Verdichtungserhöhung (Berechung und Fragen)

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Joe1977
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Verdichtungserhöhung (Berechung und Fragen)

Beitrag von Joe1977 »

Hallo,

da ich grad meinen Motor ausseinander habe bin ich mal am nachdenken / rechnen ob sich da was optimieren lässt. Der Gedanke ist die Verdichtung zu erhöhen da es ja sowieso kein Normalbenzin mehr zu kaufen gibt (Reisen in Länder mit 87 Oktan Sprit plane ich nicht). Bitte mal mitdenken und evtl. auch nachrechnen:

Ausgangslage ist Folgende:

Motor 2499ccm, Verdichtung 1:7,5, Bohrung 92mm, Hub 94mm

Die Formel Verdichtungsverhältnis = (Hubraum + Brennraum) / Brennraum umgestellt nach Brennraum:

Brennraum = Hubraum / (Verdichtung - 1)

ergibt einen errechneten Brennraum vom 384,46ccm.

Nach meinen Recherchen dürfte eine Verdichtung vom 1:9,2 mit Superbenzin noch ohne Klopfen möglich sein. Hier also meine ersten Fragen:

Ist der Wert von 1:9,2 realistisch oder mit den vorhandenen Materialien nicht machbar?
Wechle thermischen Auswirkungen gäbe es; kann es dadurch zu Kühlungsproblemen kommen?


Weiterrechnen:

Um eine Verdichtung von 1:9,2 zu erreichen muss der Brennraum verkleinert werden. Der verkleinerte Brennraum muss hierfür also 2499/(9,2-1) = 304,75ccm sein. Das ist eine Verkleinerung um 79,71ccm / 4 Zylinder = 19,92ccm je Zylinder.

Die Fläche jedes Zylinders ist d² x pi /4 = 9,2² x 3,14 /4 = 66,44cm²

Um jetzt 19,92ccm weniger Brennraum zu erhalten ist die Höhe um 3,00mm zu kürzen.

Hier die nächsten Fragen:

Ist so viel Plazt damit die Kolben nicht an den Ventilen oder dem Zylinderkopf anstossen?
Da ja der Zylinder im Zylinderkopf eingepasst ist (und nicht wie bei herkömmlichen Motorblöcken der Motorblock und Zylinderkopf Plan) geht die Kürzung nur unten oder liege ich hier falsch?


Durch die Kürzung unten würden die Kolben weiter oben im Zylinder laufen. Angedacht ist die vorhandenen Zylinder weiter zu verwenden. Da aber die Kolben den Zylinder im jetzigen Laufbereich quasi ausgeschliffen haben müsste der obere Bereich in dem die Kolben jetzt neu laufen irdendwie nachgearbeitet werden. Der Ortsansässige Motorbauer hat hier bedenken angemeldet.

Kann das Problem nur durch neue Zylinder gelöst werden oder gibt es andere Möglichkeiten?

Und nun die abschließende Frage: Hatt das schon mal jemand gemacht und verrät es mir?



Danke für Eure Hilfe

Gruß Jochen
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Gremlin
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Beitrag von Gremlin »

Hallo Jochen

Ich kann hier einige Erfahrungen aus dem PKW bereich nennen.

Grundsätzlich stimme ich der Berechnung zu ich habe sie zwar nicht nachgerechnet, aber vom beschriebenen Vorgehen müsste das stimmen.

Die Verdichtung von 9.2 sehe ich als unproblematisch was das Klopfen anbelangt, der Zündzeitpunkt muss evtl. dementsprechend angepasst werden

Kühlung sehe ich auch weniger als Problem, da der Pinz meist im fetten Bereich läuft hat er eine gute Zylinderinnenkühlung.

Wenn der Zylinder unten gekürzt wird, müssen die Zylinder sicherlich nachgearbeitet werden, was dann auch den Einsatz von Uebermasskolben erforderlich macht.
Die andere Variante wäre der gleichzeitige Einsatz von anderen Kolben ( da kann ein erfahrener Zylinderschleifer/Motoreninstandsetzer weiterhelfen), so könnte man die Verdichtung und gleich auch die Kolbenfestigkeit ändern.

Etwas mehr bedenken hätte ich bezüglich dem Kurbeltrieb, denn mehr Verdichtung = mehr Verbrennungshöchstdruck = höhere Belastung von Kolbenbolzen / Pleuellager / Pleuel / Kurbelwelle.Da ist es schwierig abzuschätzen wieviele Reserven vorhanden sind.

