Quetschflächen- und Verdichtungsraumgestaltung (Update18.03)

[WBM]

Tach

Das Problem sollte man separat betrachten, um die Auswirkungen richtig interpretieren zu können, deswegen sollten wir ein gleichbleibendes Verdichtungsverhältnis annehmen und die Quetschflächen/Verdichtungsraumgestaltung für sich ansehen.

Das sollten wir auch tun. Sagen wir mal 12:1...bei gleichbleibendem Volumen, wie bei deinen zwei Köpfen. Breite Fläche hoher Brennraum..schmale Fläche flacherer Brennraum. Das Verdichtungsverhältnis ändert sich nicht ob die Fläche nun breit oder schmal. Bei gleichbleibendem Verdichtungsverhältnis breite Fläche für Untenrum...schmale für Obenrum....das würde mich Interesierern.
Der klopffreie Spalt fördert die Durchbrenngeschwindigkeit...ja...wie aber sein Name schon sagt reduziert er Primär die Klopfneigung. Das Zeugs soll schnell u. restlos durchbrennen ....ohne Hitzenester zu hinterlaßen was zu einer Oberflächenzündung führen konnte. Selbsverständlich dient das sicherlich auch dem Energiehaushalt....gute Verbrennung..gute Energieausnutzung.
Aber die Verdichtung wird nicht durch den klopffreien Spalt ein weiteresmal gepuscht. Und warum ist der Energiehaushalt Untenrum mit einer breiten, Obenrum nit einer schmalen Zermatschfläche zu beeinflußen.
Du vestehst auf was ich hinaus möchte...

Zur Zermatschfläche: Denke es geht um den Energiehaushalt. (links)Das Gemisch muss auf einer grossen Fläche verdrängt werden, die benötigte Kraft steigt mit der Geschwidigkeit der Verdrängung überproportional zur Fläche auf die die Kraft wirkt.(sprich grössere Fläche und Geschwindigkeit = mehr Arbeit zu verrichten)

Das Gemisch wird zu jeder Drehzahl verdrängt...Untenrum in einen höheren Brennraum...Obenrum in einen flacheren Brennraum....bei gleicher geometrischen Gegebenheiten....wie nahmen ja 1:12 an

Gruß Thomas

[rasputin]

gegeben sind zwei Zylinderkopfe mit integrierten Verdichtungsräumen. Beide für denselben Motor bestimmt und beide mit gleichen Volumen; der Unterschied liegt lediglich in der Gestaltung der Kalotte und Quetschfläche.

Links: Grössere Quetschfläche und tiefere Kalotte<->Rechts: kleinere Quetschfläche und flachere Kalotte.

EDIT:
Zahlen Quetschfläche: links 57,8% <-> rechts 49%
bezogen auf die Grundfläche

Nochmal: Volumen ist gleich!!!

Natürlich werde ich mir noch Bell&Co reinziehen, bevor ich mich entscheide (eigentlich hab ich das schon), aber ich wollte mal vorab Infos über Vor- und Nachteile der jeweiligen Gestaltung sammeln. Un denke das wäre für die anderen User auch interessant

es gibt da keine prinzipiellen vor- und nachteile, und man kann da auch nix verallgemeinern (von wegen "viel quetschfläche für niedrige drehzahlen" etc.). es kommt immer auf die konkreten maße an.

der sinn der quetschspalte ist, das gemisch zu verwirbeln, um so die durchbrenn-geschwindigkeit des gemischs zu erhöhen. die verwirbelungs-geschwindigkeit (englisch: "squish velocity") ist abhängig von: größe der quetschfläche, quetschkantenhöhe, und verdichtung.
(aus gründen der vollständigkeit: ein weiterer grund für zylinderköpfe mit quetschspalten ist das verringern der hitzebelastung des kolbens, insbesondere des feuerstegs.)

wenn man zum beispiel von 58% quetschfläche auf 49% runtergeht, dann kann man das durch eine entsprechend kleinere quetschkantenhöhe ausgleichen, und die performance bleibt (fast) identisch. deshalb muß man immer alle drei oben genannten werte kennen, um aussagen über den "drehzahlbereich" treffen zu können.

