Definition des Brennraums

Der Brennraum in einem Vespa Zweitaktmotor befindet sich im gasgefüllten Raum zwischen dem sich im Nahbereich OT bewegenden Kolbendach und der Brennraumkuppel. Im Brennraum beginnt und endet der Verbrennungsvorgang. Der Brennraum wird in mehrere Bereiche aufgegliedert. Jeder Bereich hat eine spezielle Aufgabe. Die Bereiche und deren Umgebung werden in den folgenden Absätzen erklärt.

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Bild 1: Der Brennraum (Bild: Wespenblech Archiv)

Aufbau des Brennraums

Zylinderkopf

Zylinderkopf Malossi 210In Bild 1 ist der Zylinderkopf zu erkennen. Ein Großteil des Brennraumes wird durch die im Zylinderkopf befindliche Brennraumkuppel gebildet. In ihr ist auch die Zündkerze untergebracht. Der Zylinderkopf bei einem Zweitaktmotor ist im Verhältnis zu einem Viertaktmotor eher unkompliziert aufgebaut. Es werden weder Ventile, noch eine Nockenwelle benötigt. Der Zylinderkopf dichtet bzw. schließt den Zylinder ab. Der Zylinderkopf ist hohen thermischen Belastungen ausgesetzt, aus diesem Grund werden für die Produktion des Zylinderkopfs in der Regel Leichtmetalllegierungen mit Hauptanteil aus Aluminium eingesetzt, weil diese die Wärme besser ableiten können und somit die thermische Belastung mildern. Zudem muss der Zylinderkopf über eine gute Dichtung verfügen (Zylinderkopfdichtung). Diese befindet sich zwischen Zylinder und Zylinderkopf und dichtet den Brennraum  ab. 

Brennraumkuppel

Die Brennraumkuppel ist ein Bereich innerhalb des Brennraums. In der Brennraumkuppel startet die Verbrennung›.  Im Idealfall ist die Geometrie der Brennraumkuppel auf den Zylinder und Kolben abgestimmt.

Brennraumkuppelform

Die Entstehung des Verbrennungsschwerpunktes entwickelt sich beim Verbrennungsprozess unter Anderem innerhalb der Brennraumkuppel. Die Kontur, Form und Größe der Brennraumkuppel entscheidet über die Entwicklung der Flammenfront und somit über den Wirkungsgrad bei Umwandlung chemischer Energie in mechanische Kraft.

Anordnung der Zündkerze in der Brennraumkuppel

Bisher liegen keine Informationen vor.

Brennraumkuppelausrichtung

Bisher liegen keine Informationen vor.

Quetschfläche

Die Quetschfläche innerhalb des Brennraums beschleunigt das Treibstoffluftgemisch in Richtung Brennraumkuppel.

Theorien zur Quetschfläche

Quetschfläche optimiert die Gemischzusammensetzung?

Hin und wieder wird behauptet, die Quetschfläche sorgt für eine Durchwirbelung des Gemisches, welche die Gemischzusammensetzung und somit die Verbrennung optimiert. Hierfür gibt es keine Belege.

Die Quetschfläche dient zum Schutz der Kolbenringe vor Verbrennungsdruck?

Zwischen der Quetschfläche und dem Kolbendach findet Verbrennung statt und auch der Verbrennungsdruck erreicht diese Region (siehe → Blowby). Der Verbrennungsschwerpunkt, das ist der Zeitpunkt bei dem ∼ 50 % der eingesetzten Kraftstoffmasse verbrannt sind, liegt etwa 5° bis 8° KW nach OT. Die Flammenfront erreicht dabei auch den Bereich der Quetschfläche.

Der höchste Verbrennungsdruck bei allen Drehzahlen und Lastfällen tritt bei optimal eingestellter Zündung etwa 10° bis 20° Kurbelwellenwinkel nach dem Oberen Totpunkt (OT) auf und erreicht auch die Kolbenringe.

Theorien, in welchen behauptet wird, zwischen Quetschfläche und Kolbendach fände keine Verbrennung statt oder aber die Quetschfläche schütze die Kolbenringe vor Verbrennungsdruck, konnten nicht nachgewiesen werden.

