Applikationsphilosophie beim LS7 Motor

[Wutzer]

Original von Molle
Bringt mal die Brennraumtemperaturen bei den jeweiligen Zündzeitpunkten ins Spiel und die Haltbarkeit.Dann macht das Sinn.So sind das praxisferne Berechnungen.

Also gut, dann reden wir einmal über Temperaturen. (Später vielleicht auch noch über Drücke ?).

Bei den Temperaturen muss man unterscheiden zwischen den Gas- und Bauteiltemperaturen.

Gastemperatur:
Die maximale Gastemperatur überschreitet während der Verbrennung die Schmelztemperatur des umgebenden Aluminium (933°K oder 660 °C) immer sehr deutlich. Ausschlaggebend ist also der Wärmeübertrag an die umgebenden Bauteile. Dieser ist abhängig von der absoluten Temperatur, der Temperaturverteilung, dem Zeitprofil des Temperaturverlaufes, den Strömungsgeschwindigkeiten, auftretenden Turbulenzen, der Oberflächenbeschaffenheit und deren Größe. (Bestimmt noch was vergessen!)
Ein früherer Zündwinkel (in Richtung Verbrennungsschwerpunkt bei 8 Grad nach OT) erhöht im allgemeinen zwar die maximale Verbrennungstemperatur, verringert aber die Zeitspanne der extrem hohen Temperaturen. Hinzu kommt noch ein Einfluss auf die Ladungsbewegung. Welcher Einfluss damit auf den Wärmeeintrag für die verschiedenen Bauteile verbunden ist, schildere ich weiter unten.
Generell lässt sich aber sagen, dass durch Turbulenzen, wie sie zum Beispiel von klopfenden Verbrennungen hervorgerufen werden, der Wärmeübergang stark ansteigt. Bei einer Anfettung überwiegt demgegenüber immer der kühlende Einfluss.

Bauteiltemperaturen:
Die sich ergebende Bauteiltemperatur ist immer ein Resultat des Wärmeeintrages (s.o.) und der Wärmeabfuhr. Bei der Wärmeabfuhr ist die Entfernung zum Kühlmedium und wieder der entsprechende kühlungsseitige Wärmeübergang ausschlaggebend. Wenn ein Brennraum überall ausreichend gekühlt wird (sich also nirgends Wärmenester auf Grund ungenügender Wärmeabfuhr bilden), gibt es üblicherweise 2 kritische Bauteile. Das sind die Auslassventile und Zündkerzen.
Zum Auslassventil:
Das Auslassventi wird 2 x beheizt und primär über den Schaft gekühlt. Die brennraumseitige Aufheizung dürfte mit späterer Zündung zwar leicht zurückgehen, aber hier überwiegt eindeutig der Effekt der Aufheizung durch die heißer werdenden Abgase, so dass die Temperaturen am Auslassventil (und Katalysator) mit späterer Zündung praktisch immer steigen.
Zur Zündkerze:
Die Kerze wird logischerweise über die Brennraumseite aufgeheizt und über seinen Körper ( Gewinde und Dichtfläche) gekühlt.
Temperaturkritisch sind bei der Kerze die Elektroden. Die Temperatur der Mittelelektrode hängt vom gewählten Wärmewert ab und ist relativ unabhängig vom Zündwinkel. Die absolute maximale Temperaturhöhe lässt sich durch Wahl des Wärmewertes gut kontrollieren.
Wesentlich schwieriger ist an dieser Stelle die Körper- oder auch Massenelektrode, dessen Temperatur völlig unabhängig vom eben genannten Wärmewert ist. Über die Materialwahl und der Einbringung eines Kupferkernes wird versucht sicherzustellen, dass die maximal zulässige Temperatur von 900-950 Grad nicht überschritten wird. Dabei ist nicht die Festigkeit der Elektrode das Problem, sondern mehr die Neigung ab einer bestimmten Temperatur als Glühzündungsherd zu dienen. Für eine gute Entflammung ist eine vorgezogenen Funkenlage zwar erstrebenswert, auf der anderen Seite wird aber die Oberfläche für den Wärmeübertrag dadurch zwangsweise größer und die Temperaturen steigen. Ebenso verhalten sich auch die Temperaturen an dieser Stelle mit steigender Frühzündung. Der aufgeladenen Direkteinspritzer hat an dieser Stelle eine echte Herausforderung. Aber auch bei anderen Motoren hat man schon abgeschmolzene Masseelektroden gesehen. Meistens geht dabei der Motor bei Drehzahldynamik in die Glühzündungsphase über. Für den Motorsport gibt es aus dem Grund auch Kerzen, die ganz auf eine separate Masseelektrode verzichten.

Zusammenfassend möchte ich vermuten, dass durch etwas Frühzündung der Motor thermisch nicht überlastet werden dürfte. Begrenzender Faktor dürfte wohl eher die Klopfgrenze sein. Bei unteren Drehzahlen ist die Füllung nicht so dolle und somit viel Frühzündung möglich. Mit steigender Drehzahl wird der Liefergrad besser und damit fällt üblicherweise auch die Klopfgrenze. Die dadurch benötigte Anfettung über das Leistungsoptimum hinaus verringert die abgasseitigen Temperaturen um ca 100 Grad.
Mit mehr Frühzündung würden auch die maximalen Drücke im Brennraum ansteigen. Da aber leichte Aufladungen mit Serienhardware als dauerhaltbar gelten, dürfte das auch kein Problem darstellen. Was man also bräuchte, wäre vermutlich hochoktanigeren Kraftstoff.


Gruß

Wutzer

Edit: Temperaturangabe auf erfolgten Hinweis konkretisiert.