aber selbst dann sind die errechneten werte nur ein anhaltswert, der richtig interpretiert und im zusammenhang mit dem kompletten motor betrachtet werden muß. es gibt da kein "patentrezept" hinsichtlich der gestaltung eines zylinderkopfes... bei minibikes macht es zum beispiel sinn, zylinderköpfe auf recht "niedrige" drehzahlen abzustimmen, um ihnen "untenrum" zu etwas mehr leistung zu verhelfen.

bei minibikes kommt noch eine weitere eigenheit dazu:
bei motoren mit festgelegtem zündzeitpunkt hat auch der brennraum, insbesondere die position der zündkerze, einen nicht unerheblichen einfluss auf die verbrennung.

alles in allem ist die zylinderkopf-auslegung i.m.h.o. eine beherrschbare materie. aufgrund des fixen zündzeitpunkts bei minibikes allerdings heißt's: probieren geht über studieren.

r

[mr.big.pig]

Tag,

danke an rasputin für den Beitrag erstmal, immer wieder schön professionelle Meinung zu hören

die verwirbelungs-geschwindigkeit (englisch: "squish velocity") ist abhängig von: größe der quetschfläche, quetschkantenhöhe, und verdichtung.

Aus diesem Grund habe ich versucht das Problem einzugrenzen indem ich die restlichen Faktoren festgesetzt habe, um die Auswirkungen im Einzelnen besser sehen zu können.
Annahme: Die QHöhe wurde festgesetzt (sowie Verdichtung) und die QFläche variiert.
Grosse Quetschfläche ist, wegen der grossen Verdrängungsfläche, bei hohen Drehzahlen ungünstiger als kleine QFläche. Das stimmt doch ?!
Bsp:
Vedichtung 12:1 und QHöhe bei 0,5mm sind fix, nun habe ich zwei Köpfe mit 58 und 49%iger QFläche. Der 58%er ist für hohe Drehzahlen weniger "geeignet" als der 49er und umgekehrt. Stimmt?

Letztendlich bleibt es eine kombinatorische Aufgabe, deren Lösung von den gesetzten Anforderungen abhängt.

bei minibikes kommt noch eine weitere eigenheit dazu:
bei motoren mit festgelegtem zündzeitpunkt hat auch der brennraum, insbesondere die position der zündkerze, einen nicht unerheblichen einfluss auf die verbrennung.

Damit möchte ich mich noch beschäftigen, denn beim rechten Kopf ist die Kalotte flacher und die Kerze ist automatisch näher am Kolben dran. Ich habe den rechten auch gewählt da ich die flachere Kalotte für effizienter (von der Kraftausbeute) halte, weil die Kraftvektoren, meiner Meinung nach, steiler zum Kolbenboden verlaufen müssten.


Gruss

[rasputin]

Annahme: Die QHöhe wurde festgesetzt (sowie Verdichtung) und die QFläche variiert.
Grosse Quetschfläche ist, wegen der grossen Verdrängungsfläche, bei hohen Drehzahlen ungünstiger als kleine QFläche. Das stimmt doch ?!
Bsp:
Vedichtung 12:1 und QHöhe bei 0,5mm sind fix, nun habe ich zwei Köpfe mit 58 und 49%iger QFläche. Der 58%er ist für hohe Drehzahlen weniger "geeignet" als der 49er und umgekehrt. Stimmt?

ja.

Letztendlich bleibt es eine kombinatorische Aufgabe, deren Lösung von den gesetzten Anforderungen abhängt.

und letztendlich bleibt es immer ein kompromiss. wie alles im leben.

von den beiden domecaps wird das mit 58% besser laufen, weil es untenrum (7500-10000) für knackige leistung sorgt, und obenraus (10000-12000) noch nicht drosselt.
das 49%-domecap paßt eigentlich besser zum restlichen motor, d.h. entspricht eher dem lehrbuch, hat aber bei der anwendung im minibike (1-gang mit fliehkraftkupplung) einen entscheidenden nachteil: der motor dreht obenrum freier aus, verliert aber untenrum seinen knackigen leistungseinsatz.

