Warum sind Supersportmotoren der 1-L-Klasse nicht ultrakurzhubig?

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6 Antworten

Du sprichst das Kernproblem an, vor dem jeder Motorenkonsrfen muß.

Wenn wir mal geometrische Fragen wie Motorenbreite außer Acht lassen, geht es um folgenden Zusammenhang. Extrem kurzhubige Motoren können nicht nur höher drehen als Quadratische oder gar Langhuber, sie müssen das auch um einen brauchbare Spitzenleistung zu erzielen. Bei größeren Motoren gibt es da 2 Punkte, die dieser Entwicklung Grenzen setzen.

1) Kurzer Hub gibt einen größere Bohrung. Größere Bohrung gibt dickere und dadurch schwerere Kolben. Da der Kolben bei jeder Umdrehung 2x bis zum Stillstand abgebremst wird und dann wieder beschleunigt, sucht man die Kolben so leicht wie möglich zu machen, weil sonst die Kolbenbolzen - und Pleuelfußlager überlastet werden und eventuell das Pleuel reißen kann.

2) Du sprichst von einer maximalen durchschnittlichen Kolbengeschwindigkeit von 22 m /sek. Die Grenze liegt heute etwas höher, bei ca. 25. Nur - es ist nicht das Gleiche, ob ein Kurzhuber oder ein Langhuber diese Kolbengeschwindigkeit erreicht. Ein gut gebauter Langhuber kann bis zu 28 m/sek erreichen, ohne Schaden zu nehmen, ein extremer Kurzhuber überschreitet seine Grenze meist schon bei 21-22 m/sek. Der Grund liegt darin, daß beim Langhuber der Hubzapfen einen größeren und daher weicheren Bogen beschreibt aus ein Kurzhuber. Daher sind an den Totpunkten die Beschleunigungskräfte beim Kurzhuber wesentlich höher als beim Langhuber. Rechnet man dann noch den schwereren Kolben des Kurzhubers hinzu, dann erreicht man sehr schnell Belastungswerte, die den Kurzhuber überlasten. Die Kräfte an den Totpunkten steigen quadratisch, teilweise sogar im Kubus an, die Querschnitsflächen der Pleuel und die Lagerflächen aber nur einfach. Das heißt, die Kräfte überfordern die Bauteile sehr schnell.

Der Konstrukteur muß also immer einen goldenen Mittelweg finden. Da die Kolben von größeren Motoren von Haus aus schwerer sind, als bei kleinen, muß man da etwas weiter weg vom Kurzhuber.

Noch ein Wort zur Literleistung:

Ein größerer Motor wird nie die Literleistung eines kleineren erreichen. Der Grund liegt in der thermischen Belastung. je höher die Literleistung, desto heißer wird ein Motor. Ein kleinerer Motor hat im Verhältnis zum Hubraum eine größere Wärmeabstrahlfläche als ein größerer. Er kann als mehr Wärme abführen und erträgt daher eine höhere Literleistung.

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@chapp

BMW macht es aber mit der S1000RR. 13.000/min und sehr kurzhubig. Es geht also. Nur als Hinweis. ;-)

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@Iceman

Natürlich geht das, aber nur mit riesen Aufwand als technische Grenzfall.

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@chapp

Die BMW R 1000 RR ist kein Maßstab. Sie wurde als Homolagationsmaschine für eine Rennserie entwickelt. Die Motorengeometrie entspricht nicht der einer Straßen - Serienmaschine. Physikalische Grenzen kann ich mit dem entsprechenden Aufwand immer etwas dehnen, aber nicht aufheben. Hätte BMW eine Straßensportmaschine entwickelt ohne Rennambitionen, dann wäre der Motor wesentlich langhubiger ausgefallen. Die R 1000 RR repräsentiert nicht eine neue Technik sonder nur einen Sonderfall wegen besonderer Einsatzzwecke.

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@chapp

Meine Literleistung lag bei 4 Sekunden. Heute geht´s gemütlicher.

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@Nachbrenner

Ich war da eher "langhubiger". 5 Liter in 2 Stunden waren Durchschnitt.

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Hmm, du schlussfolgerst indem du einen 1-Liter Motor mit einem 600er Motor vergleichst, dass ein kurzhubiger Motor im Gegensatz zum Langhuber mehr (Maximal-) Leistung hat... ist das bei gleichem Hubraum und gleicher Kompression (und natürlich höherer Maximaldrehzahl beim Kurzhuber) überhaupt so?

Frage wirklich aus Unwissenheit, lasse mich gerne belehren.

