Quetschspalte ermitteln

Funktion der Quetschspalte

Die Quetschspalte befindet sich im äusseren Bereich des Brennraumes. Sie reicht von der Zylinderwand bis zum Beginn der Brenraumkalotte und entsteht bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens im oberen Totpunkt (OT). Die Quetschspalte (QS, engl. squish area) soll einerseits hohe Verwirbelungen und Turbulenzen am Ende des Verdichtungsvorganges erzeugen, damit das Gemisch schneller und vollständiger durchbrennt (siehe und ). Andererseits soll, so die Fachliteratur, ein enger Quetschspalt eine "selbstlöschende" Wirkung haben und Selbstzündungen (Klopfen) bzw. Detonationen effektiv verhindern können und . Klopfende Verbrennung tritt tendentiell eher bei hoch verdichteten Motoren (V_geom. > 11:1) auf. Je höher die effektive und geometrische Verdichtung ist, umso wichtiger ist eine funktionierende Quetschspalte. Anders ausgedrückt: Je besser die Funktion der Quetschspalte, umso höhere Verdichtungsverhältnisse können gefahren werden.

Die Quetschspalte erfüllt ihre Funktion nur, wenn der Quetschspalt klein genug ist. In der Fachliteratur werden im Allgemeinen Werte zwischen 0.9mm und 1.3mm genannt. Graham Bell beschreibt in seinem Buch Two-Stroke Performance Tuning einen idealen Bereich zwischen 0.7-0.9mm für 100-125ccm und 1.0-1.4mm für 177-250ccm. Das minimale Quetschmaß wird durch die Summe aus Fertigungstoleranzen, Lagerspiel, thermischer Ausdehnung und einem Sicherheitsabstand festgelegt und soll verhindern, dass der Kolben im Betrieb gegen den Kopf schlägt. In gewissen Grenzen gilt: Je grösser die QS ist, desto mehr unverbrannte Gemischreste (engl.: end gases), verbleiben im Spalt und können somit auch nicht in Leistung umgesetzt werden. Die Erhöhung der QS auf ein unnötig hohes Maß kann deshalb also zu einem Quentchen Leistungsverlust führen (siehe ), ganz abgesehen von Klopfen.

Häufig wird die Grösse der Quetschspalte mit dem Verdichtungsverhältnis gleichgesetzt. In gewissem Maße stimmt dies auch: Eine Erhöhung der Quetschspalte verringert zwangsweise das Verdichtungsverhältnis, da das Volumen im OT vergrössert wird - wie sehr sich das Verdichtungsverältnis dadurch verringert hängt vom Brennraumvolumen, dem Bohrungsdurchmesser und dem Hub ab. Aber: Grundsätzlich ist es aus oben genannten Gründen kontraproduktiv bei Klopfen die Quetschspalte zu erhöhen! Sinnvoller ist es, die Brennraumkalotte zu vergrössern. Siehe Brennraum.

Die Ermittlung und Einstellung der korrekten Quetschspalte ist also ein wichtiger Schritt bei der Motoreinstellung. Sie sollte bei jedem Umbau zur Sicherheit vor dem Starten des Motors geprüft werden!

• Quetschspalte zu gross: Keine wirksame Quetschwirkung - Bei geringerem Verdichtungsverhältnis weit unter 10:1 unproblematisch, relevant aber bei hoher geometrischen (>12:1) und effektiven Verdichtung >6.5:1 --> evtl. Klopfgefahr
• Quetschspalte zu klein: Aufgrund von Spiel, Wärmeausdehnung und Toleranzen kann das Kolbendach im Betrieb den Zylinderkopf berühren

Die Verdichtungserhöhung aufgrund einer Verkleinerung der QS ist unproblematisch, wenn ein Verhältnis von grob 12.5:1 (geom.) und 7.5:1 (effektiv) nicht wesentlich überschritten wird und der Motor korrekt eingestellt ist.

Praktisch alle Vespamotoren ab den Sechzigern hatten eine "Jockey-Hut"-ähnliche Zylinderkopfform mit in Richtung Einlass versetzter Brennraumkalotte. Eine Quetschspalte besteht bei dieser Form nur auf der Auslassseite und auch dort nicht in dem Maße, wie es bei modernen Zylinderkopfformen mit zentraler Kalotte der Fall ist. Diese "klassische" Brennraumform ist in Originalmotoren mit ihren geringen (geom.) Verdichtungsverhältnissen weit unter 10:1 unproblematisch, bei Tuningzylindern mit sehr hoher effektiver und geometrischer Verdichtung, müssen Massnahmen getroffen werden, um Denotationen bzw. klopfen vorzubeugen.

Übliche Formen der Quetschspalte sind ein paralleler oder ein in Richtung Brennraummitte aufgehender Spalt (positiver Quetschwinkel). Heutzutage finden sich verschiedene Kits am Markt mit beiden Formen. Parmakit liefert(e) beispielsweise ihren 177er Satz mit verschiedenen Zylinderköpfen aus, deren QS-Winkel trotz äusserlich gleicher Form unterschiedlich ist.

