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Begriffe :

Zylinderkopf = ZK

Zylinderkopfdichtung = ZKD

1 l  = 1.000 cm³  =  1.000 ml

π (Pi)  =  3,14159265358979  =  gerundet 3,14

1. Definition Verdichtungsraum

Der Verdichtungsraum ist das Volumen (V_c), das übrig bleibt,
wenn der Kolben im Verdichtungstakt im OT steht ( = Zünd-OT).

Je kleiner dieses Volumen ist, desto höher wird die Verdichtung, desto höher auch der Wirkungsgrad, desto höher aber auch die Klopfneigung und dem entsprechend höher die mechanische Belastung des Kurbeltriebs.
(Nimmt man zur Kontrolle die Lagerschalen der Pleuellager heraus, zeigen sich an ihnen - außermittig - erhöhte Belastungspunkte, sollte denn der Motor tatsächlich "Klopfen" .)

Das Verdichtungsverhältnis (ε) sollte nicht zu niedrig gewählt werden, um die Energie des Kraftstoffs bestmöglich nutzen zu können, aber auch nicht zu hoch sein, um ein unkontrolliertes Entzünden des Kraftstoffes (Klopfen / Klingeln) zu verhindern und hängt deshalb auch stark davon ab, auf welche Kraftstoffsorte (Oktanzahl) der Motor ausgelegt wird.

Faustformel :

Je höher die Oktanzahl,

desto höher das mögliche Verdichtungsverhältnis bzw.

desto geringer die Gefahr des Klopfens bei gleichbleibendem Verdichtungsverhältnis .

Zum Verdichtungsraum zählen neben dem reinen Volumen im Zylinderkopf selbst noch evtl. Aussparungen im Kolben (z.B. Ventiltaschen), der Raum zwischen dem Feuersteg und Zylinderlaufbahn des Kolbens sowie das Volumen der Zylinderkopfdichtung das abzüglich eines evtl. Kolbenüberstand noch übrigbleibt.

2. Verdichtungsraum auslitern

Die Bestimmung des Verdichtungsraumes kann grundsätzlich auf zwei Arten Erfolgen:

2 a)    Bei montiertem Zylinderkopf

Dabei wird in senkrechter Lage der Zylinderlaufbahn der Kolben des zu messenden Zylinders in den Zünd-OT gestellt und durch die Kerzenbohrung mit einer Spritze,
mit 1ml genauer Skalierung,
bis zur Unterkante des Kerzenloches Flüssigkeit (z.B. Petroleum, Dieselöl oder dünnes Motoröl) eingefüllt, und die Menge an der Skala abgelesen (1ml = 1ccm = 1cm³).

Diese Methode ist aber durch evtl. Luftblasen im Vc, über (verschlissene) Kolbenringe abfließende Flüssigkeit, der nicht Berücksichtigung des Kerzenvolumens und meist schlechte Sicht/Zugänglichkeit durch das Kerzenloch nicht sehr genau.

Auch lässt sich so nur der jeweilige Ist-Stand Ermitteln, und zu jeder Änderung oder Korrektur müsste der Kopf wieder demontiert werden, was entsprechende Folgekosten (Arbeitszeit, Zylinderkopfdichtung, Kopfschrauben, etc.) mit sich bringt.

Daher bietet sich diese Methode, wenn überhaupt, eher zur abschließenden Überprüfung an.

Nach dem Auslitern ist die Meßflüssigkeit vor dem Betrieb wieder abzusaugen!

2 b)    Bei demontiertem Zylinderkopf

Diese Methode sei hier im Folgenden ausführlich beschrieben:

Benötigt wird:

-      Spritze mit ca. 60ml Inhalt und 1ml genauer Skala

-      Dicke transparente Plexiglasplatte (10-15 mm)

-      Zylinderkopf mit montierten (dichten) Ventilen und Zündkerzen

-      verwendeter Kolben (nur falls Ventiltaschen bzw. Kolbenmulden vorhanden)

-      alte Zylinderkopfdichtung

 -     Meßflüssigkeit (der Verfasser dieses Berichts verwendet hier Wasser mit Spülmittelzusatz, das Spülmittel dient zur Reduzierung der Oberflächenspannung des Wassers und ist durch die Färbung besser ablesbar)

Vorbereitung:

In die Plexiglasplatte werden im Bereich des Brennraums am Rand zwei kleine Löcher gebohrt, ein Loch dient dabei zum Einfüllen der Messflüssigkeit und durch das zweite (gegenüber liegende) kann die Luft aus dem Brennraum entweichen.

Damit alles dicht ist , werden sowohl die Sitzringe der Ventile als auch die Auflagefläche der Plexiglasplatte dünn mit Fett bestrichen.

