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12.02.2012

Tipp: Zylinderkopfbearbeitung -oder- Was geht & wie geht’s…

 

Die Zylinderkopfbearbeitung ist wohl der entscheidende Faktor wenn es ums Tuning geht. Hier ist das größte Potential verborgen, und nur durch eine vernünftige Bearbeitung des Zylinderkopfes wird erst der Weg bereitet das alle anderen Komponenten wirklich gut arbeiten können. Dicke Weber Vergaser und Sportauspuffanlagen mit Fächerkrümmern bringen ohne einen bearbeiteten Zylinderkopf nicht viel, meistens nur Krach und höheren Verbrauch, als eine ordentliche Leistungssteigerung.  Die hier gezeigten Beispiele sind kein allgemeingültiges Rezept, sondern sollen nur als kleiner Einblick und Denkansatz verstanden werden.

Basis war ein normaler B20 Kopf, mit der Zielsetzung ein Straßenmotor mit SU Vergasern zu realisieren. Der B20B Motor läuft fortan mit SU Hif6 und original Abgaskrümmer.

Bei dem Zylinderkopf habe ich meine gesammelten Erfahrungen, Gedankengänge und Beobachtungen der letzten Jahre einfließen lassen.

Ich gehe grundsätzlich immer nach einem gewissen Muster vor. Nach der groben Reinigung demontiere ich alle Teile und Prüfe den Zylinderkopf auf Beschädigungen. Wenn der Kopf OK ist, geht es an die Demontage aller Bauteile. Die Ventilführungen demontiere ich ebenfalls, da ich diese immer erneuere. Die Führungen presse ich mittels eines extra angefertigten Dorns aus dem Kopf. Neue Führungen bearbeite ich vor der Montage in meiner Drehmaschine, so habe ich bei allen Führungen das gleiche saubere Ergebnis, ohne bei der Bearbeitung der Kanäle eingeengt zu werden.

Die Ansaugseitigen Führungshülsen lasse ich weg, hier vergrößere ich lieber die Kanäle auf das Maß der Hülsen. Der ehemalige Anguss um die Ventilführungen ebne ich ein, so das der Kanalquerschnitt sich an dieser Stelle nicht einschnürt. Ziel ich ein gleich bleibender Querschnitt über die gesamte Länge des Kanals. Den Einlasskanälen ist sowieso mehr Aufmerksamkeit zu schenken das den Auslässen. Die originalen Einlasskanäle sind extrem verwinkelt und auch vor allem an den Ventilsitzen extrem klein gehalten, was die Strömung negativ beeinflusst.

Im Vergleich, der linke Kanal ist grob vorgefräst und auf den Aussendurchmesser der Zentrierhüle erweitert, der rechte Kanal ist noch im Serienzustand.

Kanäle im Endzustand, erweitert und geschliffen

Alle vier Einlasskanäle fertig bearbeitet, Auslasskanäle an der Dichtfläche bereits auf das Dichtungsmaß angerissen.

Blick von den Brennräumen in die Einlasskanäle.

Nach der Bearbeitung der Einlasskanäle nehme ich mir die Auslasskanäle vor. Hier werden die Kanäle an der Krümmerseite auf das Dichtungsmaß aufgeweitet. Unter dem Ventilsitz werden sämtliche Kanten gebrochen und beigearbeitet, der Hügel über der Bohrung der Ventilführung wird geglättet. Hier auch möglichst die Form des Kanals so gestalten das keine unnötigen Verengungen auftreten.

Die neuen Ventilführungen kürze ich in der Drehmaschine um ein paar Millimeter, die Einlassführungen drehe ich zusätzlich noch konisch ab, die Auslassführungen bekommen nur eine Fase zum leichteren einpressen.

 

Vergleich: links Einlassventilführungen, rechts Auslassführungen, jeweils Serie und bearbeitet ( gekürzt und angefast)

Die Brennräume werden vor allem um das Einlassventil erweitert und angefast, was das Einströmverhalten positiv beeinflusst. Vor allem bei größeren Ventilen in originalen Brennräumen verschlechtert sich das Strömungsverhalten negativ gegenüber kleineren Ventilen. Vor allem an der Außenseite des Brennraums kann sich, insbesondere bei den Einlassventilen, kaum eine verwertbare Strömung aufbauen, weshalb auch größere Ventile nur im begrenzten Maß Sinn machen. Die Brennräume werden nur grob anhand einer Schablone auf das annähernd gleiche Maß gebracht, der letzte Feinschliff erfolgt erst nach dem abplanen der Kopfdichtfläche um das gewünschte Maß um die angestrebte Verdichtung zu erzielen.

Brennraum um das Einlassventil und um die Zündkerzenbohrung erweitert und angefast. Oberfläche grob vorgeschliffen.

