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Betriebs-Nr.: 38497

Handwerkskammer Niederbayern-Oberpfalz

Toms Top-Ten

Es gibt eine Vielzahl von Faktoren, die beim Aufbau eines klassischen US-V8 Motors zu berücksichtigen sind. Je nach geplanter Verwendung und Leistungsanforderung sind einige von diesen unabdingbar. Für einen moderaten Straßen-V8 ist nicht alles sinnvoll, was machbar wäre. Nach meiner Meinung ist z.B. das Auslitern der Zylinderköpfe für einen solchen Motor ein „Methoden-overkill.“

 

Nachfolgend beschriebene „Top-10“ sind die Basis eines jeden Motors:

 

Gewuchteter Kurbeltrieb

Kolbenringe

Pleuel und Lagerspiel

Überprüfung und Festlegung des oberen Totpunktes

Überprüfung und Anpassen der Steuerzeiten

Federdrücke, Einbauhöhe, Ventiltriebsgeometrie und Stößelstangenlänge

Hydrostößel-Vorspannung (lifter-preload) und Ventilspiel

Vermeidung von Unterdruck/Vakuum-Lecks

Zündeinstellung

Vergasereinstellung

 

 

Gewuchteter Kurbeltrieb

Die korrekte Wuchtung des Kurbeltriebs ist für vibrationsarmen Motorlauf und Standfestigkeit des Triebwerks entscheidend. Der Wuchtvorgang bei V8-Motoren ist kompliziert, da als Gegengewicht für die Pleuel und Kolben Mastergewichte (bob-weights) nötig sind. Nur wenige Firmen in Deutschland haben diese. Die Berechnungsformel für die Meistergewichte bezieht reziproke und rotatorische Massen im festgelegten Verhältnis zueinander ein. Sämtliche Komponenten müssen einzeln verwogen werden. Zu diesem Zweck ist es unumgänglich, dass Kolben und Pleuel voneinander getrennt werden. Hierzu empfiehlt sich eine spezielle Abpressvorrichtung. Es ist nicht ungewöhnlich, dass Nachrüstkolben ein anderes Gewicht haben, als die original verbauten. Sind diese leichter und können somit nicht durch Materialabtrag angeglichen werden, ist ein Wuchten unumgänglich. Extern gewuchtete Motoren beziehen Ausgleichsgewichte an Schwungscheibe und Schwingungsdämpfer mit ein. Bei intern gewuchteten Motoren sind diese Bauteile symmetrisch aufgebaut und somit in sich auf 0 gewuchtet. Ein Mix dieser Komponenten ist nicht möglich und führt zu massiven Unwuchten im Kurbeltrieb. Es ist möglich von extern auf intern umzuwuchten, wobei hier zumeist die Kurbelwellenausgleichsgewichte durch das Einbringen von „heavy metal“ angeglichen werden müssen. Dieser Prozess ist aufwendig und teuer. Bei Fahrzeugen mit Schaltgetriebe sollte die Kupplung mitgewuchtet werden und deren Position auf der Schwungscheibe durch Passstifte fixiert werden.

 

 

Kolbenringe

Der Vorbereitungen und der Verbau der Kolbenringe ist ein relativ aufwendiger Arbeitsschritt. Das Stoßspiel muss überprüft und ggf. durch Feilen der Ringenden auf das Sollmaß eingestellt werden. Dabei ist der Wert vom Einsatzzweck des Triebwerks abhängig und den Kolbenring-Herstellerangaben zu entnehmen. Für diesen Vorgang gibt es entsprechende Werkzeuge, will man es nicht mit einer einfachen Feile erledigen. Generell muss jeder einzelne Ring auf Fertigungsqualität hin untersucht werden. Es ist möglich, dass am Ring ein Grat vorhanden ist, der bei der ersten Kurbelwellenrotation einen Kratzer in der Zylinderwand erzeugt! Jedes Entgraten erfolgt in Richtung innen, d.h. weg von der Zylinderwand. Die meisten Kolbenringe haben eine Einbaurichtung, die in der Herstellerbeschreibung zu finden ist. Entweder ist diese durch einen Punkt oder durch eine Anfasung am Kolbenring zu erkennen. Werden Sie falsch herum verbaut ist u.U. keine Ölkontrolle vorhanden, wodurch dann der Motor mehr oder minder stark qualmt und noch einmal zerlegt werden muss.