Durchführung:

Jetzt wird mit der Spritze die Meßflüssigkeit aufgezogen und eingefüllt, bis der Brennraum des Zylinderkopfes eben und blasenfrei gefüllt ist und die eingefüllte Menge danach an der Skala der Spritze abgelesen.

Dieser Vorgang wird zu Vergleichs - und Abgleichszwecken bei allen Zylindern durchgeführt.

Da das Volumen im Zylinderkopf nur ein Teil des gesamten Verdichtungsraumes ist, müssen die Zylinderkopfdichtung und die Kolbenmulden (Ventiltaschen) ebenfalls ausgelitert werden.

Das Volumen der Ventiltaschen wird dabei auf die gleiche Weiße ermittelt , wie das Volumen im ZK.

Das Volumen der ZKD ließe sich zwar auch rechnerisch bestimmen, jedoch ist die Aussparung der ZKD in unserem Fall nicht kreisrund sondern leicht oval (siehe Bild), weshalb ich die ZKD gleich mit dem Zylinderkopf zusammen ausgelitert habe, was mir zusätzlich auch noch ein Rechenschritt spart ;)

Berechnung:

Nach dem Auslitern werden die einzelnen Werte, also Brennraum , ZKD  und Ventiltaschen  zusammen gerechnet,

das Volumen zwischen Zylinderwand und Feuersteg, rechnerisch ermittelt und addiert

und vom Ergebnis das Volumen des Kolbenüberstands (berechnet) abgezogen.

Berechnung Volumen - Kolbenüberstand : V _KÜ =  π   x   r _Kolben² x h _Kü)  / 1.000

Beispiel Serien 7A: 

V _Kü   =  ( 3,14   x   40,875 mm²   x   0,6 mm ) / 1.000 = 3,1493 cm³

Berechnung Volumen - Feuersteg:     V _FS  =   V _Zylinder   -   V _Kolben  
(Höhe = Höhe Feuersteg - Höhe Kolbenüberstand)

V _Zylinder   = (  π   x   r _Zylinder²   x   h _Kü )  / 1.000

V _Zylinder     =    ( 3,14   x   41,255 mm²   x   6,4 mm )  / 1.000   =   34,22 cm³

V _Kolben   =  (  π   x   r _Kolben²   x   h _Kü )  / 1.000

V _Kolben     =    ( 3,14   x   40,875 mm²   x   6,4 mm )  / 1.000   =   33,59 cm³

V _FS     =     35,05 cm³   -   34,20 cm³   =   0,63 cm³

Berechnung Gesamtverdichtungsraum (V_c):

V_c   =   V _Zylinderkopf   +  V  _{Zylinderkopfdichtung}   +   V _{Ventiltaschen}  +  V _Feuersteg  -  V _{Kolbenüberstand} 

Beispiel Audi Serien 7A:  

V_c   =   55,0 cm³   +   1,0 cm³   +   1,0 cm³   +   0,63 cm³   -   3,1493 cm³  =   54,4807 cm³

Berechnung Verdichtungsverhältnis (ε):

ε = ( V_h + V_c ) / V_c

V_h  =   Volumen Einzelzylinder - berechnet aus Bohrung und Hub gem. Herstellerangaben

Beispiel Audi Serien 7A:

Bohrung (B) =  82,5 mm  ,  Hub (H) =  86,4 mm

==>        V_h  =  ( B²  x    π )  /  4   x  H  / 1.000 cm³

V_h  =  ( 82,5  x  82,5  x  3,141....  /  4 )  x  86,4  / 1.000 cm³

V_h  =  461,86  cm³

==>          ε =   ( 461,86cm³   +   54,4807cm³ )  /   54,4807 cm³   =   9,48   ==>   9,48  :  1

Der 7A Motor hat also serienmäßig in Wirklichkeit nur ein Verdichtungsverhältnis von 9,48 : 1

(Audi gibt in seinen Technischen Unterlagen jedoch fälschlicher weise einen Wert von 10,3 : 1 an)

Wichtige Eckdaten (2,3l 7A Serie):

Kolbenüberstand = 0,6mm

Feuersteg = 7,0mm

Dicke ZKD = 1,75mm

Durchmesser Feuersteg: 81,75mm

Alternativ kann zur Vereinfachung auch

dieser Verdichtungsrechner zum Download

benutzt werden ( => Link anklicken, Speichern unter, usw.).

Zu Beachten ist dabei aber, daß bei der Berechnung des Volumens von einer Kreisrunden ZK-Dichtung ausgegangen wird, und sich der Kolbendurchmesser bei der Berechnung des Kolbenüberstands am Durchmesser der ZK-Dichtung orientiert, sowie das Volumen des Feuerstegs nicht berücksichtigt wird, was aber nur eine minimale Ungenauigkeit im 0,X Bereich ergibt.

 Übrigens :