Verdichtungsverhältnis Ermitteln


 

1. Definition Verdichtungsraum

  
   
Der Verdichtungsraum ist das Volumen (Vc), das übrig bleibt wenn der Kolben im Verdichtungstakt im OT steht (Zünd-OT).

Je kleiner dieses Volumen ist, desto höher die Verdichtung, desto höher der Wirkungsgrad, desto höher aber auch die Klopfneigung, und desto höher die mechanische Belastung des Kurbeltriebs.

Das Verdichtungsverhältnis sollte nicht zu niedrig gewählt werden, um die Energie des Kraftstoffs bestmöglich nützen zu können, aber auch nicht zu hoch sein um ein unkontrolliertes Entzünden (Klopfen) zu Verhindern, und hängt deshalb auch stark davon ab, auf welche Kraftstoffsorte (Oktanzahl) der Motor ausgelegt wird.
Faustformel: Umso höher die Oktanzahl, umso höher das mögliche Verdichtungsverhältnis.
 

Zum Verdichtungsraum zählen neben dem reinen Volumen im Zylinderkopf selbst noch evtl. Aussparungen im Kolben (z.B. Ventiltaschen), der Raum zwischen dem Feuersteg und Zylinderlaufbahn des Kolbens sowie das Volumen der Zylinderkopfdichtung das abzüglich eines evtl. Kolbenüberstand noch übrigbleibt. (siehe roter Bereich im Bild rechts)

 

 

 

 
   
2. Verdichtungsraum Auslitern  
   
Die Bestimmung des Verdichtungsraumes kann Grundsätzlich auf zwei Arten Erfolgen:

a) Bei montiertem Zylinderkopf

Dabei wird in senkrechter Lage der Zylinderlaufbahn der Kolben des zu messenden Zylinders in den Zünd-OT gestellt und durch die Kerzenbohrung mit einer Spritze mit 1ml genauer Skalierung bis zur Unterkante des Kerzenloches Flüssigkeit (z.B. Petroleum, Dieselöl oder dünnes Motoröl) eingefüllt, und die Menge an der Skala abgelesen (1ml = 1ccm = 1cm³).
Nach dem Auslitern ist die Messflüssigkeit vor dem Betrieb wieder abzusaugen!
Diese Methode ist aber durch evtl. Luftblasen im Vc, über (verschlissene) Kolbenringe abfließende Flüssigkeit, der nicht Berücksichtigung des Kerzenvolumens und meist schlechte Sicht/Zugänglichkeit durch das Kerzenloch nicht sehr genau.

Auch lässt sich so nur der jeweilige Ist-Stand Ermitteln, und zu jeder Änderung oder Korrektur müsste der Kopf wieder demontiert werden, was entsprechende Folgekosten (Arbeitszeit, Zylinderkopfdichtung, Kopfschrauben, ect.) mit sich bringt.
Daher bietet sich diese Methode eher zur abschließenden Überprüfung an.
 

b) Bei demontiertem Zylinderkopf

Diese Methode sei hier im folgenden Ausführlich beschrieben:
 

  
Benötigt wird:

- Spritze mit ca. 60ml Inhalt und 1ml genauer Skala
- Dicke transparente Plexiglasplatte (10-15mm)
- Zylinderkopf mit montierten (dichten) Ventilen und Zündkerzen
- Verwendeter Kolben (nur falls Ventiltaschen bzw. Kolbenmulden vorhanden)
- alte Zylinderkopfdichtung
- Messflüssigkeit  (ich Verwende hier Wasser mit Spülmittelzusatz, das Spülmittel dient zur Reduzierung der Oberflächenspannung des Wassers und ist durch die Färbung besser Ablesbar)

Vorbereitung:

In die Plexiglasplatte werden im Bereich des Brennraums am Rand zwei kleine Löcher gebohrt, ein Loch dient dabei zum Einfüllen der Messflüssigkeit und durch das zweite (gegenüberliegende) kann die Luft aus dem Brennraum Entweichen.

Damit alles Dicht ist werden die Sitzringe der Ventile und die Auflagefläche der Platte dünn mit Fett bestrichen.
 

