MOTO PHYSICS: ALLES, WAS SIE ÜBER HOCHKOMPRESSIONSKOLBEN WISSEN MÜSSEN 

Das Erhöhen der Kompression in Ihrem Motor sollte eine fundierte Entscheidung sein. Es ist wichtig, zunächst zu verstehen, welche Auswirkungen eine hohe Kompression hat, welche Anatomie ein Kolben mit hoher Kompression aufweist und welche Anwendungen normalerweise am meisten davon profitieren.

Von Paul Olesen

Kolben mit hoher Kompression sind ein häufiges Upgrade für Dirtbikes und andere Motorräder, aber das Erhöhen der Kompression ist nicht immer vorteilhaft. MXA Werfen Sie einen Blick darauf, welche Auswirkungen eine höhere Komprimierung hat, wie Sie Kolben mit hoher Komprimierung entwerfen und welche Faktoren zu berücksichtigen sind, wenn Sie überlegen, einen hinzuzufügen.

Egal, ob Sie Rennen fahren oder auf der Strecke nach mehr Leistung suchen, es gibt eine Vielzahl von Leistungsverbesserungen, die Sie in Betracht ziehen müssen, um die Leistung Ihrer Maschine zu steigern. Kolbenhersteller wie JE Pistons bieten Kolben mit hoher Kompression für viele Anwendungen an. Es gibt jedoch wichtige Vor- und Nachteile, die Sie berücksichtigen sollten, wenn Sie entscheiden, ob ein Kolben mit hoher Kompression für Ihre Anwendung geeignet ist. Wir werden einen Blick darauf werfen, was eine Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses bewirkt und welche Auswirkungen es auf den Motor hat, detailliert beschreiben, wie Kolben mit hoher Kompression hergestellt werden, und einen umfassenden Überblick darüber geben, welche Anwendungen von der Verwendung eines Kolben mit hoher Kompression profitieren können.

Es gibt Grenzen, wie viel die Mischung vor der Verbrennung komprimiert werden kann. WENN DIE TEMPERATUR DER MISCHUNG VOR DEM ZÜNDEN DES ZÜNDKERZENS ZU VIEL ERHÖHT, KANN DIE MISCHUNG AUTO ZÜNDEN.

Wie wirkt sich ein erhöhtes Verdichtungsverhältnis auf die Motorleistung aus? Um zu verstehen, wie sich eine Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses auf die Leistung auswirkt, müssen wir zunächst verstehen, was mit dem Kraftstoff / Luft-Gemisch beim Kompressionshub geschieht. Während des Kompressionshubs wird das Kraftstoff / Luft-Gemisch komprimiert, und aufgrund thermodynamischer Gesetze steigt die Temperatur und der Druck des komprimierten Gemisches an. Im Vergleich zur Kompression eines Vorratsverhältnisses wird das Kraftstoff / Luft-Gemisch stärker komprimiert, was zu einer erhöhten Temperatur und einem erhöhten Druck vor dem Verbrennungsereignis führt.

Eine höhere Kompression wie bei diesem JE-Kolben ermöglicht die erfolgreiche Verbrennung einer größeren Menge an Kraftstoff / Luft-Gemisch, was letztendlich zu mehr Leistung während des Arbeitstakts führt.

Die resultierende Leistung, die dem Verbrennungsereignis entzogen werden kann, hängt stark von der Temperatur und dem Druck des Kraftstoff / Luft-Gemisches vor der Verbrennung ab. Die Temperatur und der Druck des Gemisches vor der Verbrennung beeinflussen den Spitzendruck des Zylinders während der Verbrennung sowie die Spitzentemperatur im Zylinder. Aus thermodynamischen Gründen führen Erhöhungen des Zylinderspitzendrucks und der Zylindertemperatur während der Verbrennung zu einem erhöhten mechanischen Wirkungsgrad, der Entnahme von mehr Arbeit und einer erhöhten Leistung während des Arbeitstakts. Zusammenfassend kann gesagt werden, je mehr das Kraftstoff / Luft-Gemisch vor der Verbrennung komprimiert werden kann, desto mehr Energie kann daraus entnommen werden.