Soweit ist der Kopf nun fertig bearbeitet um den Weg zum Motorbauer anzutreten, hier werden dann die Führungen eingepresst, Ventilsitze neu gefräst und die Kopfdichtfläche geplant. Mein Motorbauer fräst mir die Sitze immer besonders schmal, das vergrößert die effektive Querschnittsfläche des Ventils bei gleichen Ventiltellerdurchmesser, außerdem werden im gleichen Zug noch die passenden Korrekturwinkel angebracht und der Kanal unter dem Sitz angesenkt. Die Ventile erhalten auch noch eine Korrekturfase oberhalb des Ventilsitzes.

Wenn der Kopf vom Motorbauer zurück ist, bearbeite ich noch die Konturen unterhalb der Ventilsitze zu Ende. Die Ventile werden geschliffen und poliert und in den Kopf montiert. Nun erfolgt das erste Auslitern der Brennräume. Die einzelnen Volumen werden notiert, anschließend wird das Verdichtungsverhältnis berechnet. Alle Brennräume müssen das gleiche Volumen haben, damit alle Zylinder gleich arbeiten können. Die Volumenbestimmung erfolgt am besten mit einer gebohrten Plexiglasplatte und dünnflüssigen Öl. Die Brennräume werden solange nachbearbeitet, bis alle vier die gleiche Kontur und das gleiche Volumen haben. Ich schleife die Brennräume immer noch mit einer sehr feinen Körnung nach, so dass sich Verbrennungsrückstände nicht so leicht ablagern können.

Vergleich: rechts neues Ventil unbearbeitet / links bearbeitet, Ventilteller geschliffen und mit Korrekturfase versehen

Vergleich von unten:  rechts neues Ventil unbearbeitet / links bearbeitet, Ventilteller geschliffen, Kanten verrundet

Brennraum nach dem fräsen der Ventilsitze, deutlich sind die Korrekturfasen in den Kanälen zu erkennen, die noch im Laufe der Bearbeitung verschiffen werden.

Brennräume fertig bearbeitet und auf das korrekte Volumen ausgelitert, Korrekturwinkel in den Kanälen verschliffen, Ventile fertig bearbeitet.

Gut zu erkennen: Bessere Gasführung beim ausströmen in den Brennraum durch verbreiterte und gefaste Brennraumkontur.

Blick in den fertig bearbeiteten Auslasskanal.

Blick in die fertig bearbeiteten Ansaugkanäle.

Fertig bearbeiteter Zylinderkopf, Ventile eingebaut, Brennräume ausgelitert, Dichtfläche geplant.

Für die Bearbeitungen empfehle ich soweit möglich ein Handpressluftschleifer und/oder einen Geradschleifer (Schnellläufer). Flexible Wellen machen teilweise auch Sinn, sind aber mit Hartmetallfräsern nur mit Vorsicht zu genießen. Wenn der Fräser sich festfrisst oder kantet, hat man schnell die Welle abgerissen, oder man verletzt sich. Benötigtes Zubehör: Schleifsteine zum glätten, Hartmetallfäser zum groben Vorfräsen mit großen Materialabtrag, Fächerschleifer zum finalen Feinschliff. Kleine Ecken kann man auch per Dremel oder anderen Multitools nacharbeiten, für einen kompletten Zylinderkopf eignen sich diese Maschinen aber kaum, da zuviel Material abgetragen werden muss und die Schleifer/Fräser zu teuer sind und zu schnell verschleißen. Bei allen Arbeiten bitte mit einer geeigneten enganliegenden Schutzbrille arbeiten und extremste Vorsicht walten lassen, ich selbst habe mir schon samstagmorgens in unserer Dortmund Augennotambulanz einen Gusssplitter aus dem Auge entfernen lassen müssen. Aus Erfahrung kann ich sagen dass ein Splitter im Auge und die anschliessende Entfernung alles andere als angenehm ist.

Wer seinen Zylinderkopf selbst bearbeiten will, dem lege ich eine sorgfältige Planung ans Herz. Nicht nur die Werkzeuge müssen angeschafft werden, sondern es müssen vor allem auch die die Arbeitsschritte geplant werden. Es ist sicherlich Sinnvoll wenn man sich vorab ein bisschen tiefer in die Thematik einliest, es gibt verschiedene Bücher die als gute Grundlage zu sehen sind. Tuning ist ein weitreichendes Feld, was nicht über Nacht verinnerlicht ist. Vielmehr ist es eine komplexe Ineinanderschachtelung von vielen Wechselwirkungen, die möglichst gut aufeinander abgestimmt werden müssen. Erfolge bei Volvo B18 und B20 Motoren stellen sich aufgrund der konstruktiven Eigenschaften der Motoren schnell ein. Das Potential ist wirklich sehr groß, da sich die Serienfertigung auf einem niedrigen Level befindet was die Motoren wirklich können. Leistungssteigerungen sind auch machbar ohne das die Haltbarkeit und Fahrbarkeit leidet. Auch Anfänger können hier auch beim ersten Objekt Erfolge erwarten. Deshalb, viel Spaß beim schrauben! Falls Ihr Euch nicht so recht traut Euren Zylinderkopf selbst zu bearbeiten, dem biete ich auch gerne meine Hilfe an.