur der Weg des Ventils durch eine Übersetzung größer wird, sondern ebenso die Kraft die auf die Stößelstange wirkt, müßten Ventiltriebe mit großen Übersetzungen, verändert ausgelegt werden: Die Ventilfedern könnten schwächer oder die Stößelstangen müssten stärker sein.
Instinktive erscheint mir für Rennmotoren eine gradlinige Auslegung sinnvoll: Eine eher steile Nockenerhebungskurve-
ein fester evtl. schwerer Stößel, eine sehr stabile Stößelstange-
ein leichter Kipphebel ohne Übersetzung,eine nur mittelharte
Ventilfeder.
Ansatzpunkt für diese Überlegung ist das Spiel zwischen allen
diesen Teilen.
Ein kleiner Losegang zwischen zwei Teilen erzeugt immer
einen Impulse- Stoß auf das jeweils nächste Teil.
Diesen Impuls muß das nächste Teil aufnehmen ohne einen
Rückimpulse zu erzeugen, da dieser Impuls, die Materialbelastung
stark ansteigen ließe. (Massen-Auffahr-Unfall)
Kipphebel Übersetzungsverhältniss für handelsübliche Nockenwellen.
Verhältniss
Scat C Wellen max 1,1
Engel VZ Wellen max 1,1
Engel W Wellen max 1,1
Schleicher Wellen max 1,25 Serien Wellen max 1,4
Engel FK Wellen min ?,??
Verdichtungs
Verhältnis
Ein angemessen hohes Verdichtungsverhältniss ist immer anzustreben, da eine hohe Verdichtung fast nur Vorteile bringt:
Vorteile: höhere Leistung über das gesamte Drehzahlband
stabiler Leerlauf auf bei scharfen Nockenwellen
geringerer Krafstoff-Verbrauch
Nachteile: höhere Lagerbelastung durch höhere Spitzendrücke
höhere Zylinderkopf Temperatur
höhere Klopfneigung
Die Höhe des möglichen Verdichtungs-Verhältnisses hängt stark von der Brennraumform und außerdem von der Zylinderfüllung ab.
Jeder Motor, auch mit noch so kleinen Vergasern, läßt sich durch
eine extreme Verdichtung auf einen hohen Verbrennungsdruck bringen. Diese extrem hohe Verdichtung (z.B. 16:1) erzeugt
jedoch auch eine hohe Verlustleistung durch die starke Kompression.
Hier treten dann die Nachteile extrem in den Vordergrund.
Anders herum: Je größer die Zylinderfüllung (Atmung) des Motors ist,
je geringer muß das Verdichtungsverhältniss gewählt werden,
um so dem Klopfen (oder Klingeln) vorzubeugen.
Beim Klopfen handelt es sich um Mehrfachzündungen. Das Frischgas wird nicht durch den Zündfunken an der Zündkerze gezündet sondern durch Hitzepunkte im Verbrennungsraum. Dies können scharfe Kanten des Brennraumes oder stark komprimierte Gaskonzentrationen in den Quetschkanten sein. Der Zündzeitpunkt läßt sich durch den Verteiler/Geber genau einstellen - die Kopfzündungen erfolgen deutlich früher und zerstören längerfristig die Pleullager. Da eine genaue Zündeinstellung für die Höhe der Motorleistung endscheident ist, ergeben Klopfzündungen entsprecht eine geringere Motorleistung.
Für die verschiedenen Einsatzzwecke ergeben sich konkret folgende maximale Verdichtungsverhältnisse:
Schweres Fahrzeug/ Anhängerbetrieb max. 8 : 1
Käfer/Kübel mit Drehmoment Nockenwelle max. 9 : 1
Sport Typ 1 mit mittlerer Nockenwelle max. 9,5: 1
Renner mit scharfer Nockenwelle max. 11: 1
Stößel und - Stangen / Ventilfedern
Ein großer Prozentsatz der Energie der durch die Kraftstoffverbrennung gewonnenen
Leistung, verfällt sogleich wieder durch die Beschleunigungs-Leistung der Motor-Teile - so auch für die Stößel und Stößelstangen.
Ebenso müssen die Federkräfte einer Ventilfeder (und damit die Reibungskräfte an allen Berührungspunkten des Ventiltriebes) alle 2 Umdrehungen überwunden werden.
Also gilt es auch hierbei möglichst nah an die Grenzen der Belastbarkeit der Teile heranzukommen.