Detonation und Vorzündung können den Druck und die Temperatur des Zylinders erhöhen und Schäden und Lochfraß am Kolbenboden verursachen.
Oberflächenbehandlungen können den Kolbenboden und die Ringnuten vor möglichen Schäden durch hohen Zylinderdruck und hohe Zylindertemperatur schützen. Die EN-Beschichtung von JE kann die Lebensdauer eines Rennlaufs mit hoher Kompression erhöhen.

Es gibt jedoch Grenzen, wie stark das Gemisch vor der Verbrennung komprimiert werden kann. Wenn die Temperatur des Gemisches vor dem Zünden der Zündkerze zu stark ansteigt, kann sich das Gemisch automatisch entzünden, was häufig als Vorzündung bezeichnet wird. Ein weiterer schädlicher Verbrennungszustand, der auftreten kann, wird als Detonation bezeichnet. Die Detonation erfolgt, wenn sich verbleibende Gase nach dem Zünden der Zündkerze spontan entzünden. Beide Bedingungen belasten den Motor stark mechanisch, da der Zylinderdruck weit über dem des Motors liegt, was die Komponenten des oberen Endes beschädigen und die Leistung beeinträchtigen kann.

WENN DAS FAHRRAD MIT NIEDRIGER GESCHWINDIGKEIT, IN ENGEN BEDINGUNGEN ODER MIT VIEL KUPPLUNGSGEBRAUCH GEFAHREN WIRD, KANN DER MOTOR DURCH EINBAU EINES HOCHKOMPRESSIONSKOLBENS NEGATIV BEEINFLUSST WERDEN.

Nachdem wir verstanden haben, welche Änderungen während der Verbrennung auftreten, um eine höhere Leistung zu erzielen, können wir untersuchen, welche anderen Auswirkungen diese Änderungen auf den Motor haben. Da der Zylinderdruck erhöht wird, wird der Motor stärker belastet. Das Ausmaß der zusätzlichen Belastung, die eingeführt wird, hängt weitgehend von der gesamten Motoreinstellung ab. Da die Verbrennungstemperaturen mit zunehmendem Verdichtungsverhältnis ansteigen, muss der Motor auch mehr Wärme abführen. Bei unzureichender Handhabung können erhöhte Temperaturen die Lebensdauer von Top-End-Komponenten verkürzen.

Kolben mit hoher Kompression erhöhen die Belastung der Arbeitsstruktur des Motors einschließlich der Ringe, des Kolbens selbst und der Lager der oberen Endstange.

Oft können zusätzliche Modifikationen vorgenommen werden, um die Nebenwirkungen einer Erhöhung des Kompressionsverhältnisses zu mildern. Um das Risiko einer Vorzündung und Detonation zu verringern, kann die Verwendung eines Kraftstoffs mit einer höheren Oktanzahl vorteilhaft sein - denken Sie an Renngas. Das Ändern des Verbrennungsereignisses durch Erhöhen der Kraftstoffmenge (Anreichern des Gemisches) und Ändern des Zündzeitpunkts kann ebenfalls hilfreich sein - denken Sie an eine größere Hauptleitung und verzögern Sie die Zündung. Die Verbesserung des Kühlsystems kann ein wirksames Mittel sein, um die durch das Verbrennungsereignis erzeugte zusätzliche Wärme zu bekämpfen - denken Sie an größere Kühler, Ölkühler, Boyesen-Wasserpumpen oder Hochdruck-Kühlerdeckel. Die Ausstattung des Motors mit einer Hochleistungskupplung kann dazu beitragen, den Schlupf und den Verschleiß der Kupplung zu verringern, die aufgrund der erhöhten Leistung auftreten können - denken Sie an Hinson oder Rekluse.

Eine höhere Kompression wird üblicherweise durch Erhöhen des Kuppelvolumens in Kombination mit erhöhten Merkmalen und tiefen Ventiltaschen erreicht, wie bei diesem JE-Kolben. Die Kompressionshöhe kann auch erhöht werden, wodurch der Abstand zwischen der Mitte der Stiftbohrung und dem Kolbenboden vergrößert wird.

