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Langhuber

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Neuer Beitrag 24.03.2013 20:07
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 Der gebräuchlichere Begriff für Brennstrecke ist "Flammweg":

Flammweg:

Damit ist die Distanz von der Zündkerze bis zur Zylinderwand gemeint. Das ist die Distanz, die sich die von der Zündkerze gestartete Flammfront durch das Gemisch im Brennraum durchbrennen muss, bis alles Gemisch verbrannt ist. Bei Zweitaktern und Vierventilern sitzt die Zündkerze genau über der Zylinderachse und die Entfernung ist optimal gleich kurz in alle Richtungen! Bei Zweiventilern ist die längste Distanz die entscheidende, weil hier die Kerze nicht in der Mitte sitzen kann, sonst würden die Ventile zu klein = die Leistung des Kurzhubers nicht höher als beim Langhuber mit seitlicher Kerze! Der Flammweg ist entscheidend, weil bei der Zündung die Druckfront schneller ist als die Flammfront. Bei ner Explosion kriegt man ja auch eher die Druckwelle ab, bevor einen die Flammen erreichen. Die Flammfront erhöht also Temperatur und damit Druck des unverbrannten Gemisches und schiebt so eine Druckfront ( Druckwelle) vor sich her zur Zylinderwand. Verschärft wird das, weil die Explosion im geschlossenen Brennraum und nicht an der frischen Luft stattfindet, wo der Druck entweichen kann. Das heißt also, die Druckfront kriegt " von hinten" Feuer und der Druck wird erstmal dadurch immer weiter erhöht, und dann zusätzlich noch bei Frühzündung durch den noch im Verdichtungstakt hochkommenden Kolben wegen des enormen Verdichtungsdrucks ("Startdruckes") von ca 60 bar aufgrund der bei voll offener Drosselklappe = Vollast angesaugten großen  Gemischmenge/Kolbenhub. Die nur ca 20 bar bei niedriger Teillast = "Drosselklappe fast zu" = "wenig Gemisch angesaugt" erfordern Frühzündung wegen der trägen, langsamen Verbrennung (bei niedrigem Verdichtungsdruck treffen sich die Moleküle statistisch seltener und reagieren seltener miteinander). Grund für die Zündzeitpunktverstellung: Bei ALLEN Ottomotoren dieser Welt müssen bei ALLEN Drehzahlen und unabhängig davon bei ALLEN Drosselklappenstellungen 50% des Gemisch bei 3-8 Grad nach OT verbrannt sein, um den minimalen Druckverlust durch das Auslassventil zu erreichen. Entsprechend muss die Zündung bei niedrigem Verdichtungsdruck ODER hohen Drehzahlen tendenziell auf "Früh" und bei hohem Verdichtungsdruck ODER niedrigen Drehzahlen tendenziell auf "Spät" gestellt werden:
=> In niedrigen bis mittleren Drehzahlen erkennen bei Vergaserbikes naturgemäß die rein drehzahlabhängigen Fliehgewichte mit den somit starren Zündkurven mangels Motorsteuergerät (mit Drucksensor) nicht den hohen Vollgasverdichtungsdruck und verstellen nicht auf Spätzündung). Deswegen hatten Evos von Anfang an einen per Unterdruckmembran verstellbaren Zündzeitpunkt, BMW's Zweiventiler krebsten hingegen bis 96 mit dem archaischen Fliehkraftgewichtverstellten Zündzeitpunkt von 36 rum 
=> Bei hohen Drehzahlen bei allen Bikes ohne Klopfsensor: Da das Durchbrennen des Flammwegs auch bei Erhöhung der Drehzahl immer gleichlang dauert, muss bei Erhöhung der Drehzahl immer früher gezündet werden, damit nicht ein Großteil des Drucks ungenutzt = ohne Drehmoment zu erzeugen durch das sich öffnende Auslassventil entweicht. 

(Für die, die es ganz genau wissen wollen: Der Ansaughub saugt für einen üblicherweise gleich langen Verbrennungshub ohnehin grundsätzlich zu viel Gemisch an. Daher kann man bei dieser üblichen Geometrie des Motors den Druckverlust durch Frühverstellung  des Zündzeitpunktes wie besprochen nur minimieren, niemals auf Null bringen. Das erklärt auch zum Teil den bescheidenen Wirkungsgrad von Ottomotoren von 33% und bis max. 55% bei Dieselzweitaktern. Um den Druckverlust am Ende des Verbrennungshubes auf Null zu bringen, braucht es einen "Atkinsonmotor", der mit einer variablen Kurbelwelle einen Verbrennungshub größer als den Ansaughub realisiert. Der Mechanische Aufwand ist leicht nachvollziehbar derart riesig und damit fehleranfällig und kostspielig, dass der Variable Hub nie Eingang in die Serie gefunden hat). 