 

Pleuel und Lagerspiel

Generell ist die Bestimmung des Lagerspiels ist ein ziemlich komplizierter Prozess. Es ist unbedingt darauf zu achten, dass die Fixiernasen der Lagerschalen ungehindert in die Lagerflächen des Pleuels eingreifen können, sonst ist kein Preßsitz möglich und/oder das geforderte Lagerspiel wird nicht erreicht. Selbst wenn dieses kontrolliert wurde (Innenmicrometer und/oder Plastigage) und dem Sollwert entspricht, besteht die Möglichkeit, beim Verbau auf ein Problem zu stoßen. Pleuel sind in den meisten Fällen direktional, d.h. rechts- bzw. linksseitig. Sie haben an einer Seite praktisch immer eine (mehr oder weniger stark ausgeprägte) Anfasung. Diese muss beim Verbau immer nach außen, in Richtung der Kurbelwellenwange, zeigen. Ist dies nicht der Fall oder die Anfasung nicht ausreichend, klemmt das Pleuel. Evtl. kann diese per Hand oder maschinell nachgearbeitet werden, um den Verbau eines Pleuels zu ermöglichen. Eine gute Möglichkeit solche Probleme frühzeitig zu erkennen, ist der Probeverbau. Dabei sind die Pleuel zu „polstern“, um eine Beschädigung der Zylinderwand zu verhindern. Bei Durchdrehen der Kurbelwelle spürt man sehr deutlich, wenn ein Pleuel klemmt.


 

Überprüfung und Festlegung des oberen Totpunktes

Den Kurbeltrieb, die Zylinderköpfe und danach den Schwingungsdämpfer zu verbauen und darauf zu vertrauen, dass dessen OT-Punkt Markierung mit dem tatsächlichen OT des Zylinders 1 übereinstimmt, ist ein frommer Wunsch. Es kann der Fall sein, muss aber nicht. Manchmal ist beim Mix der Komponenten ohnehin nicht mehr ersichtlich welche Bezugspunkte für die OT-Markierung vorhanden sind. Eine Abweichung um einige Grad kann kapitale Folgen haben. Liegt z.B. der Zündzeitpunkt bei maximaler Frühzündung um 5° über dem vermeintlich eingestellten Wert, kann dies für den Motor das Todesurteil sein. Es gibt verschiedene Methoden um den exakten OT des Motors zu bestimmen. Sie können es mit einer Meßuhr machen oder „piston-stops“ zum Testen bei demontierten Zylinderköpfen oder solche die in die Zündkerzenöffnung geschraubt werden benutzen. Welche Sie wählen ist grundsätzlich egal. Ob Sie den tatsächlichen OT bestimmen, ist es nicht! Ist eine Abweichung vorhanden, muss eine neue Markierung und/oder Gradskala am Schwingungsdämpfer angebraucht werden, so dass der Zündzeitpunkt korrekt eingestellt werden kann. Dies kann man von Hand tun, oder aber ein vorgedrucktes „timing-tape“ benutzen.