Lassen Sie uns einen kurzen Blick darauf werfen, welche Überlegungen bei der Konstruktion eines Hochkompressionskolbens angestellt werden. Typischerweise werden Kolben mit hoher Kompression hergestellt, indem dem Kolbenboden ein Kuppelvolumen hinzugefügt wird, wodurch das Spielvolumen am oberen Totpunkt (OT) verringert wird. In einigen Fällen ist dies abhängig von der Brennkammerform, der Größe der Ventile oder der Höhe des Ventilhubs schwierig. Bei der Gestaltung der Kuppel ist es wichtig, sich für glatte Kuppeldesigns zu entscheiden. Glatte Kuppeln werden im Gegensatz zu aggressiveren Rippenkonstruktionen bevorzugt, da letztere zu heißen Stellen am Kolbenboden führen können, die zu einer Vorzündung führen können. Eine andere übliche Konstruktionsoption besteht darin, den Kompressionsabstand zu vergrößern, dh den Abstand von der Mitte der Bohrung des Handgelenkstifts zum Kolbenboden. Bei diesem Ansatz wird das Quetschspiel, dh das Spiel zwischen Kolben und Kopf, verringert.

Von links nach rechts: Kolben mit einem Kompressionsverhältnis von 13.0: 1, 13.5: 1 und 14.0: 1, alle für einen YZ250F. Beachten Sie die Unterschiede im Volumen und Design der Kolbenkuppel.

Eine allgemeine Übersicht darüber, welche Anwendungen von einem erhöhten Komprimierungsverhältnis profitieren können, kann hilfreich sein, um zu beurteilen, ob ein Upgrade mit hoher Komprimierung eine gute Wahl für Ihre Maschine ist. Da eine Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses die Leistung und die Wärmeabgabe erhöht, erzielen Anwendungen, die von der zusätzlichen Leistung profitieren und mit der zusätzlichen Wärme umgehen können, die bedeutendsten Leistungssteigerungen. Auf der anderen Seite können Anwendungen, bei denen das Fahrrad mit niedriger Geschwindigkeit, unter engen Bedingungen oder mit viel Kupplungsbetrieb gefahren wird, durch die  Einbau eines Hochkompressionskolbens. Beachten Sie, dass diese Aussagen Verallgemeinerungen sind und jeder Motor anders auf erhöhte Kompressionsverhältnisse reagiert.

Glücklicherweise wurden viele Aftermarket-Konstruktionen getestet und für bestimmte Motoren und Kraftstoffoktanzahl optimiert, wenn Sie erwägen, das Verdichtungsverhältnis Ihres Motors durch Verwendung eines Kolben mit hoher Verdichtung zu erhöhen. Beispielsweise bieten die meisten Kolbenhersteller Kolben mit schrittweise erhöhten Verdichtungsverhältnissen an, damit Sie ein für Sie am besten geeignetes Setup einbauen können. Zum Beispiel sind JE-Hochkompressionskolben für Offroad-Bikes üblicherweise in einer Erhöhung des Kompressionsverhältnisses um 0.5 erhältlich. Wenn das Serienkompressionsverhältnis eines Motors 13.0: 1 beträgt, gibt es höchstwahrscheinlich Optionen von 13.5: 1 und 14.0: 1, sodass Sie eine fundierte Entscheidung darüber treffen können, wie viel Kompression Ihnen je nach Maschine und Fahrweise zugute kommt.

Selbst wenn die Kompression des Schafts für Ihre Anwendung besser ist, können die geschmiedete Konstruktion, die stärkeren Rockdesigns und die effizienteren Kronendesigns der Aftermarket-Kolben die Leistung und Haltbarkeit verbessern.

Wenn die Leistung bei dem Serienkompressionsverhältnis eines Motors ausreichend ist, gibt es immer noch Verbesserungen in Bezug auf Effizienz und Haltbarkeit, die mit einem geschmiedeten Kolben erzielt werden können. Geschmiedete Kolben haben einen besser ausgerichteten Legierungskornfluss als gegossene Kolben, wodurch ein stärkeres Teil entsteht, das den Belastungen des Motorbetriebs widerstandsfähiger ist. Zusätzlich zu geschmiedetem Material können Verbesserungen an Konstruktionen im Kolbenmantelstil vorgenommen werden, um die Festigkeit gegenüber Standarddesigns zu erhöhen, beispielsweise bei den FSR-Designs von JE. Kolbendesigner befassen sich üblicherweise auch mit der Kuppelkonstruktion von serienmäßigen Kompressionskolben, indem sie die Glätte über Ventilentlastungen, Kanten und andere Kronenmerkmale verwenden, um den Flammenweg zu verbessern, heiße Stellen zu verringern und letztendlich den Wirkungsgrad des Motors zu erhöhen.

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