Klingeln und Klopfen:

Das kennt jeder von der Luftpumpe: wenn ich Luft zusammenpresse, wird sie heiss, weil die eingeschlossenen Luftmoleküle im sich verkleinernden Volumen häufiger zusammenstossen und sich mehr aneinander reiben. Die Temperaturerhöhung in der Druckfront ist also ein sich selbst verstärkender Effekt, da diese Temperatur nicht nur durch das Feuer von hinten, sondern auch noch durch die Druckerhöhung durch das Feuer erhöht wird. Wenn der Startdruck ( Verdichtungsdruck) also zu hoch war, überschreitet die Druckfront bei genügend "Auslauf" (= genügend Feuer von hinten auf langem Flammweg) die Selbstentzündungstemperatur des noch unverbrannten Gemisches und der Motor klingelt (bei Hoher Last in mittleren Drehzahlen) oder Klopft ( bei voller Drehzahl) = er dieselt. Für die harte Dieselverbrennung ist ein Ottomotor aber mechanisch nicht ausgelegt. Verschärft wird das noch durch die zu frühe Selbstentzündung im Vergleich zum Dieselmotor, die mit voller Wucht (statt mit der Zündkerze kontrolliert zum richtigen Zeitpunkt gezündet und dann kontinuierlich entlang des Flammwegs durchgebrannt und damit erst 3-8 Grad nach OT auf den vollen Druck gekommen) zu früh auf den noch hochkommenden Kolben und insbesondere die Pleuel - und Kurbelwellenlager eindrischt. Beim Diesel hingegen wird die zeitgerechte Zündung durch den exakt definierten Beginn der Direkt(!!!)Einspritzung sichergestellt. Deswegen ist es beim Otto extrem wichtig, dass die rettende Zylinderwand als " Wellenbrecher" der Druckfront möglichst bald kommt, bevor sie sich über einen zu langen Flammweg bis über die Selbstentzündungstemperatur aufgebaut hat. Wenn die Druckfront unterwegs auf glühende Ölkrusten oder auf glühende Oberflächen im Gusseisenbrennraum (Knucklehead!, Ironhead!!!, Big Block V8 der 60er!!!) trifft, dann wird sie sich durch die zusätzliche Wärmeenergie natürlich auch selbstentzünden (Gusseisen speichert Wärme und leitet Wärme schlecht im Vergleich zu Alu). In allen diesen Fällen hat man ausgehend vom Ort der Selbstentzündung eine zweite Flammfront, die der ersten, die von der Zündkerze kommt, entgegenkommt. Wenn die beiden zusammenstossen, gibt es noch höhere Temperaturen und daraus resultierend noch höhere Druckspitzen als durch die Selbstentzündung. Das Gusseisen oder die Ölkrusten kann dann diese zusätzliche Wärme auch noch speichern, sodass der arme Motor aus dem Klingeln / Klopfen gar nicht mehr rauskommt. Bei hoher Drehzahl geht der Kolben schnell genug wieder runter, was den Druck mindert, bevor die Flammfronten zusammenstoßen, sodass man nur das einfache (Hochdrehzahl-) Klopfen der Selbstentzündung hört. Bei Vollast bei niedriger Drehzahl stoßen die Flammfronten schon zusammen, bevor der Kolben wieder nach unten gegangen ist, so dass man die direkt Aufeinanderfolgenden Druckspitzen erst der Selbstentzündung und dann der oft mehrfachen Zusammenstöße der Flammfronten als (Beschleunigungs-) Klingeln wahrnimmt. Wenn der Klopfsensor das Motorsteuergerät zu Spätzündung veranlasst, verschiebt man damit den Zeitpunkt der Druckspitze kurz vor der Selbstentzündung auch bei niedriger Drehzahl so weit  nach hinten, das der runtergehende Kolben eine rechtzeitige Druckentlastung bewirkt, aber ein Großteil des Verbrennungsdrucks durch das zu früh öffnenden Auslassventil entweicht, was Drehmomentverlust bewirkt.

Quetschkante

Dagegen versucht man, wie blackwilli sagt, kühlende Wirbel zu erzeugen. Das funktioniert aber nicht in zerklüfteten (=altmodischen) Brennräumen mit Domkolben, sondern nur in modernen mit Quetschkante, die einen Luftdrall vom Rand in die Mitte des Brennraums schicken. Ein weiterer positiver Effekt dieser Wirbel ist, dass sie die Flammfront beschleunigen, womit der Vorsprung der Druckfront mit den beschriebenen Nachteilen (leider erst über 3000/min) zusammenschmilzt. Grund ist, dass die Verwirbelung die Durchmischung der Reaktionspartner Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff fördert und diese sich häufiger zur Reaktion zu CO2 und H2O finden und damit die Verbrennung schneller (!!!) abgeschlossen ist, also bevor es zur Selbstentzündung kommt. Daher muss i.d.R. bei Brennräumen mit Quetschkante ab 3000/ min die Frühzündung nicht weiter erhöht werden, weil mit zunehmender Drehzahl auch die Wirbel stärker werden. Da eine hohe Strömungsgeschwindigkeit die Basis der Verwirbelung ist, funktioniert das nicht unter 3000/ min, weil der hochkommende Kolben das Gemisch zu langsam durch den Spalt zur Quetschkante presst. Daher kann man mit Quetschkanten nur das Hochdrehzahlklopfen, aber nicht das Beschleunigungsklingeln unter 3000/min reduzieren.

An der Alternative Hochoktaniges Benzin oder kleine Bohrung führt für den Konstrukteur von KFZ-Kolbenmotoren also leider doch kein Weg vorbei. Anders bei Kolbenflug-oder Stationärmotoren mit ihrer konstanten Betriebsdrehzahl.