 

Überprüfung und Anpassen der Steuerzeiten

Die Steuerzeiten beschreiben das Öffnen und Schließen der Ventile, welches durch das Nockenwellenprofil bestimmt ist. Von besonderer Bedeutung ist deren Relation zur Kurbelwellenstellung. Die Einbaustellung der Nockenwelle zur Kurbelwelle ist je nach verwendeter Steuerkette fest vorgegeben oder in bestimmten Gradabständen variierbar. Die Nockenwelle „straight-up“ zu verbauen, d.h. beim Einbau die vorhandenen Markierungen von KW- und NW-Zahnrad zur Deckung zu bringen, ist die Mindestanforderung. Dies berücksichtigt allerdings nicht evtl. vorhandene Fertigungstoleranzen der Bauteile, die die Steuerzeiten beeinflussen können. Das Eingraden der Nockenwelle sollte beim Verbau immer durchgeführt werden. Dazu muss man den OT bestimmen (siehe oben). Man benötigt u.a. eine Gradscheibe, eine Messuhr und einen Stößel. Es gibt mehrere Wege das Eingraden der NW durchzuführen. Kennt man das Vorgehen, ist der Prozess weder sonderlich kompliziert noch sehr zeitaufwendig. Die Sollwerte des Nockenwellenherstellers können der „cam card“ entnommen werden. Eine Abweichung um mehr als 2° in Richtung früh oder spät hat, eine Veränderung der Leistungscharakteristik des Motors zur Folge. Sogar größere Abweichungen sind je nach Qualität der verbauten Komponenten und deren Fertigungstoleranzen keine Seltenheit. Ist die NW z.B. „zu spät“, dann verschiebt sich das Leistungsband nach oben und führt zumeist zu einer schlechteren Fahrbarkeit im niedrigeren Drehzahlbereich. Eine Möglichkeit der Anpassung der Steuerzeiten besteht im Verbau eines Kurbenwellenzahnrades mit unterschiedlichen Markern: z.B. 0°, -2° und +2°. Es gibt auch solche, die eine Verstellung und Korrektur bis zu 8° früh oder 8° spät ermöglichen.


 

Federdrücke, Einbauhöhe, Ventiltriebsgeometrie und Stößelstangenlänge

Bei einer Zylinderkopfüberholung oder bei Verbau neuer Ventilfedern ist darauf zu achten, dass diese die erforderlichen Federdrücke gewährleisten. Alte Federn können erschlafft und neue fehlerhaft sein. Ebenso muss die Einbauhöhe überprüft werden. Diese Werte entnimmt man der Nockenwelle-Karte oder der Reparaturanleitung. Zur Prüfung gibt es unterschiedliche Werkzeuge. Es sollte jede Feder auf Erreichen des vorgegebenen Drucks und die Einbauhöhe mit jedem Ventil getestet werden. Die Einbauhöhe kann durch unterschiedliche Ventillängen und/oder nachbearbeiteten Ventilsitz variieren. Ein Unterlegen von passenden shims gleicht dies aus.

 

Unter Ventiltriebsgeometrie beschreibt man die Einbaulage und Winkelstellung der Kipphebel in der Relation zum Ventil. Es geht dabei um die winkelkorrekte Übertragung des Nockenwellenhubs über die Stößel, die Stößelstangen und die Kipphebel auf die Schaftendenfläche des jeweilige Ventils. Die Höhe des erforderlichen Federdruckes ist vom Nockenwellenprofil und Nockenwellenhub abhängig und kann je nach verbauten Komponenten enorm sein. Die korrekte Positionierung des Kipphebels über dem Ventil erzeugt die erforderlich Kontaktfläche des Kipphebels auf dem Schaftende und bestimmt maßgeblich die Langlebigkeit der Ventilführungen im Zylinderkopf. Das Überprüfung, die Festlegung bzw. Korrektur der Ventiltriebsgeometrie ist ein relativ aufwendiger Prozess. Beim US-V8 existieren mehrere Kipphebelsysteme. Je nach verbauten Komponenten ergeben sich unterschiedliche Möglichkeiten der Einflussnahme auf die Ventiltriebsgeometrie. In den allermeisten Fällen erfolgt diese über eine Anpassung der Stößelstangenlänge.


