Quetschspalte ermitteln
Einleitung
Die Quetschspalte befindet sich im äussersten Bereich des Brennraumes und entsteht bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens in Richtung OT. Die Quetschspalte (Engl. squish area) soll einerseits hohe Verwirbelungen und Turbulenzen am Ende des Verdichtungsvorganges zu erzeugen, damit das Gemisch schneller und vollständiger durchbrennt (siehe [1] und [2]). Andererseits wurde festgestellt, dass ein enger Quetschspalt eine "löschende" Wirkung hat und Glühzündungen und Klopfen bzw. Klingeln effektiv verhindern kann [3] . Dies ist vor allem bei höheren Verdichtungsverhältnissen ab 10:1 relevant. 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. Unter 0.9mm sollte man nur gehen, wenn man ausschliessen kann, dass der Kolben den Zylinderkopf berührt.
Die Ermittlung und Einstellung der korrekten Quetschspalte ist ein wichtiger Schritt beim Motortuning und sollte bei jedem Umbau zur Sicherheit vor dem Starten des Motors durchgeführt werden! Ansonsten bestehen die folgende Gefahren: - Quetschspalte zu gross: Keine wirksame Quetschwirkung - nur relevant bei eher hoher geom. bzw. eff. Verdichtung >11:1 bzw. 7:1 --> Klopfgefahr; bei geringeren Verdichtungsverhältnissen unproblematischer - Quetschspalte zu klein: Aufgrund von Spiel, Wärmeausdehnung und Toleranzen kann das Kolbendach im Betrieb den Zylinderkopf berühren Die Verdichtungserhöhung aufgrund einer zu engen QS ist meist weniger tragisch, sofern ein Verhältnis von 12:1 nicht überschritten wird und der Motor korrekt eingestellt ist.
Praktisch alle Vespamotoren ab den Sechzigern besassen 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 "alte" Brennraumform ist in Originalmotoren mit geringer Verdichtung unproblematisch, bei Tuningzylindern mit sehr hohen geometrischen Verdichtungsverhältnissen von 11:1 bis 12:1 und mehr müssen Massnahmen getroffen werden, um Klopfen (Selbstentzündungen) vorzubeugen. Dies erfolgt durch eine sinnvoll dimensionierte Quetschspalte.
So hat auch die Form der Quetschspalte einen Einfluss: Die üblichen Formen sind ein paralleler oder in Richtung Brennraummitte aufgehender Spalt. Heutzutage finden sich verschiedene Kits am Markt mit beiden Formen. Parmakit lieferte beispielsweise ihren 177er Satz zeitweise mit mindestens zwei leicht variierenden Brennraumformen aus.
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 über die Erhöhung der Quetschspalte erfolgen und vor allem nicht auf einen unsinnigen Wert (>1.4mm)! Die Quetschspalte liegt gemäss einschlägiger Literatur (z.B.[4]) im idealen Bereich zwischen 0.7-0.9mm für 100-125ccm und 1.0-1.4mm für 177-250ccm. Das minimale Qeutschmass ist bestimmt durch die Summe aus Fertigungstoleranzen, Lagerspiel und thermischer Ausdehnung und soll verhindern dass der Kolben im Betrieb gegen den Kopf schlägt. Nur bei einem möglichst kleinen Spalt funktioniert die oft als "selbstlöschend" bezeichnete Wirkung der Quetschspalte.
Das Verdichtungsverhältnis sollte anschliessend an die eingestellte Quetschspalte angepasst werden, indem die Brennraumkalotte ausgedreht wird oder ein anderer passenderer Zylinderkopf mit passendem Brennraumvolumen verwendet wird. Im Allgemeinen sind Tuningkits so konstruiert, dass sie mit entsprechendem Hub und bei einer Quetschspalte von meist 1.0-1.3mm eine entsprechend passende Verdichtung von 10:1 bis 12.1 haben. Verwendet man diese Zylinder aber mit einem anderen Hub, z.B. bei Umbau auf 60mm Hub, erhöht sich das Hubvolumen und damit auch das Verdichtungsverhältnis! In diesem Fall sollte die Brennraumkalotte und NICHT die Quetschspalte vergrössert werden. Dies gilt vor allem bei hoch verdichteten Motoren wie z.B. dem Parmakit 177 (>12:1).
Beispiel: Bei einem 177er Satz 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.
Achtung: Auch bei einer Hubraumveränderung von 177ccm auf 187ccm erhöht sich bei gleicher Quetschspalte (1.2mm) die Verdichtung auf (187+19.7)/19.7 = 10.5:1. Dies ist vor allem bei hochverdichteten Kits (>11:1) wie z.B. Parmakit, BGM und VMC zu berücksichtigen.
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 in Richtung des Kolbenbolzens liegt. So werden Messfehler aufgrund von Kippeffekten ausgeschlossen. 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 schnell aufgeht. Das wäre eher ungünstig.
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