Ich denke da stellt sich eine grundsätzliche Frage nach dem Budget und dem "Versuchsfaktor"

Wenn Du eine zweite Maschine auf Lager hast, würde ich mit gerinstem Aufwand diesen Versuch wagen ( Zylinder kürzen lassen und fein nachhohnen lassen , Kolben bleiben)
Falls es dann im Dauerbetrieb rumpelt, hast Du nicht viel verloren..

Hat die Maschine bereits einen Schaden, dass Du sie zerlegt hast ?
viele Grüsse aus der Schweiz

Dani
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Joe1977
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Beitrag von Joe1977 »

Hallo Dani,

danke für die Gedanken. Kurbelwelle etc. sind sicherlich höher belastet wenn die Verdichtung höher ist. Von der Konstruktion war der Motor aber ja auch Grundlage für den "Turboversuch". Ich denke da sind schon Reserven drin. Es gibt ja auch den Umbausatz für 2,7l Hubraum und die laufen wohl auch zuverlässig.

Sicherlich, mein Motor hat jetzt wohl bis zur ersten großen Reparatur 140.000km gemacht. Wenn er mit Umbauten nur 70.000km hält ist das bei meiner Jahresfahrleistung von rund 3.000 km auch noch akzeptabel. Wenn ich in 20 Jahren dann die nächste Revision habe ist das o.k :wink: .

Wie Du schon angenommen hast hab ich die Reperatur nicht aus Jux und Tollerei angefangen. Der Ölverbrauch von rd. 7l / 1.000 hat mich nachdenklich gemacht. Als er dann kaum noch Leistung hatte war es klar dass ein Problem vorliegt. Nach dem Öffnen haben wir dann 3 defekte Kolbenringe gefunden.

Jetzt bin ich halt grad am Ideen sammeln was ich dieser Situation gutes abgewinnen kann.

Gruß Jochen
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Gremlin
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Beitrag von Gremlin »

Wenn die Ringe gebrochen sind gibt es ja meist eh neue Kolben, weil die Ringträger meist aufgeweitet oder beschädigt sind

In dieser Situation würde ich die Zylinder auf Uebermasskolben bearbeiten lassen.
Ob eine Zylinderverkürzung von 3 mm möglich sind, kannst Du folgendermassen prüfen :
Motor auf OT drehen, und bei demontiertem Zylinderkopf messen, wieweit der Kolben gegenüber dem oberenZylinderrand vorsteht oder weiter unten ist. So kannst Du sicher verhindern, dass der Kolben am Zylinderkopf anschlägt ( Temp. Ausdehnung berücksichtigen )
Ob die Ventile nach der Verkürzung den Kolben berühren ist sicherlich schwieriger zu bestimmen. Lässt sich sicherlich auch bei max. Ventilhub messen und den Abstand berechnen. Da der Motor ja nicht gerade sehr hochdrehend ist, ist die Eigendynamik der Ventile nicht unbedingt von wichtiger Bedeutung für die Bestimmung für den Freigang.
Ich kenne gerade die Kolbenbodenform nicht, je nach Boden können auch kleine Ventiltaschen eingearbeitet werden.
viele Grüsse aus der Schweiz

Dani
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Platz im Brennraum

Beitrag von Pinzlinger »

Hallo,

um festzustellen wieviel platz noch für die ventile zum Kolben ist gibt es eine einfache methode:

zylinder draufstecken, und plastilin oder Kaugummi auf den kolben legen/Kleben.dann zyl-kopf montieren und durchdrehen(reicht bei einem zylinder) dann sieht man wieweit die Ventile an den Kolebn kommen und kann dementsprechen kürzen; wenn es Kontakt gäbe kann man auch bei ausreichender Kolbenbodenstärke Ventiltaschen fräsen... (aber denn nachher auslitern, und Kolbenmassen wiegen/ausgleichen)

Werd in den nöchten Tagen noch ein bissi rumrechnen.