Alle Teile sollten so leicht / schwach wie möglich ausgelegt sein.
Diese Auslegung muß alle Teile betreffen. Beispiel: Ein mit HD Federn ausgerüsteter Motor erreicht 6200 min-1, Serien Alu Stößelstangen können diese Drehzahlen bei einer Nockenwelle mit weichen Rampen ebenfalls aushalten. Wird dieser Motor jedoch mit harten Doppelfedern ausgerüstet, flattern die Alu Stangen schon bei 5800 min-1.
Trotz vermeindlich besserer Teile ist das Ergebnis schlechter.
Jede Überkapazität bedeutet verschenkte Motorleistung !
Stößelgewicht: original VW Stößel wiegen 87 g
"Standard" Stößel wiegen ca. 100 g
Scat Stößel wiegen ca. 95 g
CB Stößel (zweiteilig) wiegen ca. 80 g
Formel V Stößel wiegen ca. 60 g
(durch den geringen Kopf Durchmesser ergeben sich mit einigen Nockenwellen höhere Belastungen für die Stößelbohrungen)
Sollten also die vorhandenen gebrauchten VW Stößel am Schaft nicht verschlißen sein, können diese durchaus weiterverwendet werden. Nur die CB Stößel wären für mich noch erwäagenswert, da diese bei einem noch erträglichem Preis, den Vorteil? des geringeren Gewichts und des größeren Kopfes (besonders Interessant bei steilen Nockenrampen) vereinen.
Stößel die am Kopf verschlissen sind, vergrößern! den Zeitquerschnitt der Ventilsteuerung. Die Ventilerhebungskurve wird nahe des größsten Hubes etwas bauchiger.
Stößelstangen: bieten das grösste Gewichtspar-Potential!
Serien Alu Stangen wiegen ca. 38 gr.
Stahl Stösselstangen ca. 60 bis 90 gr.
Die Erste Wahl wären also immer die serienmäßigen Stösselstangen.
Sollten diese den Belastungen nicht standhalten, müssten Stahlstangen von ca. 85 gr
verbaut werden. eniger wiegende haben meist keine höhere Festigkeit als die Serien stößelstangen
Sinnvoller ist es jedoch die Belastungen, die auf die Stößelstange wirken zu reduzieren. Die Belastungen die auf die Stößelstange wirken, entstehen durch die gewählten Ventilfedern und die Beschleunigung der Stößelstange durch die ausgewählte Nockenwelle.
Die Drehzahlgrenze eines Motor hängt stark von den verwendeten Ventilfedern ab.
Mit den Serienfedern werden die Ventile ab ca. 5500min-1 zu flattern beginnen.
Sogenannte HD Federn erhöhen das Drehzahlmaximum auf ca 6200 min-1.
Doppelfedern erhöhen das Drehzahlmaxium auf 7400 min-1 bis 8200min-1 (Berg)
Alle Ventilfedern lassen sich zusätzlich verstärken durch Unterlegen von Scheiben.
Dadurch läßt sich die Drehzahlgrenze jeweils um ca. 500 min-1 anheben.
Abhängig vom Gewicht des Ventiltriebes können diese Angaben stark variieren.
Kleinere, leichtere Ventile benötigen eine geringere Federkraft als große schwere.
Besonders die Teile des Ventiltriebes müssen also genau aufeinander abgestimmt/getuned sein, und zwar auf ein Ziel.
Zielloser Einkauf, nach großen oder kleinen Zahlen, ist nur Geldverschwendung.
Ölkühlung
/ Luftkühlung
Fast alle Motorschäden sind durch Schmierungs - oder Überhitzungs - Probleme bedingt.
Der serienmäßige Gebläse-Ölkühler ist als Nebenstrom und Notlauf-Kühler ausgelegt.
Als diese Idee geboren wurde dachte niemand an 160 PS aus 2,0 ltr.
Auch wenn wir uns 160 PS aus 2 ltr. Hubraum erdenken, ist diese Art der Kühlung in Ansatz genial.
Das Motoröl wird auch bei einem Stillstand des Fahrzeuges gekühlt.
Je wärmer ( dünnflüssiger/ weniger druckaufauend ) das Motoröl wird, je mehr wird durch den Kühler gefördert.
Nach meinen Erfahrungen liefert ein originales Gebläse-System (bei hochdrehenden Motoren, auch mit einer 145 mm Keilriehmenscheibe) bei Verwendung von VW Zylinderköpfen ausreichend Kühlluft.