 

Hydrostößel-Vorspannung (lifter-preload) und Ventilspiel

Bei der Motorenmontage bzw. beim Verbau neuer Hydrostößel muss deren Vorspannung eingestellt werden. Danach ist im Normalfall während des Betriebs kein Nachstellen mehr erforderlich. Es gibt eine Vielzahl von unterschiedlichen Angaben, bei welcher Kolben- und/oder Ventilstellung die Einstellung durchgeführt werden soll und wie hoch die Vorspannung zu wählen ist. Für die Festlegung des Einstellpunktes gibt es verschiedene Ansätze (OT des betreffenden Kolbens, Position des Einlassventils um das Auslassventil einzustellen und umgekehrt). Bei machen Kipphebelbauarten kann die Vorspannung gar nicht über irgendeine Art von Justierschraube/mutter eingestellt werden, sondern nur über Anpassung der Stößelstangenlänge oder das Unterlegen von shims unter den Kipphebel. Bei den meisten US-V8 wird die Vorspannung über eine selbstsichernde Mutter bestimmt. Man misst hier in Umdrehungen ab dem Erreichen des Null-Spiels („zero lash“). Der gesamte Prozess ist je nach verbautem System relativ aufwendig. Generell sollte bei Motoren mit höherer Drehzahl weniger Stößel-Vorspannung eingestellt werden. Das Einstellen des Ventilspiels bei Stößeln ohne Hydrostellelement funktioniert nach denselben Grundsätzen. Dabei wird mit einer Fühlerblattlehre das vom Hersteller vorgegebene Spiel am Kipphebel eingestellt. Dabei ergeben sich Unterschiede bei der Verwendung von Guss- oder ALU-Zylinderköpfen. Das Finden des optimalen Ventilspieles (unabhängig von der Herstellerangabe) ist aufwendig und erfordert Erfahrung. Generell gilt: lieber etwas zu viel als zu wenig Spiel. Im letzteren Fall besteht die Gefahr, dass das Ventil nicht mehr vollständig im Sitz schließt, somit nicht mehr die Hitze an den Zylinderkopf abgeben kann und durchbrennt. Zu viel Ventilspiel erzeugt Ventilrasseln und verändert die Steuerzeiten negativ in Richtung kürzere Öffnungszeiten und weniger Hub, was zu Leistungseinbußen führt.


 

Vermeidung von Unterdruck/Vakuum-Lecks

Der Grund von unzureichender Leerlaufqualität und generell schlechter Abstimmbarkeit des Vergasers liegt im Vorhandensein eines Unterdruck-Lecks. Dies tritt durch fehlerhafte Dichtungen z.B. am Vergaserfuß oder der Ansaugspinne auf. Verbrennungsmotoren erzeugen durch die Abwärtsbewegung der Kolben einen Unterdruck. Dieser ist erforderlich um das Benzin-Luftgemisch anzusaugen. Umso besser der Zustand des Motors im Bereich der Kolbenringe, Ventilsitze und Ventilführungen, desto mehr Unterdruck ist vorhanden. Der Vergaser lässt sich besser einstellen, da die Unterdrucksignale an den unterschiedlichen Vergaserregelkreisen deutlicher vorhanden sind. Sport-Nockenwellen mit einem hohen Maß an Ventil-Überschneidung verringern den zur Verfügung stehenden Unterdruck. Generell sollte immer das Ziel sein, möglichst viel und stabilen Unterdruck zu erzeugen. Möglich ist dies durch geringen Verschleiß, vernünftige Komponentenwahl, sorgfältige Montage und nicht zuletzt durch sinnvolle Zündungseinstellung (siehe unten).