Bei fehlenden Quetschkanten helfen 2 Kerzen:

Archaische Brennräume ohne Quetschkante erzeugen natürlich keine Wirbel und bräuchten daher bei höheren Drehzahlen theoretisch !! immer mehr Frühzündung bis theoretisch schon am Beginn des Verdichtungstaktes. Die Zündenergie der Zündkerze würde dann aber auf einen zu niedrigen Verdichtungsdruck und damit zu niedrige Gemischtemperatur = zündunwilliges Gemisch treffen. Damit die durch den Verdichtungsdruck erzeugte Gemischwärme (ich erinnere an das Beispiel oben mit der Luftpumpe!) zusammen mit der Energie einer Zündkerze zur Zündung des Gemisches ausreicht, ist die Frühzündung daher auf max. 30Grad vor OT begrenzt, die bei 3000 /min aber bereits erforderlich sind. Bei Drehzahlen darüber kann also die Frühzündung bei einer Zündkerze grundsätzlich nicht weiter "verfrüht" werden. Motoren ohne Quetschkante wie BMWs 2-Ventiler bis 96  oder Harley bis Shovelhead lassen daher bei Drehzahlen ab 3000/min ansteigend wegen der gegenüber dem ansteigenden Bedarf immer mehr verspäteten Zündung einen immer größeren Anteil des Verbrennungsdruckes ungenutzt über das Auslassventil entweichen. Deswegen haben solche Motoren nach kurzer Betriebsdauer immer extrem blaue Krümmer. Weil der Verbrennungsdruck entweicht statt Drehmoment zu erzeugen, können solche Motoren gemäß der Formel Leistung = Drehmoment mal Drehzahl mal 2Pi über 3000/min keine berauschende Leistung mehr entwickeln, weil die Drehzahl zwar ansteigt, das Drehmoment aber gleichzeitig immer mehr wegbricht. Drehzahlen über 4000/min ohne mehr oder minder starken Drehmomenteinbruch konnten daher erst mit den Quetschkantenbrennräumen der 70er erzeugt werden (bei Harley erst ab Evos ). Bei zwei Zündkerzen braucht das Gemisch nicht so warm zu sein, weil die Zündenergie von 2 Kerzen doppelt so hoch ist wie von einer. Wenn ich daher in Brennräume ohne Quetschkante nachträglich ein zweites Kerzengewinde zur Aufnahme einer zweiten Kerze schneide, ist wieder etwas mehr Frühzündung möglich. So kann ich bei solchen Motoren die notwendige Frühzündung nachträglich realisieren, die ich bei schärferen Nockenwellen brauche, die das Drehmomentmaximum zu höheren Drehzahlen verschieben, sodass die Multiplikation mit der höheren Drehzahl zu mehr Leistung führt. Durch 2 statt 1 Kerze wird natürlich auch der Flammweg  drastisch reduziert , was eine höhere Verdichtung (mehr Leistung, weniger Verbrauch) möglich macht und mit der dadurch schnelleren Verbrennung den Frühzündungsbedarf zusätzlich reduziert, sodas dieser selbstverstärkende Effekt noch höhere Drehzahlen ohne Drehmomenteinbruch ermöglicht.   


 Flammweg so kurz wie möglich machen!:

Der Flammweg ist hier also entscheidend, weil, je mehr Strecke die Druckfront zum Ausbreiten hat, desto länger kriegt sie Feuer von hinten und desto näher kommt sie durch die durch das Feuer entstehende Temperatur- und Druckerhöhung an die Selbstentzündungstemperatur . Deswegen versuchen Motorenbauer den Flammweg  so kurz wie möglich zu machen. Beim Kurzhuber durch Zündkerze in der Mitte (4-Ventiler) oder 2 Zündkerzen "links" und "rechts" der Ventile (2-Ventiler). Beim Langhuber kein Problem, da ist die Zylinderwand wegen der kleinen Bohrung naturgemäß in alle Richtungen nah an der Zündkerze. Katastrophe bei Flatheads oder antiken Zweiventilkurzhubern ohne Quetschkante mit nur 1 Zündkerze: da hilft nur Absenken des Verdichtungsdrucks = Startdrucks, bei Flatheads ist das Verdichtungsverhältnis kaum über 6:1 machbar! Bei Flatheads wird die Brennstrecke durch den Durchmesser der seitlich neben dem Zylinder stehenden Ventilteller zusätzlich vergrößert und man kann den Abstand von Zündkerze zu Brennraumende hinter den Ventiltellern nur durch eine verkleinerte Bohrung, die mit Ultralanghubigkeit zur Beibehaltung des gewünschten Hubraums ausgeglichen werden muß, ein wenig verringern. Deswegen hatte der Urmotor der Sportster, ein Flathead, in der D45 von 1929 bei dem bis heute beibehaltenen Hub von 3 13/16 Zoll eine Bohrung von nur 2 3/4 Zoll gegenüber den 3 Zoll der 883, die 1957 erst durch drastische Verkürzung des Flammwegs durch Wechsel zu OHV- Zylinderköpfen möglich wurden. Warum man allerdings nie auf die Idee gekommen ist, auch bei Flatheads 2 Kerzen pro Zylinder einzusetzen, weiß ich auch nicht vielleicht, weil sie den hochkommenden Ventiltellern im Weg wären. Da die Quetschkante das Beschleunigungsklingeln bis 3000/min nicht beseitigt, ist klar, warum Indian und Harley in den Zylinderdeckeln ihrer Serien- Flatheads der 20er wegen der Nenndrahzahl kaum über 3000/min  noch keine Quetschkante eingossen, um, wie oben beschrieben, die Flammfront zu beschleunigen, was gerade bei den Flatheads mit ihren extrem langen  Flammwegen die Klopffestigkeit bei ihren Höchstdrehzahlen von üblicherweise 3200/ min  und damit die machbare Verdichtung deutlich erhöht hätte. Das Know-how war damals nämlich ganz offensichtlich schon vorhanden in Gestalt einer beliebten Tuning-Maßnahme : Der damalige "Brennraum-Papst" Riccardo bot eine sogenannte "Riccy-Plate" zum montieren im Flathead-Zylinderdeckel an, deren Kante als Quetschkante fungierte, die es erlaubte, das Volumen der Riccy-Plate zur Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses ohne Gefahr von (Hochdrehzahl-) Klopfen zu verwenden. Die Tuner nahmen bei Rennflatheads offenbar das Kurzzeitige Beschleunigungsklingeln in Kauf, um Vollastdauerdrehzahlen mit hoher Verdichtung = hoher Leistung und verringertem Verbrauch zu realisieren, da bei Rennmotoren die Lebensdauerreduktion durch (auf den Ovalrennstrecken der USA nur 2 mal / Runde und damit sehr seltenes und kurzzeitiges) Beschleunigungsklingeln keine Rolle spielt. Die letzten 750 er Rennflatheads Ende der 60 er hatten so unfassbare 60 PS! Ab Ende der 20er stiegen die Drehzahlen allmählich bis auf über 4000/min und daher führte Indian in der Scout 101 und Harley in der D45, gefolgt von den Big Flatties die ersten Quetschkanten ein.

