Mat vs. Füllung vs. Klopfneigung

[ChristianK]

Ich habe gestern das Cabrio auf 2.0L umgebaut und eben die ersten 150Km gefahren. Nun ist es so, dass ich vergessen habe, die Verdichtung auszurechnen. bzw. habe ich die Unterlagen vom auslietern des Kopfes nicht mehr. Und nun ist der Motor wieder zusammen.

Ich habe pauschal zum 1,8er kennfeld mal ab 2000 6' Zündung weg genommen. Wie sich herausstellte, viel zu wenig. Mittlerweile bin ich bei etwa 10' weniger und einer extrem krassen zündrücknahme ab 28'C über die mat.

Der Motor ist definitiv zu hoch verdichtet. Zumal noch eine zahmere Nockenwelle folgen wird. Ich schätze, dass ich irgendwo um 13,2:1 liege. Grob überschlagen. Ich werde mir morgen mal irgendeinen Kopf schnappen und auslitern.

Auf jeden Fall ist der Motor extrem klopfempfindlich geworden. Voll ausgeregelt liegen nun gerademal 26' an. Bei einer mat von unter 20'C.

Ich verstehe einfach nicht, warum die klopfneigung mit steigender mat so arg zunimmt. Kann mir das jemand mal erklären? Am besten jemand, der sowas studiert hat.
Im Endeffekt kann man bei schlechterer Füllung deutlich früher zünden. Schlechtere Füllung endsteht aber doch auch durch heißere Luft. Dem entsprechend müsste man mit steigendem mat doch eigentlich eher früher zünden können.

Warum ist dem nicht so??

[gtr-tobi]

Ich habe zwar nichts studiert, aber viel probiert.

Was meine Recherchen und Tests ergeben haben:

Es ist richtig, das die Füllung schlechter wird, wenn die Luft wärmer ist.
Bei warmer Luft steigt aber auch die Klopfneigung.

Die warme Luft erhöht die Klopfneigung aber deutlich mehr, als dass die schlechtere Füllung die Klopfneigung verbessert.

Im Umkehrschluss bei v.a. einem aufgeladenem Fahrzeug:
Motor klopft z.B. bei einer Ladelufttemperatur von 60°
Jetzt wird ein effizienterer Ladeluftkühler eingebaut, der die Ladelufttemperatur auf 45° senkt.
Die Füllung steigt, somit auch die Klopfneigung.
Die Temperatur sinkt, somit auch die Klopfneigung.
Trotz der besseren Füllung klopft der Motor aber nicht mehr, weil die Temperatur die Füllung überkompensiert.

Was für einen Sprit fährst du?
Probier mal 102 OKtan, das bringt bei so einem Motor einiges denk ich.
Du kannst auch Nocken mit mehr überschneidung fahren.
Wassertemperatur durch kälteres Thermostat niedrighalten.

Mehr kannst du denke ich nicht machen, wenn du den Motor so lassen willst.

[ChristianK]

Das ist alles bekannt.

Wie erwähnt, kommen zahmere Nocken, mit weniger Überschneidung. 102oktan werde ich niemals in einem Motor fahren. Immer nur SP. Ich möchte nicht auf eine einzige Tanke angewiesen sein. Der Motor wird in der Verdichtung angepasst. So kann das nicht bleiben.

Alles was Du geschrieben hast, ist allgemein bekannt. Ich hatte darauf gehofft, das "warum" erklärt zu bekommen.

[gtr-tobi]

Da gibts im Netz schon ein paar Analysen zum Thema Klopfneigung in Bezug auf x- verschiedene Faktoren.
z.b.:
http://www.sfb224.rwth-aachen.de/Kapitel/kap3_4.htm
Ganz unten sind Quellen genannt, die das evtl. genauer beschreiben, wenn du viel Zeit hast.

Wer sagt eigentlich, dass die dichtere Luft auch im Brennraum ankommt? (z.B. weil der Kopf/Ansaugbrücke die höhere Dichte nicht voll durchlässt?)
Die Temperatur hingegen kommt auf jedenfall dort an.

[ChristianK]

Top Link! Da werde ich heute Abend mal ein wenig schmökern.

Wer sagt eigentlich, dass die dichtere Luft auch im Brennraum ankommt? (z.B. weil der Kopf/Ansaugbrücke die höhere Dichte nicht voll durchlässt?)
Die Temperatur hingegen kommt auf jedenfall dort an.

Ich!

Schau Dir mal Deine Logs an. Dann sollte Dir auffallen, dass bei steigender mat und gleichem AFR die einspritzzeit kürzer wird. Somit gibt es eigentlich nur das Ergebnis, dass mit kälterer Luft mehr Luftmasse im Zylinder landet.