Natürlich kann ein Kurzhuber bei gleichem Hubraum und höherer Drehzahl mehr Gas- Luftgemisch umsetzen.... aber nehmen wir einmal an, der Langhuber könnte genauso hoch drehen wie der Kurzhuber (d.h. die mittlere Kolbengeschwindigkeit wäre beim Langhuber zwar höher, aber tolerierbar (siehe Post von Chapp)) , hätte der Kurzhuber dann immer noch mehr Leistung?

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@fritzdacat

Auch dann kann der Langhuber das nicht. Wegen der kleineren Kolbenfläche hat der Langhuber kleinere Ein- und Auslaßquerschnitte. Das bedeutet, daß bei gleichem Gasdurchsatz im Langhuber die Gasgeschwindigkeit im Ein - und Auslaß höher ist als beim Kurzhuber. Dadurch steigt der Strömungswiderstand extrem an und "erdrosselt" den Langhuber. Deshalb macht er auch bei der Drehzahl relativ früh Schluß. Bei etwa 30m/sek wird die Strömung turbulent und der Motor bekommt keine Luft mehr. Bei Kompressormotoren läßt sich diese Grenze weit hinausschieben, weshalb langhubige Motoren mit Lader extreme Leistungen erreichen können.

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@fritzdacat

Bei Langhubern mit Vergaser konnten die hohen Strömungsgeschwindigkeiten dazu führen, daß der Vergaser vereist ist und der Motor stehenblieb. Größere Ventile, aufgebohrte Kanäle und ein größerer Vergaser konnten da Abhilfe schaffen.

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Zunächst mal: dir geht es im zweiten Absatz um die Kolbengeschwindigkeit, oder? Also nicht m/s2, sondern nur m/s (auch deine 22 m/s).

Dann: wenn der Motor kurzhubiger wäre, würde das nicht automatisch mehr Leistung bedeuten, sondern eine mögliche höhere Drehzahl und damit mehr Leistung (deswegen sind sicher einige verwirrt bei deiner Frage - höhere Drehzahl bedeutet höhere Kolbengeschwindigkeit und die hat "irgendwo" über 20 m/s eine Grenze).

Jetzt warum das nicht gemacht wird? Hmhhh, nichts Genaues weiß man nicht. Immerhin wäre der Motor wegen der größere Bohrung für den gleichen Hubraum schon 4-5 cm breiter. Das hast du richtig erkannt. Das kann schon fast ein ko-Kriterium sein. Anstatt kurzhubiger könnte man bei deinem Beispiel einer GSX-R aber auch einfach mehr Hubraum spendieren, z. B. 1200 ccm. Das wäre der einfachere Weg. Durch höhere Drehzahl potenziert sich die Belastung aller Bauteile, das wäre also eine komplette Neukonstruktion. Und dann ist noch die Frage, ob die Fahrer einer Tausender unbedingt so "irre" Drehzahlen wollen. BMW macht es allerdings bei der 1000RR und fährt gut damit (in doppelter Hinsicht). Vielleicht ist auch ein Grund, dass die GSX-R dann zwar >200 PS hätte, aber das Wettrennen um geringstes Gewicht verlieren würde. Vielleicht liegt es auch daran, dass die Motoren immer nur weiterentwickelt wurden. Dabei kann man nicht einfach die max. Drehzahl um 2000/min erhöhen. Und eine komplette Neuentwicklung lohnt bei der geringen Stückzahl kaum noch.

Moin,

das was du möchtes, gibt es doch schon längst! Das Bohrungs/Hub - Verhältnis der 600er beträgt dann nach deinen Angaben 1,57. Das der 1000er beträgt 1,24. Also wie du schon geschrieben hast ist das Langhubiger. Wenn du nun einen modernen Motor wie den der BMW S 1000 RR nimmst, mit 80x49,7mm beträgt das Verhältnis 1,61! Also schon kurzhubiger als das der 600er!

Es geht also, nur sind die derzeitigen 1000er noch nicht alle auf dem Stand der Technik!

Falsch

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@chapp

Bitte Info was an meinen Angaben falsch ist! Die gixxer K1 hatte z.B. auch schon eine 73mm Bohrung. Nach meiner Meinung ist das eindeutig, das hier der Motor nur weiter Entwickelt worden ist, und nicht komplett neu aufgebaut wie bei der BMW. Ergo hat man hier nicht die neuen technischen Möglichkeiten aus Kostengründen voll ausgeschöpft. Oder ist an meinen Zahlenwerten etwas falsch???? Bitte in Zukunft nicht nur Beanstandungen mit einem Wort schreiben!!!