Kleinere Flammwege durch mehr Zylinder / Hubraum:

Bei Flatheads in Autos wurde in den 20 ern noch ein anderer Weg gewählt: Auf einem kleineren Zylinder sitzt auch beim Flathead ein kleinerer Brennraum (wg. Kleinerem Zylinderdurchmesser und kleineren Ventiltellern) und damit eine kleinerer Flammweg. Daher wurde insbesondere in USA der gewünschte Hubraum in immer mehr und dadurch immer kleinere Zylinder geteilt, über den Reihensechser zum Reihenachter bzw. von Ford als Flathead-V8. Das erlaubte, wie oben beschrieben, auch wieder ein höheres Verdichtungsverhältnis und damit Verdichtungsdruck, der wiederum zu einer schnelleren Flammfront führt, weil sich die gleiche Anzahl C, O und H-Atome im kleineren Brennraumvolumen bei höherem Druck häufiger "trifft" und miteinander reagiert. Auch durch höhere mögliche Verdichtung schmilzt also der "Vorsprung" der Druckfront vor der Flammfront und damit die Nachteile dieses Vorsprungs zusammen, also ein sogenannter sich selbst verstärkender Effekt. Als Voraussetzung muss aber trotzdem leider unabdingbar erstmal der Flammweg konstruktiv ( durch kleinere Bohrung) kürzer gemacht werden, damit der sich selbstverstärkende Effekt der Selbstentzündungsvermeidung durch Verdichtungserhöhung "den Rest" erledigen kann. Wie das Verhältnis der Wirksamkeit dieser beiden Maßnahmen zur Selbstentzündungsvermeidung ist, also wie stark man konstruktiv den Flammweg reduzieren muss, bis man den Rest der Verdichtungserhöhung überlassen kann, ist eine Frage von Formeln und Know-how des Motorenkonstrukteurs und geht definitiv über den Rahmen dieses Beitrags hinaus.

Warum also baut man Langhuber???