Bei meinem Motor sowieso. Wenn ich die klappen öffne, kann ich die Ventilteller kitzeln...

[gtr-tobi]

Ja, das ist richtig, aber jeder Motor hat irgendwann seine Grenze, z.B. macht es irgendwann keinen Unterschied mehr, ob man 1,5b oder 2b reinschiebt.
Aber ich denke bei deinem Sauger bist du da meilenweit entfernt

Dann viel Spaß beim Lesen!

[ChristianK]

Das liegt an der Physik. Nicht am Motor. Eigentlich liegt es sogar eher am Motorenbauer als an der Physik. Weil min. 80% der Motorenbauer meinen, dass sie mit Ladedruck alles wett machen.
Im Endeffekt sieht es aber eher so aus, dass ein originaler unbearbeiteter Kopf bei 2,0bar vielleicht so viel Luftmasse hinein lässt, wie ein ordentlich und strömungsgünstig bearbeiteter Kopf bei vielleicht 1,3bar.
Mit anderen Worten: man kann einen Güterzug nich durch eine Fußgängerunterführung fahren!

Und wenn die Motorenbauer meinen, den Kopf nicht bearbeiten zu müssen, müssen sie halt weiter mit sinnfreien Drücken arbeiten...


Im übrigen hat mein 2V ebenfalls eine Füllung von über 100%. Ich habe schon in mehreren Logs gesehen in denen um 104-106kpa gezeigt wurden. In Bereichen, wo der Atmosphärendruck bei unter 100kpa lag....

[gtr-tobi]

Ja, aber deine über 100% Füllung = 105kpa in der Ansaugbrücke sind aber nicht automatisch über 100% im Brennraum, was ja die eigentliche Füllung ist.

Das liegt an der Physik. Nicht am Motor. Eigentlich liegt es sogar eher am Motorenbauer als an der Physik. Weil min. 80% der Motorenbauer meinen, dass sie mit Ladedruck alles wett machen.
Im Endeffekt sieht es aber eher so aus, dass ein originaler unbearbeiteter Kopf bei 2,0bar vielleicht so viel Luftmasse hinein lässt, wie ein ordentlich und strömungsgünstig bearbeiteter Kopf bei vielleicht 1,3bar.

Also dann liegts aber doch am Motor (Motorenbauer), die Physik ist Grundlage, worauf ja eig. alles beruht.

So, aber ich glaub wir driften langsam ab in einen Diskussionsthread

[ChristianK]

Doch. Sind es!
Kann man auch an Hand eines Logs errechnen. Drehzahl, AFR, Pw/Spritmenge, IAT. Mehr benötigt man nicht.

[suzuki90]

Ja, aber deine über 100% Füllung = 105kpa in der Ansaugbrücke sind aber nicht automatisch über 100% im Brennraum, was ja die eigentliche Füllung ist.

Hier wird wieder mal Liefergrad und Luftaufwand wild durcheinandergeworfen...

Thema MAT: Klopfen tut eine Verbrennung dann, wenn das Gemisch im Brennraum durch das Verdichten so groß wird, dass es sich selbst an mehreren Stellen entzündet, bevor es durch die sich von der Zündkerze kugelförmig ausbreitende Flamme entzündet wird. (Tatsächlich entsteht meist beim Zünden durch die Zündkerze eine Druckwelle die mit Schallgeschwindigkeit durch den Brennraum wandert und so kritische Stellen, die kurz vor der Selbstentzündung stehen, anregt, dass die Zündung erfolgt. Das Aufeinandertreffen der Druckwellen der verschiedenen Zündquellen ergibt das typische klopfgeräusch. An diesen Stellen entstehen sehr große druckgradienten, die Kolben usw zerstören können. Es ist also NICHT der hohe Druck durchs Klopfen bevor der Kolben im OT ist, der für das Geräusch sorgt - das nur am Rande)