Grüsse

Stefan
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Verdichtungserhöhung

Beitrag von Pinzlinger »

Hallo Jochen,

wie versprochen habe ich in der letzten Nacht ein bisschen am Pinzimotor rumgerechnet um einen Ueberblick zu bekommen. Hier eine Zusammenfassung:

bestehende Motoren:

Motor ROZ91
Verdichtung: 7.8:1
Zylinderhöhe: 128.20mm
Leistung: 90PS

Motor ROZ87
Verdichtung: 7.5:1
Zylinderhöhe: 128.87mm
Leistung 87PS

Motor ROZ78 (?)
Verdichtung 7.2:1
Zylinderhöhe: 129.54mm
Leistung 83PS


Aus diesen Daten habe ich thermodynamisch extrapoliert auf ROZ95, sodass der Verdichtungsenddruck im Verhältnis dazu steigt und auch die isentrope Verdichtungsendtemperatur dabei beobachtet:

MotorROZ91:
Verdichtungsenddruck (isentrop): 17.74bar
Verdichtungsenddtemp. (isentrop): 792K (519°C)

MotorROZ87:
Verdichtungsenddruck (isentrop): 16.79bar
Verdichtungsenddtemp. (isentrop): 780K (507°C)

MotorROZ78 (?):
Verdichtungsenddruck (isentrop): 15.86bar
Verdichtungsenddtemp. (isentrop): 767K (494°C)


Aus diesen Werten habe ich dann folgende Konfiguration für ROZ95 errechnet:
Motor ROZ95
Verdichtung: 8.1:1
Zylinderhöhe: 127.65mm
Leistung: 93PS
Verdichtungsenddruck (isentrop): 18.70bar
Verdichtungsenddtemp. (isentrop): 804K (531°C)

Hierbei steigt der thermische Wirkungsgrad zum häufigsten 87PS Motor um 1.35% das heisst auch der Spritverbrauch sinkt um diesen Wert. Die Leistung steigt etwas mehr da der Gaswechsel besser wird.

Bei diesen Werten sin dann meiner Meinung nach die ganzen Sicherheiten des Werkes noch drin, d.h. ich vermute dass man hier auf der sicheren Seite liegt. Auch die Ventilstoessel, denke ich, kann man im Einstellbereich so verkürzen ohne Probleme.

Wo noch einiges mehr drinliegt ist E85, denn das hat eine Oktanzahl die viel höher liegt (103?)...(weiss das wer, ich könnt noch weiterrechnen)

Durch die bevorstehende Revision und neuen Kolben von 92.5mm Bohrung anstatt 92mm wirst du noch ein paar Prozent plus bekomen.

Der Umbau auf die 2.7l Kolben (Bohrung 95.25mm wenn ich mich nicht irre) bringt 7% mehr Hubraum und etwas mehr als das Leistung da die Verdichtung auch leicht mitsteigt. Die Preis/Leistung ist hier aber (für mich) absolut indiskutabel. Auch dass mann dann niemals mehr eine Reparatur machen kann da dann die Bohrung doch zu gross wird und man nurmehr mit den Kühlrippen fährt.... (Wenn es neugegossenen Zylinder gäbe wäre das vertretbar). Mit der Verichtungserhöhung behält man die werksseitigen Reserven und die Möglichkeit der nächsten Revision- und der Leistungszuwachs ist nicht viel kleiner als bei der Hubraumerhöhung.

Wenn jemand weitergehende Fragen hat bitte stellen; Auch wenns jemand nachrechnet wär das sicher gut; Ist alles mit dem thermodynamischen Grundwissen als der Grundschule rechenbar. Nix kompliziertes.

Schöne weihnachtliche Grüsse

Stefan (Pinzlinger)
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Wolfram
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Re: Verdichtungserhöhung

Beitrag von Wolfram »

Hallo Stefan,

klingt ja interessant, aber leider versteh ich es nicht so ganz :cry:
Pinzlinger hat geschrieben: Aus diesen Werten habe ich dann folgende Konfiguration für ROZ95 errechnet:
Motor ROZ95
Verdichtung: 8.1:1
Zylinderhöhe: 127.65mm
Leistung: 93PS
Verdichtungsenddruck (isentrop): 18.70bar
Verdichtungsenddtemp. (isentrop): 804K (531°C)

Hierbei steigt der thermische Wirkungsgrad zum häufigsten 87PS Motor um 1.35% das heisst auch der Spritverbrauch sinkt um diesen Wert. Die Leistung steigt etwas mehr da der Gaswechsel besser wird.


1.35 heißt was? 35%?
6 PS mehr gegenüber 87 wären ca. 7% mehr Leistung :?: :?:

Und wie sieht das dann mit der Kühlung aus, wenn der 4. Zylinder jetzt schon eher zu warm wird, verträgt der dann die höhere Temberatur noch?

Denn der Umbau an sich wär wirklich nicht so schwierig und rechnet sich u.U. sogar relativ schnell, wenn der Spritverbrauch sinkt.