Die Höhe der Quetschspalte wird oft in einem Zug mit der geometrischen Verdichtung genannt, teilweise sogar gleichgesetzt. Das ist jedoch nicht ganz korrekt, denn das geometrische Verdichtungsverhältnis wird zwar von der Höhe der Quetschspalte beeinflusst, jedoch sollte die Änderung einer zu hohen Verdichtung nicht unbedingt oder nur in gewissem Maße über die Erhöhung der Quetschspalte erfolgen.

Das Verdichtungsverhältnis sollte anschliessend an die eingestellte Quetschspalte angepasst werden, indem die Brennraumkalotte bearbeitet wird (Zylinderkopfform (Brennraumkalotte bearbeiten) oder ein anderer passenderer Zylinderkopf mit passendem Brennraumvolumen verwendet wird. Im Allgemeinen sind Tuningkits so konstruiert, dass sie mit originalem Hub und einer Quetschspalte von meist 1.0-1.3mm eine geom. Verdichtung von 11:1 oder auch 12:1 haben. Verwendet man diese Zylinder aber mit einem grösseren Hub, erhöht sich damit auch das Verdichtungsverhältnis! In diesem Fall sollte zur Verringerung des Verdichtungsverhältnisses die Brennraumkalotte und NICHT die Quetschspalte vergrössert werden, denn das könnte kontraproduktiv sein. Das gilt vor allem für die hoch verdichteten Kits wie z.B. Parmakit, BGM, VMC etc. in Verbindung mit einer Langhubwelle. Werden diese Kits mit kurzen Steuerzeiten gefahren, ist die effektive Verdichtung oft grösser als 6.5:1.

Beispiel: Bei einem 177er Satz (D=63mm) mit einer QS von 1.2mm und einem geometrischen Verdichtungverhältnis von 10:1 hat der Brennraum 19.7 ccm. Bei einer zusätzlichen Dichtung mit Höhe 0.2mm (=0.6ccm), ändert sich das Verdichtungsverhältnis von (177+19.7)/19.7 = 10:1 nach (177+20.3)/20.3 = 9.7:1 nur wenig. Bei höherer Verdichtung (z.B. 12:1) und damit kleiner werdendem Brennraumvolumen kann eine zusätzlichen 0.2mm Dichtung jedoch mehr bewirken: (187+16)/16 = 12.7:1 nach (187+16.6)/16.6 = 12.3:1. Trotzdem sollte immer auf eine wirksame Quetschspalte geachtet werden: Jennings nennt 1.5mm als Obergrenze

Siehe dazu auch Artikel Verdichtungsverhältnis .

Vorgehensweise Quetschspalte ausmessen

Die Messung erfolgt mit einem Stück Lötzinn (je nachdem D=1.5 bis 2.5mm) mit einer Länge gleich dem Zylinderdurchmesser. Wichtig ist, dass es bis an beide Zylinderwände reicht und senkrecht zur Kolbenbolzenachse liegt. So werden Messfehler aufgrund von Kippeffekten verringert. Liegen beide Enden unterhalb der Kolbenbolzenachse, kann der Kolben kippen und abhängig vom Kolbeneinbauspiel (0.10-0.15mm) zu Messfehlern im bereich des Kolbeneinbauspiels führen. Mit einem guten Klebeband wird das Lötzinn auf dem vorher entfetteten Kolbendach fixiert und der Kolben Richtung UT zum „Schwung holen“ geschoben. Nachdem der Zylinderkopf mit dem korrekten Anzugsmoment montiert ist, Motor mit Schwung (Kickstarter) mehrmals durchdrehen. Wichtig ist, dass das Lötzinn durch die Kolbenbodenwölbung nicht vom Rand weggezogen wurde. Bei einer Quetschspalten-Form mit positivem Öffnungswinkel ergibt sich sonst ein grösserer Messfehler: Die QS wird als zu gross interpretiert, da sie ja zur Kolbenmitte hin aufgeht.

Nach Abnehmen des Lötzinns misst man jeweils die Enden mit einem ausreichend genauen(!) Messschieber und notiert sich die Werte am Besten mit der Anzahl Dichtungen zu Dokumentationszwecken auf dem Klebeband.

Im Falle von aufgehenden Quetschspalten notiert man sich am Besten auch den Wert am inneren Ende der QS (meist bei ca. -10mm). Hier erkennt man das Ende der Quetschfläche nur, wenn der Lötdraht entsprechend dick ist (>2mm).

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Literatur

• Jennings Two-Stroke Tuners Handbook, Seite 37ff
• 2-Takt Motoren Tuning, Teil 2, Roy Bacon, 5. Auflage 2013, Seite 27 ff
• The Art of Squishing Things Till They Give (Power), Dale Alexander
• H.W.Bönsch: Der schnellaufende Zweitaktmotor-Grundlagen
• Gordon P Blair - The Basic Design of Two-Stroke Engines