Wie entsteht nun eine zu hohe Temperatur? Ganz klar, wenn Luft komprimiert wird, wird sie warm. Nach der idealen Gastheorie heißt halbes Volumen eben doppelte Temperatur. Angenommen der Motor schafft es im UT Umgebungsdruck im Brennraum zu haben und hat ein Verdichtungsverhältnis von 13:1, dann wird ja der Brennraum auf 1/14tel verkleinert. Damit würde der Druck ja auch 14mal so groß, durch die Temperaturerhöhung wirds aber noch mehr Druck. Die Temperaturerhöhung wird immer absolut gerechnet, also in Kelvin. Durch Wandwärmeverluste usw greift die ideale Gastheorie im Brennraum eh nicht mehr, aber die Theorie dahinter bleibt bestehen, auch wenn man keine Temperaturen damit berechnen kann. Wenn nun also die Temperatur der Ansaugluft bei 300 K liegt (also knapp 27°C MAT, keine Temperaturerhöhung der Luft durch den Motor bis sie im Brennraum ist eingerechnet) und durch Verdichtungsverhältnis alleine steigt die Temperatur aufs 3 fache, dann würden wir bei 900K, also knapp 627°C raus kommen. Ist MAT aber 60°C, dann würde man (gleicher Faktor, da gleiches Verdichtungsverhältnis) von 333K auf knapp 999K, also 726°C nach dem Verdichten kommen. (also fiktive Werte um es erklären zu können).
Daher IST Mat DIE entscheidende Größe, was das Klopfen betrifft. Im Schnitt (etwas Motorenabhängig) sagt man, dass man alle 7°C MAT-Erhöhung eine um 1° verschobene Klopfgrenze erhält.

Der Druck bzw Füllungsgrad ist lange nicht so entscheidend. Denn zur Selbstzündung ist immer Temperatur nötig, Druck bei gleicher Temperatur kann das nur wenig beschleunigen. Wenn ein Sauger von 1 bar absolut auf 15 bar absolut verdichtet, dabei aber mit 20°C kalter Luft beginnt, dann ist das thermisch genau das gleiche, als wenn ein zwangsbeatmeter Motor von 2 bar absolut auf 30 bar absolut verdichtet. Ein 15 facher Druck durch Volumenverkleinerung ergibt bei prozentual-gleicher Wärmeabfuhr den gleichen Faktor der Temperaturerhöhung.
Das ist einer der Gründe, warum mehr Ladedruck nicht unbedingt später zünden heißt, wenn die Ladeluftkühlung die Ladelufttemperatur gleich lässt im Vergleich zu weniger Ladedruck. Und einer der vielen Trugschlüsse beim Tuning. Die steigende Luftmasse hat aber natürlich auch mehr Wärmekapazität im brennraum, die Brennraumoberfläche bleibt aber gleich. Und über diese gibt die verdichtete Luft ja Wärme ab (die sie vor dem Verdichten über diese aber auch teilweise bekommt). bei gleicher Temperatur ist die Wärmeabgabe gleich, bei höherer Wärmeenergie in der Luft (durch höhere Luftmasse) ist die prozentuale Abgabe aber merklich kleiner, womit das verdichtete Gemisch heißer ist und damit eher zum klopfen neigt. Aber eben lange nicht so stark wie von vielen angenommen.

Ist ein komplexes, aber sehr interessantes Thema, wenn man alle Zusammenhänge und Effekte überblicken will. (Hab jetzt auch viel weggelassen, da es der Theorie hinter dem ganzen nicht hilft. Denke das geschriebene sind die Hauptpunkte)

Als Zusammenfassung: Hohe Verdichtung geht nur mit entsprechendem Sprit (logisch), kalter Ansaugluft und einem guten Wärmehaushalt des Motors, der dafür sorgt, dass wenig heißes Restgas im Brennraum verbleibt und die Brennraum- und Ansaugkanalwände sowie die Ventile möglichst kalt bleiben bei kleinen Oberflächen, kurzen Wegen usw. Denn kalte Luft ansaugen ist das eine, es geht aber vor allem um die Lufttemperatur in UT (also wie viel Temperatur die Luft auf dem Weg in den Brennraum aufgenommen hat) sowie die dann resultierende Lufttemperatur in OT, also wieviel Temperatur abgegeben werden konnte statt zusätzlich welche an zu heißen Ventilen aufzunehmen.
Für die Turbofahrer: Eine gute Ladeluftkühlung (WLLK zum Beispiel) sorgt mit verbesserter Motorkühlung (Kolbenbodenkühlung mit großem Ölkühler, verbesserte Wasserkühlung) gerne dafür, dass man sogar früher zünden kann als ein gleicher, in der Kompression erhöhter Saugmotor. Und neben der höheren Luftmasse verbessert der frühe Zündwinkel weiterhin die Leistung und reduziert die Abgastemperatur.

[ChristianK]

Durcheinander hin oder her...

Genau auf diese Art Antwort hatte ich gehofft! Ich habe nur einen Fehler gefunden. Aber der ist fürs Verständnis absolut unwichtig.

Die Frage die sich mit nun stellt ist folgende:

Verdichtung massiv senken: 11,57:1
Oder mäßig senken: 12,22

Oder Verdichtung beibehalten und mit ausgeregelten 24' fahren?

Was bringt wohl die höchste Effizienz/Leistung ?