Nur das original Kühlluftgebläse erlaubt die Beibehaltung des original Gebläse-Luft-
Ölkühlers !
Ein Porsche Gebläse erzeugt bei geringerer Leistungsaufnahme sehr viel Kühlluft,
jedoch ohne einen Ölkühler zu beaufschlagen !
Die Idee der Verwendung des Porsche 911 Lüfters für luftgekühlte VW Boxer-Motoren
entstand durch die Verwendung von Typ 4 Motoren im Käfer. Dort musste notgedrungen auf den Serien Gebläse-Ölkühler verzichtet werden. ( Baulänge des Motors )
Ein Porsche 911 Motor hat jedoch immer eine Trockensumpfschmierung, deren 13 Liter Motoröl bei einen Stillstand des Fahrzeuges den Motor ausreichend kühlen.
Beim
Typ 1 Motor macht ein Porsche-Gebläse keinen Sinn !
Vielmehr ist die Möglichkeit beim Typ 1 Motor, mit dem stehenden Gebläse dem original Ölkühler benutzen zu können, ein Schatz!
Notlauf-Ölkühlung und die Ölkühlung im Stand sind bei diesem System sichergestellt.
Auch bei einer geringen Ölmenge wird das Öl durch die Gebläseölkühlung, im Nebenstrom, ausreichend gekühlt.
Bei leistungsgesteigerten Typ 1 Motoren ist eine wirksame Kühlung des Öls jedoch nur durch eine Fullflow Ölkühlung möglich. Auch bei dieser Kühlung bleibt der Serienkühler am Gebläse erhalten.
Die gesamte Ölmenge wird jedoch, termostatisch gesteuert, zusätzlich durch einen externen Ölkühler geleitet (Frontölkühler).
Für diese Art der Ölkühlung gibt es für den Typ 1 Motor nur zwei kostengünstige Möglichkeiten:
Ölpumpe mit externem Aus-und Ein-Gang
oder:
Ölpumpe mit externem (evtl. druckgesteuertem) Ausgang
(bei dieser Anlage muß der Ölkanal am Motor-Gehäuse im einem "Eingang" versehen werden)
Ob für Renn-Veranstaltungen, bei denen oft auch enge Kehren durchfahren werden, eine Trockensumpf Schmierung unumgänglich ist, bezweifele ich, da ich keinen Vorteil gegenüber einer Fullflow Kühlung erfahren habe.
Die Ölversorgung wäre bei einer Trockensumpf-Anlage auch bei krassen Kurvenbeschleunigungen sichergestellt. Außerden dauert es etwas länger um den gesamten Ölvorrat von ca. 9 ltr. auf über 150 grad zu erhitzen !
Nachteile: Durch die größere Ölpumpe sinkt die Motorleistung um ca. 4 %.Außerdem entstehen hohe Kosten. ( ca. 1600,- DM)
Ölpumpen:
Kriterien für Ölpumpen:
Hier werden an erster Stelle immer die Breiten der Zahnräder genannt !
Andere Dinge sind wichtiger !
Material des Gehäuses, Gus oder Alu ?
Lagerung des Antriebsrades/Länge der Lagerfläche ?
Material des Gehäusedeckels ?
Gehäusedeckel:
Der VW Gehäusedeckel ist aus Stahl, und entsprechend stabil, und verschleißfest.
Alu Deckel sind nicht so verschleißfest, und erst ab ca. 10 mm Stärke genauso stabil wie ein VW Deckel. Der Fullflow Deckel von Gene Berg ist aus Stahlguss gefertigt !
Gehäuse:
Original VW Pumpen haben ein Alu Gehäuse, dieses dehnt sich bei Erwärmung
aus, genauso wie das Motorgehäuse, so bleiben die Verbindungen der Ölkanäle
von der Pumpe zum Gehäuse passend.
Zahnradbreite/Lagerung:
VW entwickelte Ölpumpen mit 21mm Zahnrädern für die Fahrzeuge vor Bj. 71
ab 71 erhielten die Motoren Ölpumpen mit 26mm breiten Zahnrädern!
Dies wurde "möglich" weil die Nockenwellenräder eine stabilere Befestigung auf
den Nockenwellen erhielten ( 4 statt 3 Nieten ) Durch diese "tiefe" Nockenwelle wurde eine Verbreiterung der Zahnräder möglich ohne eine geringere Lagerbreite des Ölpumpenantriebrades in Kauf zu nehmen!