Das Rohbenzin der 20 er hatte 40-60 Oktan, das Benzin der 30 er hatte 70 Oktan durch Verbleiung ( USA) oder Benzolbeimischung ( "Aral" in Deutschland bis 1937 wegen Lieferverbots von Tetraethylblei seitens der USA aus politischen Gründen). Niederoktaniges Benzin ist sehr zündwillig und verschärft damit extrem die Klingel- / Klopfempfindlichkeit bei langen  Flammwegen oder Gusseisenbrennräumen. Bei diesem Benzin ist der machbare Flammweg und damit die machbare Bohrung also sehr limitiert und großer Hubraum nur durch langen Hub , viele Zylinder oder Aluköpfe zu erzeugen. Oder man reduziert die Verdichtung, was die Leistung senkt und den Spritverbrauch deutlich erhöht. Deswegen waren alle Vorkriegsmotoren entweder klein , vielzylindrig (bis 16 bei Cadillac, Marmon oder Au to Un Ion Typ C) oder langhubig. Indian beging den fatalen Fehler, bei Beibehaltung des Hubraums wie beim Chief-V-Twin die Flammwege durch Erhöhung der Zylinderzahlen auf 4 zu reduzieren und damit ein überteuertes und unzuverlässiges Produkt anzubieten ( Überhitzung des hintersten Zylinders), während die High-Tech-Harley-Jungs eine für Durchschnittskunden bezahlbare Lösung durch Reduzierung des Flammweges durch den OHV-Zylinderkopf des Knucklehead entwickelten. Die US-Motorradfahrer hatten damals starke Vorbehalte gegen die Kipphebel der OHV-Köpfe, weil die bogenförmige Bewegung der Kipphebelspitze über den Ventilschaft einen seitlichen Druck auf die Ventilführung erzeugt, dem die damaligen Materialien noch nicht überzeugend gewachsen waren. Der Flathead erzeugt mangels Kipphebel diesen seitlichen Druck nicht und ist daher zuverlässiger. Deswegen tauchte der Knucklehead in seinem ersten Baujahr 1936 nicht mal im Harley-Prospekt auf! BMW war wegen der Baubreite des Boxers der Weg in die Langhubigkeit und damit große Hubräume versperrt, deswegen mussten sie schon 1925 alle Register ziehen und einen OHV-Alu-Zylinderkopf rausbringen und blieben bis Ende der 30 er auf mit Ach und Krach knapp 750 ccm eingegrenzt, um wenigstens einen halbwegs sinnvollen Verdichtungsdruck realisieren zu können. Als zuverlässige Arbeitstiere musste auch BMW parallel leistungsschwache, saufende Flatheadboxer anbieten, da die deutschen Ventilführungen offensichtlich auch nicht haltbarer waren. Der 750 er Boxer des WKII hatte mit 78 mm Hub (Ural bis heute für das russische Klingelwasser) viel mehr Hub als alle anderen Boxer bis heute (68 - 73mm), um die Bohrung auf erträgliche 78 mm einzugrenzen und damit den Flammweg kleinzuhalten und dadurch wiederum die Verdichtung möglichst hoch zu Kriegen. Flatheads haben viel längere Flammwege als OHV-Köpfe und sind damit auf niedrige Verdichtungen eingegrenzt, die niedrige Leistung bei sehr hohem Spritverbrauch, verschärft durch die riesige Brennraumoberfläche, zur Folge haben. Ultralanghubigkeit erlaubt, bei Beibehaltung des Hubraums die Bohrung zu reduzieren und dadurch die Flammwege sowie die Brennraumoberfläche ein wenig zu verkleinern und die Verdichtung ein wenig zu erhöhen, eine beliebte Maßnahme bei Flatheads. Kurzhubige Motoren mit zwangsläufig längeren Flammwegen waren mit vernünftiger Verdichtung erst ab dem Aufkommen des 90-oktanigen Benzins in den 50ern realisierbar. Der Sinn der Kurzhubigkeit sind größere Ventile, durch die bei genug Ansauggeschwindigkeit, also ab mittleren Drehzahlen, mehr Gemisch / Kolbenhub angesaugt werden kann: Schön zu verfolgen bei Ducati ab Anfang der 90er: Die Leistungssteigerung von der 916 mit etwa  100 PS Literleistung zur Panigale mit etwa  180 PS Literleistung wurde  bezogen auf den gleichen Hubraum nur durch immer extremere Bohrungen = größere Ventile zu Lasten des Hubs möglich. Das macht die Flammwege natürlich immer länger, sodass Ducati wegen der gegenüber gleichgrossen 4-Zylindern ohnehin viel längeren Flammwege  alle besprochenen Register ziehen musste:
- Mittige Zündkerzenlage ist bei Vierventiler ohnehin gegeben 
- Quetschkanten
- Motorsteuergerät mit Ansaugdruck- Temperatur- und Drosselklappenstellungssensor zur Ermittlung der angesaugten Gemischmenge und damit des Verdichtungsdruckes
- hochoktaniger Sprit
- und am Ende des Weges Klopfsensoren
 Durch die heutige Aufladung mit Turbos oder Kompressoren erzeugt man einen so hohen Verdichtungsdruck, dass man wieder das gleiche Problem des klingeln und Klopfen hat wie vor 1945, als man für Kurzhuber kein Fahr-Benzin mit 90 Oktan hatte (nur die USA im WKII nur für ihre Kampfflugzeuge 100 Oktan), da es heute für aufgeladene Kurzhuber kein Benzin mit 120 Oktan gibt und man von der stark reduzierten Verdichtung dieser Motoren der letzten 40 Jahre wegwill. Daher sind als einzige Alternative Langhuber mit modernen Zylinderköpfen wieder auf dem Vormarsch, weil ihre kleine Bohrung eine kleine Brennraumoberfläche mit geringen Wärmeverlusten = geringem Spritverbrauch zur Folge hat und die Kombination mit 4 Ventilen/Zylinder eine extreme Verkürzung des Flammwegs ermöglicht, die gleiche Lösung, die man notgedrungen auch vor 1945 wählte (siehe ganz oben!). Die Energieeffizienz der Langhuber wird durch ihre kleinen Bohrungen und damit sowieso schon besonders kleinen Flammwege zusätzlich noch gesteigert, weil diese eine viel höhere Verdichtung als bei gleich großen Kurzhubern mit deren längeren Flammwegen erlauben und damit auch den durch Turbolader erzeugten extrem hohen Verdichtungsdruck ohne Selbstentzündung besser verkraften (NICHT Verdichtungsverhältnis!!!), ein typisches Problem der Kombination Kurzhuber mit Turbolader.

​​​​​​​Warum also gibt es keine Flatheads mehr? 

​​​​​​​ Der absolute worst Case sind Flatheads: hier kommen riesige Flammwege, verwinkelte Ansaug- und Auslasskanäle mit hohem Druckverlust und dadurch schlechter Zylinderfüllung und durch Ultralanghubigkeit geringe Maximaldrehzahlen wegen limitierter Kolbengeschwindigkeiten sowie Brennräume ohne Wirbelerzeugung zusammen. Die extrem langen Flammwege brennen auch langsamer durch als kürzere Flammwege, was den Flathead zusätzlich auf niedrige Drehzahlen eingrenzt. Ansonsten würde der ganze schöne Verbrennungsdruck großenteils durch das öffnende Auslassventil entweichen. Aus den exakt gleichen Gründen ist das mit den Wankelmotoren nix geworden: lange flache Brennräume und damit riesige Brennraumoberflächen und extrem lange Flammwege wie bei Flatheads! In der Zeit vor Unterdruckmembranen oder gar  den Motorsteuergeräten konnte man die resultierende extreme Verstellnotwendigkeit unabhängig nach Drehzahl und Drosselklappenstellung und Oktanzahl (neudeutsch: "Mapping") nur mit manueller Zündzeitpunktverstellung nach Gehör des Fahrers realisieren, zumindest bei den besonders klopfempfindlichen, da im Sommer besonders heiß werdenden  Luftgekühlten Motoren. Als man das nach dem WWII dem Fahrer nicht mehr zumuten wollte, war mit den bei automatischer Verstellung durch Fliehgewichte  starren Zündzeitpunktverstellkurven  der Flathead im Motorrad tot, zumal er bei besonders hohem Verbrauch eine besonders geringe Literleistung liefert. 