[gtr-tobi]

Angestrebte Maximaldrehzahl und Leistung des Motors?
Nockenwelle Hub im OT?

[ChristianK]

Tja... Alles nicht so einfach. Den 1,85er habe ich zu Tode optimiert. Obwohl zu Tode das komplett falsche Wort ist. Der Block ist in erstklassigem Zustand, nach etwas über 12Tkm, von denen es wahrscheinlich 8-10tkm RICHTIG aufs Gebiss gab.... Max. Drehzahl waren 8800
Da hat alles gestimmt.

Der Kopf und die Kurbelwelle sind die alten. Also sind dies die neuen Daten: 320er schrick, 6,1mm im OT, 92,8er KW.

Neues Drehzahlziel liegt bei 8000-8300. Ziel des neuen Motors ist es, das Drehzahlniveau zu senken, weil das Getriebe für den alten Motor noch zu lang war. Zudem einfach, weil alles vorhanden ist und ich einfach mal sehen wollte, was so ein von Haus aus sehr sehr lahmer Motor macht, wenn man ihm ein wenig auf die Sprünge hilft....

Nun ist es so, dass der Motor bei gleicher Cam Einstellung wie beim 1,8er deutlich früher Leistung entwickelt und auch unfassbar aggressiv zu Werke geht. Wodurch ich garnicht mehr so sicher bin, ob ich überhaupt etwas ändern sollte. Ich habe jedenfalls keine Lust, zwanzig mal die Nocke und Verdichtung zu ändern. Eigentlich war nun eine 304er Welle mit 4,6mm Hub im OT geplant. Ich könnte mir auch sehr gut vorstellen, dass dies dem Motor gut steht... Aber dabei würde die Zündung nochmals zurück genommen werden müssen, wenn man nicht an die Verdichtung ran ginge.

Vielleicht haben Suzuki90 oder jemand anderes noch irgendwelche Erfahrungen aus der Studienzeit. Wie sich das mit der Verdichtung/Zündung/Drehmoment verhält?

[suzuki90]

Genau auf diese Art Antwort hatte ich gehofft! Ich habe nur einen Fehler gefunden. Aber der ist fürs Verständnis absolut unwichtig.

Welchen Fehler? Ist ja hier ein Forum wo vielleicht viele Leute noch diesen Beitrag aus Interesse lesen. Da sollte es schon alles passen.

Die Frage die sich mit nun stellt ist folgende:

Verdichtung massiv senken: 11,57:1
Oder mäßig senken: 12,22

Oder Verdichtung beibehalten und mit ausgeregelten 24' fahren?

Was bringt wohl die höchste Effizienz/Leistung ?

Hm, das ist sehr schwer zu sagen. Dazu müsste man wissen, wo der Verbrennungsschwerpunkt wirklich liegt bei 24° Zündung und wo du mit der Zündung hinkommst, wenn du die Verdichtung reduzierst.
Ich kann nur aus Erfahrung von meinen Motoren (Japaner) sagen, dass da 12,5:1 so die Grenze mit Super+ darstellt, darüber verliert man wegen klopfender Verbrennung und damit zahmen Zündkennfeld merklich Leistung.
Daher wäre ich aus dem Bauch raus zurück auf die 12,2:1. Aber dazu kenne ich deinen Motor zu wenig.
Bei Motorrädern geht ja auch mehr, da ist allerdings alles genau darauf ausgelegt und bei so hoher Drehzahl gibt es quasi keine klopfende Verbrennung mehr.

[ChristianK]

Das Thema hat sich eigentlich schon erledigt. Die Verdichtung MUSS runter. Da ich beim jetzigen Kennfeld ab einer mat von 26'C beginne, die Zündung zurück zu schrauben. Was das heißt, ist klar. Man steht kurz am Straßenrand oder an der Ampel, fährt los und hat keine Leistung mehr. Und dabei haben wir noch nichtmal Sommer...

Bezug nehmend auf die sehr wahrscheinlich kommende zahmere Nocke werde ich aber auf die knapp 11,5:1 gehen. Ich fahre erstmal noch ein wenig, bis es wärmer wird und ich ein genaueres Bild vom Zündjngsdisaster habe...

Dein Fehler war fürs Verständnis nicht gravierend. Aber natürlich ist es besser, wenn es richtig da steht...

Angenommen der Motor schafft es im UT Umgebungsdruck im Brennraum zu haben und hat ein Verdichtungsverhältnis von 13:1, dann wird ja der Brennraum auf 1/14tel verkleinert. Damit würde der Druck ja auch 14mal so groß...

Bei 13:1 beträgt das Brennraumvolumen 1/13. zwölf teile im Zylinder und einen Teil im Kopf/brennraum.