Zündeinstellung

Das Einstellen der Zündung bedeutet nicht einfach dafür zu sorgen, dass der Zündzeitpunkt im Leerlauf mit der Werksangabe übereinstimmt. Die Werksangabe bei einem klassischen V8 hat heute u.U. keine Bedeutung mehr. Durch nachträglich verbaute Komponenten entspricht er Motor nicht mehr dem Original und der heutige Treibstoff ist auch nicht mehr mit demjenigen zu vergleichen, der vor einigen Jahrzehnten benutzt wurde. Hinzu kommt, dass nicht nur der korrekte Zündzeitpunkt im Leerlauf herausgefunden werden muss, sondern einige weitere Werte und Einstellungen. Dies sind die Zündkurve, d.h. die mechanische, drehzahlabhängige Verstellung des Zündzeitpunktes, die maximale Auslenkung in Richtung früh bei angemessener Drehzahl und die unterdruckabhängige Frühverstellung, sollte ein Verteiler mit Unterdruckdose verbaut sein. Der Einsatz eines unterbrecherlosen Zündverteilers ist zu empfehlen, da dieser die angesprochenen Einstellungen relativ einfach realisierbar macht. Dennoch ist ein gewisses Maß an Experimentieren erforderlich. Ein Zuviel an Frühzündung kann dem Motor schwere Schäden zufügen. Ein Zuwenig bedeutet Leistungsverlust und u.U. thermische Probleme. Man benötigt eine gute Zündpistole als Minimalausstattung.


 

Vergasereinstellung

Ähnlich der Zündeinstellung heißt Vergaserabstimmung nicht lediglich das Leerlaufgemisch auf einen akzeptablen CO-Wert zu bringen. Auch beim Vergaser gibt es eine Vielzahl von Regelsystemen, die in Abhängigkeit von Last und Drehzahl optimal arbeiten müssen. Dabei ist die Wahl der richtigen Vergasergröße für optimale Leistungsausbeute in Kombination mit guten Verbrauchswerten und Fahrbarkeit des Motors Grundvoraussetzung. Generell laufen Motoren im Leerlauf und Teillastbereich mit kleinen Vergasern besser und ökonomischer als mit überdimensionierten. Der maximale Durchsatz ist eher eine Frage der Maximalleistung und des maximal geforderten Drehzahl. Je nach Lastanforderung an den Motor bestehen unterschiedliche Erfordernisse an das Gemisch. Viele V8-Motoren laufen zu fett, was u.a. zu einem hohen Benzinverbrauch führt. Auf der anderen Seite besteht bei zu magerem Gemisch die Gefahr eines Motorschadens. Bei Vergasern der Holley und Edelbrock/Carter-Bauart gibt es je nach Typ eine Vielzahl von Modifikationsmöglichkeiten, wobei Grundlegendes, wie das Setzen des Schwimmerkammerniveaus und der korrekten Drosselklappenstellung der Primär- und Sekundärseite am Anfang stehen. Dem folgen die Festlegung des Leerlaufgemisches und die Grundeinstellung der Beschleunigerpumpe. Beim Vierfachvergaser können die Düsen der Primär- und Sekundärstufe getauscht werden. Für bestmöglichen Spritverbrauch ist es anzustreben, dass der Vergaser primärseitig bei geringer Last („cruise“) und guter Laufkultur so mager wie möglich läuft. Eine erhöhte Lastanforderung ist beim Holley über das Lastanreicherungsventil und die entsprechenden Bohrungen im Platineblock zu gewährleisten. Nur die wenigsten Vergaser sind in diesem Bereich modifizierbar, so dass entweder auf Tuning-Komponenten zurückgegriffen werden muss, oder die entsprechenden Bohrungen/Kanalverengungen selbst gesetzt werden müssen. Dies und die Modifikation der Leerlaufkanalverengungen („idle feed restrictor“) und Leerlauf-Luftkorrekturdüsen (sollte es der verwendete Vergaser überhaupt zulassen) ist etwas für Fortgeschrittene. Ein Abmagern des Gemisches unter Last und Volllast ist unter allen Umständen zu vermeiden! Eine weitere Modifikation ist die Anpassung der Beschleunigerpumpen Einspritzmenge und –kurve. Diese wird jedoch bisweilen überbewertet und sollte als eine der letzten Abstimmarbeiten durchgeführt werden. Für den gesamten Prozess sind diverse Test- oder Prüfstandsfahrten nötig, wobei der Einsatz einer Breitband-Lamdasonde sinnvoll ist.