Alle "30mm HD" Pumpen zeichnen sich durch ein ungeeignetes Gussgehäuse
oder eine sehr geringe Breite der Antriebswellen-Lagerung aus !
Diese Pumpen können ihr "30mm-Potential" garnicht umsetzen, da die Zahnräder
bei hohem Durchsatz auseinander gedrückt werden, und am Gehäuse schleifen.
Diese Unzulänglichkeiten hat VW mit der Entwicklung der Typ 4 Ölpumpe beseitigt
Deshalb ist die Typ 4 Pumpe
meine Empfehlung für alle nicht Full-flow Motoren!
Für eine Fullflow Auslegung ist die Schadeck Doppelpumpe sehr gut geeignet.
Diese Pumpe wird häufig als kostengünstige Trockensumpfpumpe verkauft, wofür sie aber leider nicht geeignet ist!
Als Fullflow Pumpe eignet sich diese jedoch prima! Die Erste Stufe saugt das Öl an
und drückt es zum Ölkühler, die Zweite Stufe saugt das Öl aus dem Ölkühler und drückt es zu den Lagern. So wird der Druckabfall fortschreitend mit der Länge der Ölleitungen vermieden. Eine Bearbeitung des Gehäuses ist nicht erforderlich.
Eine Trockensumpf Schmierung ist nur mit großem Aufwand zu realisieren.
Alle Komponenten sind recht teuer, die genaue Auslegung sehr kompliziert.
Da sich nur bei perfekter Ausführung ein Vorteil ergibt, halte ich eine Trocken-
Sumpf-Anlage für unsinnig!
Öldruck
Regelkolben / Federn / Booster
Die serienmäßige Einstellung des Regelkolben ist ungefähr so:
Unter 2 Bar alles durch den Kühler - erst dann zu den Lagern
Bis 4 Bar teils durch den Kühler, teils direkt zu den Lagern
Über 4 Bar alles was drüber ist, zurück ins Gehäuse
Für einen 50 PS Motor ist dies eine sehr effektive Regelung !
Für einen leistungsgesteigerten Motor ist diese Regelung fragwürdig.
"Über 4 Bar alles was drüber ist, zurück ins Gehäuse"
Ist eine sehr gute Einstellung, denn höhere Öldrücke bringen keinen Gewinn an
Schmierfähigkeit, sondern kosten nur Motorleistung. (Antrieb für die Ölpumpe)
Bei einer Trockensumpfschmierung ist dies (zurück ins Gehäuse) jedoch unangebracht, da das Gehäuse mit Öl vollgepumpt wird. Eine Ölpumpen-Flanschplatte mit Regelkolben läßt die Ölpumpe ab 6 Bar ohne weiteren Druckanstieg "leer"laufen, ohne Leistungsverlust, und ohne fullflowed- Gehäuse.
"Unter 2 Bar alles durch den Kühler - erst dann zu den Lagern"
Der Serien Ölkühler hält einem Druck von min 6 Bar stand - dies wird durch die serienmäßige Einstellung nicht ausgenutzt. Die serienmäßige Einstellung ist halt so gewählt, das Motoröl schnell aufzuheizen um es dann möglichst konstant auf 90 grad zu halten.
Bei Motoren mit hoher Leistung muß das Öl frühzeitig gekühlt werden.
Das Öl sollte also schon bei 3 bar durch den Serienölkühler geschickt werden.
Dies ist mit stärkeren Federn möglich.
Es ist völlig unsinnig einen Frontölkühler anstelle des Serien Ölkühlers anzuschließen, dann müßste das Öl bei ehe schon geringem Druck auch noch den Weg zur Front des Wagens durch den Kühler machen um mit noch geringem Druck beim Motor anzukommen.
Ölfilter
:
Ein Typ 1 Motor besitzt serienmäßig keine wirkungsvolle Ölfilterung.
Schon nach 5 Tkm Laufleistung sind geringe Beschädigungen an den
Zylinderlaufbahnen und den Lagerschalen erkennbar ! Alle in den Ölkreislauf zusätzlich eingesetzten Bauteile z.B.: Ölfilter, Termostat oder Ölkühler reduzieren jedoch den Öldruck durch den "Durchström"-Wiederstand.
Ein zusätzlicher Ölfilter sollte immer mit einem Überdruck-Ventil eingebaut werden, anderernfalls wird der Ölfilter bei geringen Außen-Temperaturen platzen.