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Neuer Beitrag 24.03.2013 18:56
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Von S&S gibbet noch nette Motörchen Augenzwinkern .

Mein S&S Evo hat 4,375 Hub und 4,125 Bohrung. Der 124er hat noch mehr Hub, 4,625.....

Wenn man bedenkt, wie diese Motoren samt dranhängendem Mopped in USA verschleudert wurden Augen rollen .

Greetz
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Neuer Beitrag 24.03.2013 10:09
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Hallo XL883,

was ist eine Brennstrecke?
Wie ist der Begriff definiert?

Deswegen sind Flatheads noch viel viel Langhubiger, um die Brennstrecke und die Oberfläche wenigstens etwas zu verkleinern.


Die Aussage bedarf bei meinen Wissensstand auch einer weiteren Erklärung.

MfG

mavericktm


@Admin
Kannst Du den Beitrag nicht nach "Allgemein: Motorräder" verschieben?

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Neuer Beitrag 23.03.2013 19:15
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@ XL 883

Das meinte ich auch, als ich schrieb: Durch seine kleinere BOHRUNG hat er einen kleineren Brennraum.

@ blackwilli

Durch die kleinere Bohrung ist die Oberfläche des Brennraums kleiner. nach dem 3. Hauptsatz der Thermodynamik erhöht sich der Wärmestrom parallel mit dem treibenden Gefälle der Temperaturdifferenz und mit der Grösse der Oberfläche durch die er durchgeht, nicht des Brennraumvolumens. Wenn ich also den Brennraum bei gleichem Hubraum beim Langhuber mit kleinerer Oberfläche darstelle als beim Kurzhuber, dann hat er weniger Wärmeverluste, wenn ich mal von gleicher Brenntemperatur ausgehe. Beim Ottomotor spielt hierbei nur der Brennraum eine Rolle, d.h. wenn der Kolben im oberen Totpunkt ist. Das Brennraumvolumen ist völlig egal, es geht um die Brennraumoberfläche, und die ist wegen der kleineren Bohrung nun mal kleiner als beim Kurzhuber bei gleichem Hubraum. D.h. ein langhubiger Bigblock würde bei gleichem Hubraum weniger verbrauchen, weil er eine geringere Brennraumoberfläche hat und wegen der kürzeren Brennstrecke höher verdichtet werden kann ( s.o.!) Durch die höhere Verdichtung wird dann in der Tat als Nebeneffekt, sprich als Folge aber nicht als Ursache, auch das Brennraumvolumen kleiner. Ein Flathead hätte auch gern eine hohe Verdichtung, geht aber nicht, weil die Brennstrecke so lang und nicht, weil das Brennraumvolumen so groß ist. Deswegen sind Flatheads noch viel viel Langhubiger, um die Brennstrecke und die Oberfläche wenigstens etwas zu verkleinern.

Was glaubst Du wohl, warum heute alle namhaften Autohersteller Langhubmotoren bauen und auch Honda nach 60 Jahren endlich erkannt hat, dass Langhuber die effizienteren Maschinen sind. Deswegen krempeln sie seit 2010 ihre gesamte Zweiradmotorenpalette auf Langhub um. beginnend bei den kleinen Rollermotoren sind sie mittlerweile schon bei der NC- Baureihe angelangt.

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Neuer Beitrag 23.03.2013 18:03
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@ blackwilli
@ niterider

Hallo zusammen, entscheidend ist nicht das Brennraumvolumen in ccm
sondern der Durchmesser in mm.( den Weg den die Flammfront von der
Zündkerze bis zum Brennraumende zurück legen muß).
Da bei einem Viertakt-Ottomotor das optimale Zylindervolumen zwischen
250-400 ccm liegt, erklärt sich auch warum der "kleine" 883 Motor der
Sportster einen deutlich besseren Wirkungsgrad hat als jeder " Big Twin".

Gruß Matthias

__________________
883 ohne VOES, ohne Beschleunigerpumpe
cool

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blackwilli ist offline blackwilli
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Neuer Beitrag 23.03.2013 17:31
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Aber ein Langhuber hat nicht automatisch einen kleineren Brennraum, weil er eine kleinere Bohrung als ein Kurzhuber gleichen Hubraumes hat. Die Größe des Brennraumes, also sein Volumen, ist nur ein Resultat aus Hubraum und Verdichtungsverhältnis. Lang- und Kurzhuber gleichen Hubraumes und gleichem Verdichtungsverhältnis, haben auch einen gleich großen Brennraum.

Das Problem großzylindriger, kurzhubiger Bigblocks mit hohem unverbrannten Spritanteil kam von einer schlechten Verwirbelung des angesaugten Gemisches über die größere Querschnittsfläche des Brennraumes. Daher ist es richtig, dass eine kleinere Querschnittsfläche von Vorteil ist bzw. war. Denn heute wird dieses Problem der schlechteren Verwirbelung (Füllungsgrad und -optimierung) durch mehrere Einlaßventile und / oder spezielle Wirbelkanten im Zylinderkopf umgangen.