Verbrennungsrückstände im Zylinderkopf einer Vespa PX

 

 

Dichtfläche

Die Dichtfläche zwischen Zylinderkopf und Zylinder sorgt dafür, dass während der Verbrennung keine Drücke entweichen. Des Weiteren sorgt die Dichtfläche dafür, dass keine Nebenluft angesaugt wird.

Quetschkante

siehe Beitrag → Quetschkante

Kenngrößen im Brennraum

Kompressionsvolumen

Alternative Begriffe: Restvolumen, Brennraumvolumen

Abkürzungen in Formeln: Vk oder Vc

Das Kompressionsvolumen entsteht innerhalb des Brennraums, wenn sich der Kolben im OT befindet. Befindet sich die obere Kante der Ringpartie des Kolbens im OT unterhalb der Zylinderoberkante, so bilden auch Teile des Zylinders das Kompressionsvolumen. Das Kompressionsvolumen wird auch als Restvolumen oder Brennraumvolumen bezeichnet. Zur Bestimmung des Kompressionsvolumens für die Errechnung des geometrischen Verdichtungsverhältnisses εg oder des effektiven Verdichtungsverhältnisses muss das Kompressionsvolumen ausgelitert› werden. Das Kompressionsvolumen wird in ccm angegeben.

Öffnungswinkel der Quetschfläche

Positiver Öffnungswinkel

Ein positiver Öffnungswinkel hat keine negativen Effekte auf die Haltbarkeit eines Motors, kann aber trotz kleiner Quetschkante› etwas Leistung kosten. Während bei Serienzylinderköpfen auf Grund von Fertigungstoleranzen ein sehr großer positiver Öffnungswinkel gewählt werden kann, reichen in der Regel ein bis zwei Grad vollkommen aus und die Quetschfläche kann effektiv arbeiten. Meistens reicht schon eine Verringerung der ab Werk sehr hoch ausfallenden Quetschkante aus.

Negativer Öffnungswinkel

Ein negativer Öffnungswinkel kann durchaus einen haltbaren Motor ergeben. In der Regel führt ein negativer Winkel jedoch zu einem Motorschaden, wenn die Quetschkante zu gering gewählt wurde. Der Kolben schlägt dann gegen Teile der Quetschfläche. Für Alltagsmotoren sollte ein positiver Öffnungswinkel bevorzugt werden.

Neutraler Öffnungswinkel

Ein neutraler Öffnungswinkel wird nur sehr selten erreich und stellt somit ein Optimum dar. Die Wirkung der Quetschfläche ist bei neutralem Öffnungswinkel sehr hoch. Die Realisierung ist allerdings gerade bei kleinen Quetschkanten sehr aufwendig. Im Prinzip sind alle Distanzen zwischen Quetschfläche und Kolbendach gleich dem Wert der Quetschkante.

Quetschflächenanteil

Definition

Der Quetschflächenanteil errechnet sich über die Fläche der Quetschfläche im prozentualen Anteil zur Gesamtfläche der Zylinderbohrung.

Auswirkung des Quetschflächenanteils

Der Anteil der Quetschfläche hat Auswirkungen auf das Laufverhalten des Motors.

Ebenso wie die Verdichtung muss die Quetschfläche innerhalb eines sinnvollen Maßes ausgeführt werden. Dieser liegt in etwa zwischen 30% und 60%, dies beinhaltet allerdings extreme Wettbewerbsmaschinen, im Alltag haben sich Anteile zwischen 40% und 50% als sinnvoll herausgestellt.

Je größer der Flächenanteil, desto früher liegt die Leistung bei einer optmimal gewählten Quetschkante an. Ein großer Flächenanteil ist also gut für ein früh einsetzendes Drehmoment, begrenzt allerdings auch die Maximaldrehzahl, ein kleiner Flächenanteil ist gut für hohe Drehzahlen. Ein großer Flächenanteil kann bei kleiner Brennraumkuppel dazu führen, dass der Motor anfängt zu klingeln›.

 

 


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