Gruß

Wolfram
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Beitrag von Joe1977 »

Hallo Stefan,

prima dass Du gerechnet hast. Mir stellt sich noch eine Frage: Sind Verdichtung und Oktanzahl bei jedem Motor in einem anderen Verhältnis? Wegen meiner Berechnung oben habe ich mir div. Rechenbeispiele für andere Motoren angesehen. Da wurde die Verdichtung in Abhängigkeit zur Oktanzahl bei 95 Oktan von 9.1 bis 9.5 angegeben. Woher kommt der große Unterschied zur Pinziberechnung mit 8.1 zu 1?

Gruß Jochen
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1.35

Beitrag von Pinzlinger »

Hallo,

1.35% theoretisch (eins komma fünfunddreissig) also fast nix aber doch etwas.

das sind natürlich keine 6 PS aber die 6 PS sind eine schätzung denn der Gaswechsel wird besser.

Verdichtung und Oktanzahl sind immer je nach Motor verschieden, denn es hängt von vielen vielen Parametern ab. z.B. Kühlung, Brennraumform, Lage der Zuendkerze .....
Bei meiner Berechnung müssten die werksseitigen Sicherheiten noch drin sein; Mehr Verdichtung könnte man dann nur ausprobieren.... Das ist halt dann auch riskant.

Kühlung sehe ich hier nicht problematisch da es wenig mehr ist. soviel müsste noch drin sein.

Grüsse

Stefan
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Wolfram
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Re: 1.35

Beitrag von Wolfram »

Pinzlinger hat geschrieben:1.35% theoretisch (eins komma fünfunddreissig) also fast nix aber doch etwas.
O.K., d.h, ich müßte jetzt noch wissen, wie der thermische Wirkungsgrad vorher ist, um die prozentuale Verbesserung zu rechnen, richtig?? :roll: ??

Du sagst ja, der Verbrauch geht im gleichen Maß zurück und das würde ich natürlich gerne in Litern ausrechnen :wink: - Leistungssteigerung bei gleichzeitiger Verbrauchsreduzierung, das klingt fast wie Alchemie oder Wundersteine! :lol: !

Gruß

Wolfram
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Re: 1.35

Beitrag von Pinzlinger »

Wolfram hat geschrieben:
Pinzlinger hat geschrieben:1.35% theoretisch (eins komma fünfunddreissig) also fast nix aber doch etwas.
O.K., d.h, ich müßte jetzt noch wissen, wie der thermische Wirkungsgrad vorher ist, um die prozentuale Verbesserung zu rechnen, richtig?? :roll: ??

Du sagst ja, der Verbrauch geht im gleichen Maß zurück und das würde ich natürlich gerne in Litern ausrechnen :wink: - Leistungssteigerung bei gleichzeitiger Verbrauchsreduzierung, das klingt fast wie Alchemie oder Wundersteine! :lol: !

Gruß

Wolfram
Hallo,

ist ganz einfach; du sparst theoretisch 1.35% Sprit, also bei 100Litern Verbrauch brauchst du neu nurmehr 98.65 liter. Also nicht viel.

Da aber der Gaswechsel besser wird kannst auch mehr Sprit ansaugen/verbrennen (dadurch höhere Mehrleistung als Wirkungsgraderhöhung). Dadurch wird die Verbrauchseinsparung vermutlich teilweise aufgezehrt werden. Aber natürlich du hast Mehr Kraft.

Solch eine Zylinderverkürzung muss aber immer mit neu ausgehonten Bohrungen gemacht werden. Bei gebrauchten geht das leider nicht.

Ich selber hab das alles nochnie gemacht da ich noch nicht in verlegenheit war das zu tun. Ich denke aber wenn ich einen neuen Motor machen würde würde ich das so tun.

Soviel dazu...

Grüsse

Stefan
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Beitrag von Joe1977 »

Hallo Stefan,

jetzt wird mir einiges klarer:
Verdichtung und Oktanzahl sind immer je nach Motor verschieden, denn es hängt von vielen vielen Parametern ab. z.B. Kühlung, Brennraumform, Lage der Zuendkerze .....
Bei meiner Berechnung müssten die werksseitigen Sicherheiten noch drin sein; Mehr Verdichtung könnte man dann nur ausprobieren.... Das ist halt dann auch riskant.
Dann wird wohl die Erhöhung auf 8.1 zu 1 werden. 6 PS mehr sind ja auch was. Meiner Meinung nach besser die Erhöhung um rund 7 Prozent als ein Bastelmobil. Aber die Vergaser werden ja nicht geändert. Da sollte doch der Verbrauch nicht höher werden:
Da aber der Gaswechsel besser wird kannst auch mehr Sprit ansaugen/verbrennen (dadurch höhere Mehrleistung als Wirkungsgraderhöhung). Dadurch wird die Verbrauchseinsparung vermutlich teilweise aufgezehrt werden. Aber natürlich du hast Mehr Kraft.
Gruß Jochen
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Beitrag von Gremlin »

Hallo Jochen

wir warten schon gespannt auf die Leistungsmessung und die Verbrauchswerte..