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niterider ist offline niterider
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Neuer Beitrag 23.03.2013 14:04
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Da kommt's wieder ans Licht: Der Sporty 883- Motor ist der langhubigste derzeit gebaute Harley- Motor mit seinen Massen von 1957:

Hub 3 13/16 Zoll

Bohrung: 3 Zoll

Hubverhältnis: 1,27

hat einer der heutigen Harley-Serienmotoren mehr zu bieten? Je langhubiger, desto echter die Harley cool

Dann schauen wir doch mal nach:

Big Twin's seit 1936: 1-2 unterliegende Nockenwellen, Kette links:

Zu den großen Flatties (Seitenventilern) habe ich nur die Masse der V bzw. VL-Reihe

73,73 cui: 4 / 3 7/16 = 102 / 88 = 1,16 für eine Flattie ganz schön wenig und kaum mehr als die gleich große 74 cui Shovel. Des Rätsels Lösung: Wegen des infolge der seitlich neben dem Brennraum stehenden Ventilteller bei 88 mm Bohrung riesigen Flammwegs  hatte man die Verdichtung so weit zurückgenommen, dass die VL für 74 cui  nur dürftige 30 PS hatte.

Die U bzw. UL-Flattie war die erste Harley mit 80 cui. Ich habe leider keine Masse gefunden, da diese Maschinen als Arbeitselefanten immer im Schatten der Knucklehead standen, selbst auf dem oldtimer-Markt noch..

Knucklehead + Panhead
60 cui: 88,9/84 = 1,06 tatsächlich nur Unterquadratisch
74 cui: 100,8/87,3 = 1,15 Langhuber

Shovel
74 cui: 100,8/87,3 = 1,15 Langhuber
81,8cui: 108/88,9 = 1,21 Langhuber

Evolution 80 cui: 108/88,8 = 1,22 Langhuber

TC 88 cui: 101,6/95,3 = 1,066 Unterquadratisch
TC 96 cui: 111,1/95,3 = 1,17 Langhuber
TC 103 cui: 111,1/98,4 = 1,13 Langhuber
TC 110 cui: 111,3/101,6 = 1,095 Unterquadratisch

Small Block seit 1929: 4 unterliegende Nockenwellen, Kette rechts

Flatties
45 cui: D, WL, K: 96,8/69,8 = 1,39 Ultralanghuber
54,2 cui: K: 115,8/69,8 = 1,66 Ultralanghuber "Basis aller Strokermotoren"

XL-Sporties
53,9 cui: 96,8/76,2 = 1,27 Langhuber
60,9 cui: 96,8/81 = 1,20 Langhuber
1198 ccm (bis 2006): 96,8/88,8 = 1,09 Unterquadratisch
1202ccm (ab 2007): 96,8/88,9= 1,09 Unterquadratisch

Etwas peinlich wird es für den Twin Cam beim Vergleich mit Japanern:

NC700 : 80/73 = 1,1
W650: 83/72 = 1,15!!!
MT01: 113/97 = 1,16!!!!
VN2000: 123,2/103 = 1,2!!!!!

Selbst die alte Blechvespa PX ist schon in Sichtweite:

125 ccm: 57/52,5 = 1,09

Zum Vergleich : Die BMW S1000RR hat absurderweise einen kleineren Hub als die Vespa:
49,7/80 = 0,60 Ultrakurzhuber

Interessant noch der Wettbewerber Indian

Chief Big Twin Flatties

1000 ccm. 101/79,5= 1,27 (wie die 54 cui Sporty! Das Problem der Flatties: der gleich große Knucklehead braucht nur 88,9 Hub)
1200 ccm: 112,7/82,5 = 1,37 Ultralanghubigkeit ( Das Problem der Flaties: Der gleichgrosse Knucklehead braucht nur 100,8 Hub)
1319 ccm: 122/82,5 = 1,48 Ultralanghubigkeit

neuer Polaris - OHV
1811 ccm: 113/101 = 1,12 Langhuber: hat also den gleichen!!! Hub wie der alte Chief-Flathead, kann aber eine 22% größere Bohrung realisieren, weil er wegen seines OHV-Zylinderkopfes trotzdem eine kleinere Brennstrecke als der Flathead hat! Anschaulicher geht's kaum noch!

Scout Small Block Flatties
600 ccm: 77,7/69,8 = 1,11 Langhuber
(Harley hat bei seinen Small Block Flatties den Hubraum von 750 ccm bei gleicher Bohrung von 69,8 über mehr Hub (96,8!!!) geholt als die Scout über mehr Bohrung mit 73,2, um eine höhere Verdichtung realisieren zu können, wie der nachstehende Scout-Motor mit 744 ccm zeigt)
744 ccm: 88,9/73,2 = 1,21 Langhuber Das zeigt das Problem der Flatheads: die 744ccm Scout braucht den gleichen Hub wie die 1000 ccm Knucklehead, um 75% des Hubraums zu generieren!!!

Fazit: Die Flatheads müssen den gleichen Hubraum mit weniger Bohrung und mehr Hub wegen ihrem klopfanfälligen Brennraum wegen der extrem überlangen Flammwege realisieren! Deswegen hat der Harley Knucklehead OHV die Marke Indian mit ihren SV's (Flatheads) gekillt! Der Vorteil des Knucklehead gegenüber den Flatheads wurde durch das höchstens 70 -oktanige Benzin der dreißiger noch erheblich verschärft.