Die empflohlene Auslegung für Ölkühlanlagen:
Ölpumpe mit externem Ausgang - Termostat - Ölfilter - Ölkühler
ist für den Alltags-Betrieb bestens geeignet.
Bei sehr hoher Belastung wird der Öldruck jedoch zu stark abfallen - dann sollte auf einen Ölfilter verzichtet werden.
Den Ölfilter in den Nebenstrom-Kreislauf ( also in der Kreislauf, wo der serienmäßige Ölkühler angeschlossen wird ) einzubauen, halte ich für widersinnig, weil eine Filterung des Öls nur stattfindet, wenn der Öldruck eh schon gering ist (und dann noch weiter reduziert wird).
Tuning
Fahrplan
Da die Entscheidung für ein Motorkonzept oft von den verfügbaren Geldern abhängt,
hier noch einige Beispiele von für mich schlüssigen Motorkonzepten:
Tuning
Fahrplan 1 : Fahrtziel: Kraftvoll
Auslegung Hubraum ist entscheident, durch das geringe Drehzahl-Niveau und damit das der Literleistung und der Motorbelastung, ist eine Bohrung von 94mm gerade richtig. Hub 69 mm oder 82/84 mm.
Zylinderköpfe Serie, Ringspalt bearbeitet, Verdichtung Ca. 8:1.
Ventilfeder Serien Federn.
Nockenwelle Engel VZ 14 oder W 100.
Kühlung In Out Pumpe, mit Termostat, Filter und Frontölkühler.
Kosten Material: ca. DM 2000,- bis 3800,-
Motorleistung Ca. 85 bis 120 PS bei 4600min-1
Tuning
Fahrplan 2 : Fahrtziel: Fahrspaß, günstig
Auslegung 85,5mm Serienkolben bei 69 mm Hub = 1,6 ltr..
Serienkurbelwelle (geschmiedet).
Zylinderköpfe Serie, Ringspalt bearbeitet Verdichtung 9:1
Ventilfeder Doppelfedern.
Nockenwelle Engel W 130 oder W 140.
Kühlung Full Flow Ölkühlung.
Kosten Material: ca. DM 1000,- bis 2500,-
Motorleistung Ca. 105 PS bei 6100 min-1
Tuning
Fahrplan 3 : Fahrtziel: Fahrspaß, hohe Leistung.
Auslegung 90,5 mm Kolben, Kurbelwelle 82mm Hub 2,1 ltr.
Zylinderköpfe 044, voll bearbeitet, Verdichtung 10:1.
Ventilfedern Doppelfedern.
Nockenwelle Engle W 140 oder FK 10 mit Kipphebelübersetzungen 1:1,4.
Kühlung Full Flow Ölkühlung.
Kosten Material ca. DM 5000,-
Motorleistung Ca. 150 PS bei 6400 min-1.
conclusio
Alle von Volkswagen entwickelten Motor-Teile sind von hoher Qualität !
Original Teile sollten nur dann gegen "Leistungsteile" ausgetauscht werden, wenn dies für Ihren Anwendungsfall angezeigt ist.
Ein Typ1 Motor läuft und läuft und läuft !
Ich habe schon zig Motoren zerlegt, die vorher noch passabel ihren Dienst taten.
Auch mit den dann vorgefundenen Schäden wie: eingerissenen Ventilen, ausgelaufenen Lagerschalen, gerissenen Zylinderköpfen, verbogenen Stößelstangen, losen Gehäuseschrauben und,und,und , hätten diese Motoren "noch irgendwie" 50000 KM abgeleistet !
VW Boxer Typ 1
- unverwüstlich !
Ölstand kontrolliert !
Keilriehmen ok !
Motorraum abgedichtet ! ( Gebläse saugt alle Fremdkörper an und blockt die Kühlung )
- Und los geht die wilde Fahrt !
Tschüß bis zum nächsten VW Treffen.
Ulrich Eckstein
Fast alle beschriebenen Tuning Teile können Sie über mich oder die Firma
Custom Speed Parts, Bargteheide beziehen.
Praxiswissen Teil 4: Motortuning unter Verwendung des Serienvergasers
Ist in Vorbereitung: demnächst an dieser Stelle!
Anlage 1: Excel: Nockenwellen-Daten, geordnet nach Öffungswinkel bei 1,2mm Ventilspiel
Anlage 2: Excel: Leistungsmessungen. ( fettgedruckt = verbrieft) schwachgedruckt=
mitgeteilt, teilweise korregiert.
Anlage 3: Excel: Mitteldrücke