:idea: um die Kraft optimal auf die Strasse zu bringen empfehle ich dann Slickreifen +Dauerbetrieb aller Sperren und zum Bremsen einen auswerfbaren Fallschirm

:arrow: Für die Leistungsmessung hätte ich da einen Profi : http://www.youtube.com/watch?v=NxI_YLKtTBI
viele Grüsse aus der Schweiz

Dani
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Beitrag von Joe1977 »

Hallo Dani,

da fallen mir grade die Worte von Brösel ein:

"Und immer daran denken, mit dem Öl nicht sparsam sein!"

Gruß Jochen, der keinen Rennwagen erwartet!
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Beitrag von kawahans »

Danke an Pinzlinger!

Ich hoffe zwar, meinen Motor nicht so bald auseinander nehmen zu müssen, aber wenn, dann werde ich die Kompressionserhöhung sicher vornehmen. Es gibt ohnehin nur mehr 95iger Benzin und ein paar Ps mehr 8) 8) 8)

Das war echt super!

Liebe Grüße aus Graz!

kawahans
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Verdichtungserhöhung

Beitrag von Pinzlinger »

Hallo Kawahans,

danke, hab das gerne gerechnet, was soll man zu Weihnachten sonst so tun.... Da hat man Zeit für solche Besinnungen....

nochwas: ich ueberlege gerade ob man das weiter extrapolieren könnte für den Sprit E85 (leider muss man dann immer mit diesem Saft fahren) weil der hat eine Oktanzahl irgendwas über 100 (muss ers suchen wie hoch).

da könnte man echt hoch verdichten....

Grüsse

Stefan
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Beitrag von kawahans »

Ja, aber nur, wenn sich das mit dem Raum für die Ventilbewegungen noch ausgeht. Das muss ich auf alle Fälle nachmessen, wenn ich einen offenen Pinz-Motor sehe. Oder ich messe mir den Kolbenstand bei OT zum Kerzengewinde, einen neuen Kopf hätte ich liegen , bei dem kann ich den Platzbedarf für die Ventile nachschauen - nach dem Urlaub 8)
Ausserdem würde dann die Belastung für die Lager schon auch deutlich steigen?

Guten Rutsch und ein Gutes Neues Jahr an Alle!

kawahans
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Beitrag von Gremlin »

Wichtig ist bei der ganzen Sache , die Eigendynamik der Ventile und die Trägheit nicht zu vernachlässigen.
Da die Ventile nicht vertikal angeordnet sind und "mit dem Kolben" sich bewegen, sondern schräg in den Brennraum ragen, wäre ein Berühren von Kolben zu Ventilteller besonders kritisch, da bei der gerinsten seitlichen Krafteinwirkung auf den Ventilteller,dieser meist abbricht.
Beim Käfer war dieser "Freiraum" klein und die Trägheit der Ventile (schwache Feder) gross, obwohl die Ventile linear zum Kolbenweg sind.

Deshalb gabs da gerne Motorschäden. Immer auch ans Verschalten denken.
viele Grüsse aus der Schweiz

Dani
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Ventile und Kolben

Beitrag von Pinzlinger »

Hallo,

ja natürlich muss man da aufpassen dass ein mindestfreiraum bleibt. Theoretisch müsste man beim Pinzi gucken dass der Kolben so knapp wie möglich an die Quetschkanten des Zylinderkopfes herankommt. Dann gibt es gute Verwirbelungen und höhere Leistung :)

Die Ventile stehen beim Pinzi soweit ich weiss gerade drin. Wenns für die Ventile nicht reich müsste man Taschen in den Kolben fräsen... (wenn die Wandstärke ausreicht). Bei einem Puch 650TR Motor hab ich das schon mal gesehen. Da stehen die Ventile aber schräg.

Nadann,

Grüsse

Stefan
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Beitrag von Gremlin »

Ist zwar schlecht ersichtlich, ich denke die Ventile stehen schräg drin :

http://www.gut-automobile.ch/de/pinzgauer_gallery/19
viele Grüsse aus der Schweiz

Dani
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