Das Zitat oben von mavericktm ist ziemlich unpräzise: Durch seine kleine Bohrung im Verhältnis zum Hubraum hat der Langhuber einen kleineren Brennraum und damit grundsätzlich einen höheren Wirkungsgrad alsein Kurzhuber gleichen Hubraums, denn

- der kleinere Brennraum hat ne kleinere Oberfläche, durch die weniger Wärme entweichen kann. Also bleibt mehr Wärmenergie für die Verbrennungsdruckerzeugung übrig!

- der kleinere Brennraum ist wegen kürzerer Brennstrecke erheblich weniger klopfempfindlich, Bei gleicher Oktanzahl kann höher verdichtet werden und mehr Wasserstoff, Kohlenstoff und Sauerstoffteilchen finden zueinander, stattb unverbrannt hintenrausgepustet zu werden. Krassestes Beispiel waren die kurzhubigen Bigblock V8 der 60er, die mit ihren dadurch erzeugten riesigen Brennraumoberflächen und riesigen Brennstrecken bei Zylinderinhalten bis über 900 Kubikzentimeter irre Mengen unverbrannten Sprit hintenrauspusteten.

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Neuer Beitrag 23.03.2013 10:06
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TC 96 : Bohrung = 95,3 mm , Hub = 111,1 mm

111,1 : 95,3 = 1,165 ...

Generelle grobe Werte:

Langhuber: Wert über 1 ( ca bis 1,3)
Kurzhuber: Wert unter 1 (bis ca o,7)
Quadradhuber: Wert nahe 1 (0,9-1,1)

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Neuer Beitrag 23.03.2013 10:01
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TC 96 : Bohrung = 95,3 mm , Hub = 111,1 mm

Zitat von mavericktm
Fazit: Die TC Motoren sind Quadrathuber,


>>> 95,3 = 111,1 ???

Was hattest Du in der Schule denn in Mathe ? Zunge raus fröhlich

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Neuer Beitrag 23.03.2013 09:28
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Hallo DéDé,

was ist das Kennzeichen von einem Langhuber?

Wo ist die Grenze von Langhubmotor zu Kurzhubmotor?
Wo wurde das festgelegt?

MfG

mavericktm



Antwort:

http://www.2stroke-tuning.com/moped-anle...r-und-kurzhuber


Langhuber und Kurzhuber Definition Langhuber: Ist der Weg zwischen OT (Oberertotpunkt) und UT (Unterertotpunkt) größer als die Zylinderbohrung spricht man von einem Langhuber. Kurzhuber: Ist der Weg zwischen OT und UT kleiner als die Zylinderbohrung spricht man von einem Kurzhuber. Quadrathuber: Ist der Weg zwischen OT und Ut fast Identisch zu der Zylinderbohrung spricht man von einem Quadrathuber. Vorteile und Nachteile. Kurzhuber: Der Vorteil bei einem Kurzhuber liegt nicht nur an der niedrigen Verbennungstemperatur. Sondern auch das er Laufruhiger ist als ein Langhuber. Kurzhuber haben eine Flachere Drehmomentkurve. Der Wirkungsgrad einen Kurzhuber´s ist im Vergleich zu einem Langhuber schlecht. Langhuber: Der Langhuber besitzt eine höhere M-Kolbengeschwindikeit, dies hat zur Folge das alle Bauteile wie Pleuel,Lager bei dem Abremsen des Kolbens sehr hoch belastet wird. Dadurch steigt natürlich der Verschleiss. Der Wirkungsgrad des Langhubers ist im Vergleich zum Kurzhuber sehr gut , durch den großen Hub kann sich das Kraftstoff-Luftgemisch sehr gut entfalten und trägt hierbei zu einer gleichmäßgen Verbennung bei. Der Langhuber besticht durch ein höheres Drehmoment , aber eine nicht so weit hoch gesetzte Drehzahlkurve. Der Langhuber kann Rein Theroretisch eine höhere Verdichtung fahren , leider ist dies nicht immer möglich wegen der Klopfanfälligkeit des Otto-Motors. Formeln & Rechnen Formeln Die Formel um dieses Hubverhältniss herraus zu bekommen brauch man diese Formel: k= Hubverhältniss d= Zylinderdurchmesser (mm) s= Hub (mm) [k=s/d] Diese Formel ist eine Größengleichung. Generelle grobe Werte: Langhuber: Wert über 1 ( ca bis 1,3) Kurzhuber: Wert unter 1 (bis ca o,7) Quadradhuber: Wert nahe 1 (0,9-1,1)


Fazit: Die TC Motoren sind Quadrathuber,

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DéDé ist offline DéDé · 4066 Posts seit 17.04.2008
aus Nordbadisches Tiefland
fährt: Hauptsächlich Vergaser Harleys und eine geflammte WG
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fährt: Hauptsächlich Vergaser Harleys und eine geflammte WG
Neuer Beitrag 05.05.2008 21:36
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à propos Langhuber !

Schon gewusst : Die letzten echten Harley Langhuber waren die 80 ci Shovels und EVOs.

Warum ?

Ganz einfach:

Bohrung x Hub in Inches gemessen - setzt das mal ins Verhältnis .

EVO:
3,50 x 4,25 inches

TC:
3,75 x 4,00 inches


Mit den neuen TCs (1580er)sind wir wieder auf dem richtigen Weg:
3,75 x 4,38 inches

__________________
Ohne CAN-BUS und ABS, am liebsten mit CV-Vergaser

http://forum.milwaukee-vtwin.de/thread31788-alle-xl-883-keihin-cv-vergaserkunde.htm