  
   

 
   

Durchführung:

Jetzt wird mit der Spritze die Messflüssigkeit Aufgezogen und Eingefüllt, bis der Brennraum des Zylinderkopfes eben und Blasenfrei gefüllt ist, und die Menge danach an der Skala der Spritze Abgelesen.
Dieser Vorgang wird zu Vergleichs und Abgleichszwecken bei allen Zylindern durchgeführt.

Da das Volumen im Zylinderkopf nur ein Teil des gesamten Verdichtungsraumes ist, müssen die Zylinderkopfdichtung und die Kolbenmulden (Ventiltaschen) ebenfalls ausgelitert werden.

Das Volumen der Ventiltaschen wird dabei auf die gleiche Weiße Ermittelt wie das Volumen im ZK
 

  

 
   
Das Volumen der Zylinderkopfdichtung ließe sich zwar auch rechnerisch bestimmen, jedoch ist die Aussparung der ZK Dichtung in unserem Fall nicht Kreisrund sondern leicht Oval (siehe Bild), weshalb ich die Zylinderkopfdichtung gleich mit dem Zylinderkopf zusammen ausgelitert habe, was mir zusätzlich auch noch ein Rechenschritt spart  ;)  
   

 
   
Berechnung:    


Nach dem Auslitern werden die einzelnen Werte (Brennraum, ZK-Dichtung, Ventiltaschen) zusammengerechnet, das Volumen zwischen Zylinderwand und Feuersteg, rechnerisch ermittelt und addiert und vom Ergebnis das Volumen des Kolbenüberstands (Berechnet) abgezogen.

Berechnung Kolbenüberstand: VKÜ= π x rKolben² x hKü) / 1000    
Beispiel Serien 7A: VKü = 3,14 x 40,875mm² x 0,6mm) /1000 = 3,1493cm³

Berechnung Feuersteg: VFS = VZylinder - VKolben (Höhe = Höhe Feuersteg - Höhe Kolbenüberstand)
VZylinder = π x rZylinder² x hKü / 1000
VKolben = π x rKolben² x hKü / 1000

Beispiel Serien 7A:
VZylinder = 3,14 x 41,255mm² x 6,4mm /1000 = 34,22cm³
VKolben = 3,14 x 40,875mm² x 6,4mm /1000 = 33,59cm³
 VFS = 35,05cm³ - 34,20cm³ = 0,63cm³

Berechnung Gesamtverdichtungsraum (Vc):
(VZylinderkopf  + VZylinderkopfdichtung) + VVentiltaschen + VFeuersteg - VKolbenüberstand = Vc
Beispiel Serien 7A: 55,0cm³ + 1,0cm³ + 0,63cm³ - 3,1493cm³ = 53,48cm³

Berechnung Verdichtungsverhältnis (V):
 ε = Vh + Vc / Vc

Beispiel Serien 7A:
 ε = 461,86cm³ + 53,48cm³ / 53,48cm³ = 9,64:1
Der 7A Motor hat also Serienmäßig in Wirklichkeit nur ein Verdichtungsverhältnis von 9,61:1
(Audi gibt in seinen Technischen Unterlagen jedoch fälschlicher weise einen Wert von 10,3:1 an)
 

  

Wichtige Eckdaten (2,3l 7A Serie):
Kolbenüberstand = 0,6mm
Feuersteg = 7,0mm
Dicke ZK = 1,75mm
Durchmesser Feuersteg: 81,75mm
     
Alternativ kann zur Vereinfachung auch dieser Verdichtungsrechner benützt werden
(zum Download => Rechtsklick, Speichern unter).

Zu Beachten ist dabei aber das bei der Berechnung des Volumens von einer Kreisrunden ZK-Dichtung ausgegangen wird, und sich der Kolbendurchmesser bei der Berechnung des Kolbenüberstands am Durchmesser der ZK-Dichtung orientiert, sowie das Volumen des Feuerstegs nicht berücksichtigt wird was aber eine minimale Ungenauigkeit im 0,X Bereich ergibt.