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@mausd

Wegen ihres kurzen Hubes stellt die R 1000 RR nicht die aktuelle Spitze der technologischen Entwicklung dar. Ultrakurzhuber sind bei Rennmaschinen ein alter Hut. Wegen der damit verbundenen Nachteile hat man im Serienbau bisher auf diese Bauweise verzichtet. BMW hat diesen "Goldenen Pfad" nur verlassen, weil die R1000RR als Basis und Homologationsmaschine für eine Rennserien gebaut wurde. Dafür hat man die Nachteile für den Straßenbetrieb in Kauf genommen.

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@mausd

Entschuldige - das war nicht abwertend gemeint. Ich wollte mehr schreiben, aber da ist mir meine Frau dazwischengekommen und durch einen Bedienungsfehler habe ich das eine Wort weggeschickt. Soll nicht mehr vorkommen.

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Kurzer Hub bedeutet bei gleichem Hubvolumen eine größere Kolbenfläche. Dadurch vergrößert sich der Umfang, und somit auch die Reibfläche an der Zylinderwand. Das führt wiederum zu Verlusten. Ich kann mir weiterhin vorstellen, dass bei kürzerem Hub auch die Schmierung schwieriger wird. Folglich: Mehr Reibfläche, schlechtere Schmierung = stärkerer Abrieb und kürzere Lebensdauer. Außerdem mehr Abwärme durch Reibung.

Desweiteren hat jeder Zylinder ein Totvolumen am oberen Ende. Der Hubraum bestimmt sich ja durch die Volumendifferenz vom Zylinder am oberen und unteren Totpunkt. Oben muss aber noch ein bisschen mehr Platz sein, damit die Zündkerze Platz hat etc. Dieses Volumen wird bei kurzem Hub größer, da der Zylinderquerschnitt ja steigen muss. Das führt dazu, dass die Verdichtung sinkt. Also auch hier wieder Leistungsverlust.

Gruß, Stefan

Bei einer größeren Bohrung hat man allerdings Platz für größere Ventile.

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@mausd

Stimmt. Bei Vierventilern ist das aber nicht wirklich wichtig.

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Physikunterricht 1.Klasse. Die Größe der Reibungskraft ist unabhängig von der Größe der Reibungsfläche. Die Schmierung der Zylinderlaufbahn hat ihre Grenze in der Gleitgeschwindigkeit. Wird die zu hoch, reißt der Schmierfilm ab. Kurzhuber haben eine geringere durchschnittliche Kolbengeschwindigkeit und kommen daher selten in den kritischen Bereich. Extreme Langhuber (z.B. die alten Hap und Eso Bahnmotoren) haben durchschnittliche Kolbengeschwindigleiten von über 30m/sek erreicht und ausgehalten. Wenn es gekracht hat, dann ist der Schmierfilm gerissen.

Das Totvolumen im Kopf war bei den alten Spitzkolben ein Problem mit den großen Ventilwinkeln. Moderne Motoren mit flachen Brennräumen und kleinem Ventilwinkel haben da kein Problem mehr.

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@chapp

Ja stimmt, da war mal was. Als E-techniker ist das auch nicht mein Spezialgebiet.

Aaaber: Wenn die Reibfläche größer ist, dann wird ja bei gleicher Reibung eigentlich sogar die Reibwärme besser verteilt. Sollte also eher nicht das Problem sein.

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@SMDStefan

Die Reibung des Kolbens im Zylinder spielt als Faktor für die Erwärmung eine verschwindend geringe Rolle. Die heissen Verbrennungsgase erhitzen den Kolbenboden, der wiederum über die Kolbenringe und den Feuersteg diese an die Zylinderwand abführt. Dieser Effekt ist 1000x größer als die Reibungswärme.

Zur Erklärung: der Feuersteg ist der Bereich des Kolbens oberhalb des obersten Kolbenringes, der direkt den heissen Verbrennungsgasen ausgesetzt ist.

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Hallo Kostia

Suzuki, Honda und Yamaha werden sicher bald nachziehen, sicher

Ninja ZX-10R

Bohrung x Hub

76 x 55 mm

BMW

Bohrung x Hub

80 x 49,7 mm

MV Augusta

Bohrung x Hub

79 x 50,9 mm

Aprillia

Bohrung x Hub

79 x 52,3 mm

Meine 50ccm Combinette hatte glaube 48mm Hub

Gruß Nachbrenner

Ninja ZX-10R Bohrung x Hub 76 x 55 mm = 1,38

BMW Bohrung x Hub 80 x 49,7 mm = 1,61

MV Augusta Bohrung x Hub 79 x 50,9 mm = 1,55

Aprillia Bohrung x Hub 78 x 52,3 mm = 1,49

die 600er hat 1,34

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