diese aussagen habe ich mir nicht anhand deiner zahlen aus den fingern gesogen, sondern:
die werte der domecap mit 58% quetschfläche entsprechen im großen und ganzen denen des bzm-motors. die werte mit 49%-domecap entsprechen in etwa denen eines bzm-motors mit zusätzlicher 0,1mm-dichtung. wobei der bzm-motor natürlich höher verdichtet ist (von nix kommt nix).

bei minibikes kommt noch eine weitere eigenheit dazu:
bei motoren mit festgelegtem zündzeitpunkt hat auch der brennraum, insbesondere die position der zündkerze, einen nicht unerheblichen einfluss auf die verbrennung.

Damit möchte ich mich noch beschäftigen, denn beim rechten Kopf ist die Kalotte flacher und die Kerze ist automatisch näher am Kolben dran. Ich habe den rechten auch gewählt da ich die flachere Kalotte für effizienter (von der Kraftausbeute) halte, weil die Kraftvektoren, meiner Meinung nach, steiler zum Kolbenboden verlaufen müssten.[/quote]
kraftvektoren?

r

[mr.big.pig]

Hallo nochmal,

die werte der domecap mit 58% quetschfläche entsprechen im großen und ganzen denen des bzm-motors. die werte mit 49%-domecap entsprechen in etwa denen eines bzm-motors mit zusätzlicher 0,1mm- dichtung. wobei der bzm-motor natürlich höher verdichtet ist (von nix kommt nix).

Zusätzlicher Kopfdichtung? bei verkleinerten QFläche ... verringert sich dabei nicht die "Squish-Velocity"? Oder wird hier die Verdichtung nochmals höher gesetzt?

Du scheinst ja mit den Daten der BZM motoren gut vertraut zu sein. Von wieviel höher sprechen wir da? Eine konkrette Zahl vllt, da ich noch nicht die Ehre hatte, so ein Ding auch mal anzufassen geschweige denn zu vermessen.

kraftvektoren?

Das verbrennende Gas dehnt sich in alle Richtungen aus, dabei wirkt die Kraft auch in alle Richungen. Bevor ich lange unverständlich erkläre, mal eine Zeichnung zur Veranschaulichung/Verwirrung:


Domecap bewegt sich nicht, also wirkt die Kraft senkrecht entgegengesetzt zur Fläche auf die ihr Vektor gerichtet ist. Somit fällt der Effektivitätswinkel der Kraftvektoren beim flacheren Domecap steiler zum Kolbenboden aus und somit ist auch die wirkende Kraft grösser(an den blauen Pfeilen am besten zu sehen, wobei rot die optimale/Hauptrichtung wäre). Vllt bringe ich da was durcheinander und es verhält sich anders mit Gasen, bitte nicht steinigen. Physikunterricht ist was länger her


Gruss

[rasputin]

die werte der domecap mit 58% quetschfläche entsprechen im großen und ganzen denen des bzm-motors. die werte mit 49%-domecap entsprechen in etwa denen eines bzm-motors mit zusätzlicher 0,1mm- dichtung. wobei der bzm-motor natürlich höher verdichtet ist (von nix kommt nix).

Zusätzlicher Kopfdichtung? bei verkleinerten QFläche ... verringert sich dabei nicht die "Squish-Velocity"? Oder wird hier die Verdichtung nochmals höher gesetzt?

zusätzliche fußdichtung (0,1-0,15mm).

ja, bei kleinerer quetschfläche verringert sich die "squish velocity". bei größerer quetschkantenhöhe ebenfalls.

durch die etwas gesunkene s.v. läuft die verbrennung etwas langsamer ab. das ergebnis ist vergleichbar mit dem verstellen der zündung richtung "spät". da man bei minibikes den zündzeitpunkt nicht einstellen kann muß man diesen weg gehen, wenn die leistungsentfaltung zu ruppig ist.

Du scheinst ja mit den Daten der BZM motoren gut vertraut zu sein. Von wieviel höher sprechen wir da? Eine konkrette Zahl vllt, da ich noch nicht die Ehre hatte, so ein Ding auch mal anzufassen geschweige denn zu vermessen.

13:1

ein herrlicher motor. solides engineering, traumhafte verarbeitung, 12 bar mitteldruck bei 10000 ergibt 11,5 ps am hinterrad. für meinen geschmack viel zu viel leistung... unfahrbar.

Das verbrennende Gas dehnt sich in alle Richtungen aus, dabei wirkt die Kraft auch in alle Richungen. Bevor ich lange unverständlich erkläre, mal eine Zeichnung zur Veranschaulichung/Verwirrung:

[...]

im brennraum herrscht überdruck, d.h. die kraftpfeile zeigen alle nach aussen, und zwar senkrecht zur aussenfläche. im falle des flachen kolbens zeigen alle pfeile senkrecht nach unten, unabhängig von der brennraumkontur.

r

[mr.big.pig]

Tag,

13:1
ein herrlicher motor. solides engineering, traumhafte verarbeitung, 12 bar mitteldruck bei 10000 ergibt 11,5 ps am hinterrad. für meinen geschmack viel zu viel leistung... unfahrbar.

Geschmäcker sind zum Glück verschieden, aber das Wort "unfahrbar" habe ich schon öfter in dem Zusammenhang gehört Ich wäre schon froh wenn mein Töff-Töff soviel an der KW bringt ...

Sprechen wir von der effektiven Verdichtung? (ich habe mal etwas im Taschenrecher rumgetippt, um das Volumen der Domecap für solche Verdichtung auszurechnen.... bin von einer Auslassdauer von 180° und QKHöhe von 0,5mm ausgegangen, wird evtl ungefähr stimmen, also halben Hub)
.. dann müsste das Volumen der Domecap bei knapp 1,5ccm + 0,6 für das freigegebene Volumen durch QK* liegen, nochmal

(* Blöde Frage nebenbei: Bei der Berechnung muss man doch das Volumen welches durch die QKhöhe entsteht mitberücksichtigt werden. Nicht das es üblich ist das zu vernachlässigen oder so, wobei das Schwachsinn wäre , aber sicher ist sicher )

im brennraum herrscht überdruck, d.h. die kraftpfeile zeigen alle nach aussen, und zwar senkrecht zur aussenfläche. im falle des flachen kolbens zeigen alle pfeile senkrecht nach unten, unabhängig von der brennraumkontur.

War also doch anders, naja aus Fehlern lernt man.

Wäre damit der eigentliche Sinn einer flachen Kalotte, die Kerze näher an den Kolben zu bringen? Oder habe ich wieder was ausser Acht gelassen...


Gruss

[rasputin]

Tag,

13:1

Sprechen wir von der effektiven Verdichtung?

nene, theoretische verdichtung.

(* Blöde Frage nebenbei: Bei der Berechnung muss man doch das Volumen welches durch die QKhöhe entsteht mitberücksichtigt werden. Nicht das es üblich ist das zu vernachlässigen oder so, wobei das Schwachsinn wäre , aber sicher ist sicher )

klar, das volumen wird mit einbezogen.

Wäre damit der eigentliche Sinn einer flachen Kalotte, die Kerze näher an den Kolben zu bringen? Oder habe ich wieder was ausser Acht gelassen...

normalerweise ist die flache kalotte keine gewünschte form, sondern ein resultat von großer bohrung plus hoher verdichtung.
mir sind nur zwei zylinderköpfe bekannt, bei denen die kerze absichtlich nahe an den kolben geführt wurde: tzr 125, und blata. die tzr ist schon etwas älter, und es ist bekannt, daß diese köpfe scheisse sind. warum blata das macht... keine ahnung.

r

[mr.big.pig]

Hallo nochmal,

nene, theoretische verdichtung.

Ich dachte schon, der Teufel selbst muss diesen Motor gebaut haben!

normalerweise ist die flache kalotte keine gewünschte form, sondern ein resultat von großer bohrung plus hoher verdichtung.

Und festgesetzten QFläche. War mir klar, da ich zwei Exemplare auf dem Tisch liegen habe an denen es deutlich wird. Mir gings dabei um die absichtliche flache Ausführung, die scheint aber nicht so sinnvol zu sein.

mir sind nur zwei zylinderköpfe bekannt, bei denen die kerze absichtlich nahe an den kolben geführt wurde: tzr 125, und blata. die tzr ist schon etwas älter, und es ist bekannt, daß diese köpfe scheisse sind. warum blata das macht... keine ahnung.

Über die Vor- und Nachteile muss ich mich noch irgendwo reinlesen, aus deinem Statement heraus, kann ich aber schon eine gewisse Tendenz schlussfolgern. Kann mir thermische Probleme vorstellen ... mal sehen.

Vielen Dank, so lernt man echt was!


Gruss

[WBM]

Tach
Mal wieder was für die LK-Fraktion. Standart BB Kopf mit 44 er Durchmesser.



Eingeschnürter Brennraum mit 63% Quetschfläche. Ganz schön viel

Gesammtfläche 1520 mm²
Brennraumfläche 660 mm²
Zermatschfläche 860 mm²

Ich Kombiniere sowas ganz gerne mit einer BP Kerze, also mit vorgelagerter Funkenstrecke

Das ist der Kopf des 14 k Motors mit einem Durchmesser von nur 40 mm.



Brennraumdurchmesser ebenfalls 29 mm.
Quetschfläche bei diesem Zylinderkopf 47%

Gruß Thomas

[mr.big.pig]

Liegt der Aussendurchmesser der Quetschfläche bei Dir auch bei 40mm? Finde das "doof" bei einer Bohrung von 44mm ...

EDIT: So stark verrusst das Ganze .. bei mir sind die Kappen immer relativ sauber, zumind ist keine massive Kohlebildung zu sehen und man kann es meist mit einem Tuch sauberwischen.

Gruss

[WBM]

Tach
Nein..ich fahre doch abgedrehten 40 ccm Standartzylinder mit 40 er Bohrung.
Den unteren Kopf hatte ich von Axel bekommen...es handelt sich tatsächlich um einen seinerzeitigen BB Kopf obwohl er nur 40 mm im Durchmesser hat.
Der wurde ganz normal mit dem BB Zylinder verkauft...keine Ahnung warum

Gruß Thomas

[mr.big.pig]

Tach
Nein..ich fahre doch abgedrehten 40 ccm Standartzylinder mit 40 er Bohrung.
Den unteren Kopf hatte ich von Axel bekommen...es handelt sich tatsächlich um einen seinerzeitigen BB Kopf obwohl er nur 40 mm im Durchmesser hat.
Der wurde ganz normal mit dem BB Zylinder verkauft...keine Ahnung warum

Gruß Thomas

Das meine ich ja, war bei meinem nämlich auch so. Da ist also noch Handlungsbedarf

Gruss

[WBM]

Tach

EDIT: So stark verrusst das Ganze .. bei mir sind die Kappen immer relativ sauber, zumind ist keine massive Kohlebildung zu sehen und man kann es meist mit einem Tuch sauberwischen.

Sieh dir das Bild mal genau an. Spezielle den unteren Rand der Kupferdichtung...ungewöhnlich Druckspuren, näheres steht im 14k Beitrag.
Auch der umlaufende Rand von 2 mm auf eine Höhe von 1mm (zwei Kupferdichtungen a 0.5 mm verbaut) verschenkte ca 0.26 ccm³. Hört sich verschwindet gering an...drückte aber die geo. Verdichtung um 0.8....von 12.4 auf 11.6:1 Es handet sich nur um ein Berechnungsbeispiel. Die momentanen Werte liegen etwas anders.



Fazit..die Verbrennung war Scheiße.
Basis des Gemischs mineralisches Zweitaktöl...billisch

Gruß Thomas

[mr.big.pig]

Tach

Fazit..die Verbrennung war Scheiße.
Basis des Gemischs mineralisches Zweitaktöl...billisch

Gruß Thomas

Wird wohl dran liegen Ich fahre ja das teuere Vollsynthetikzeugs