Relation Kompression vs. Wärmeleitfähigkeit

[backyard mechanic]

Ich hab da eine Frage zu den Zylinderköpfen, zu der ich weder im hier noch im restlichen Netz nichts brauchbahres gefunden habe. Da grundsätzlich und zur Zeit noch hypotetisch ist, hab ichs in den allgemeinen Tech-Talk gesetzt.

Beim T/A all the way hab ich gelesen, das pro Punkt zusätzlicher Kompression die Leistung um 4-7% steigt.
In Jim Hands Buch, lese ich, dass die Alu-Köpfe 0.5 mehr Kompression brauchen als die Guss-Köpfe um die selbe Leistung zu bringen. (also ein Alu-Kopf mit z.B 10.5:1 bringt die selbe leistung wie ein Guss-Kopf mit 10:1)
Das heisst also, ersetzt man die Guss-Köpfe durch baugleiche Alu-Köpfe, dann verliert man zwischen 20-35% Leistung!
(Man kann nun die Alu-Köpfe Beschichten, um eine schlechtere Wärmeleitfähikeit zu erreichen. Dies soll gegenüber unbeschichteten Köpfen über 5% leistung zurück geben.)

Da die Klopfeigenschaften des Kraftstoffes (nebst dem Material von Kopf Kolben usw.) der begrenzende Faktor für die Kompression sind, komme ich auf die Frage: Erhöt sich durch die bessere Wärmeleitfähikeit des Alus auch die maximale Kompression?

[camarotom]

Jein, denn es gibt neben den Materialeigenschaften des Kopfes noch einige andere Faktoren, die die Klingel-/Klopfneigung beeinflussen, nicht zuletzt die Ausgestaltung des Brennraumes / des Verdichtungsraumes im Zylinderkopf und auch Form und Material des Kolbens. Stichworte dazu sind Quetschkanten, Klingelnester etc. denn das kann dazu führen das ein vermeintlich niedrig verdichteter Motor eine frühe Klingelgrenze hat; nicht zuletzt ist das natürlich auch von der Qualität des Sprits abhängig.

[backyard mechanic]

Ja, scharfe Kanten seien nicht gut und die Amis haben mir gesagt, dass bei Dome-Kolben das Klopfen problematisch wird...
Aber sehe ich es richtig, dass, durch die Kompression Hitze entsteht, und dadurch eine verfrühte unkonntrollierte Zündung erfolgt? oder giebts dafür noch andere Ursachen?

Danke
Roger

[camarotom]

Prinzipiell ist das soweit richtig, die Frühzündung kann eine Folge der Erwärmung sein.

[backyard mechanic]

Ich hab nochmals gegoogelt und bin auf das Kriterium des Wärmewertes  der Zündkerze gestossen. Da scheint es sich um die selbe Problematik zu handeln.

[camarotom]

Das hatte ich als gegeben vorausgesetzt genauso wie Frühzündung durch eine nicht angepasste Verstellkurve der Fliehgewichte und/oder Federn im Verteiler oder eine nicht angepasste Unterdruckverstellung der Zündung.
Ein zu mageres Gemisch durch unzweckmäßige oder nicht abgestimmte Gemischaufbereitung führt u.U. auch zu Frühzündung.
Manchmal liegt es auch an der Nockenwelle oder an der Anpassung der Steuerzeiten (z.B. mit speziellen timing kits +/- 5°" o.ä.) dass die Neigung zur Frühzündung erhöht wird.
Und nun? Alu- oder Gußköpfe ?

[engineer]

So recht verstehe ich das Problem nicht.

In Jim Hands Buch, lese ich, dass die Alu-Köpfe 0.5 mehr Kompression brauchen als die Guss-Köpfe um die selbe Leistung zu bringen. (also ein Alu-Kopf mit z.B 10.5:1 bringt die selbe leistung wie ein Guss-Kopf mit 10:1)

Aha, es geht um einen "Indianerhäuptlingsmotor". Ich kenne das Buch nicht, aber ich kann mir nicht vorstellen, daß die Aussage da so "ohne Kontext" steht.

Grundsätzlich ist richtig, daß Alu gegenüber dem Grauguss eine höhere Wärmeleitfähigkeit besitzt.
Grundsätzlich ist auch richtig, daß - in akademischer Betrachtung nur dieses Aspektes - Alu daher das weitaus "schlechtere (!!!) Material" ist.

(Energieerhaltungssätze der Thermodynamik - Abfluss von Wärmeenergie ist Abfluss von Energie)

Der Bogen zur "Klopferei" ist allerdings "arg konstruiert" - Da sind andere Dinge wesentlicher (den Ball an Tom zurückspiel... )

Außerdem bezweifele ich auch, daß es "genau baugleiche" Alu - Gussköpfe gibt  

Zumindest bei Chevy gilt:
Entweder "man hat" gute Gussköpfe - und macht etwas mit denen,
oder "man braucht" gute Köpfe, dann wird es aber schwierig an Aluteilen vorbeizukommen.

Hinzu kommt daß, zumindest hierzulande, eine umfassende Überarbeitung (Chevy) preislich sehr weit in die Nähe von Aftermarket Neuteilen rückt - sollte das ausgerechnet in der Schweiz anders sein?

engineer

[backyard mechanic]

Hinzu kommt daß, zumindest hierzulande, eine umfassende Überarbeitung (Chevy) preislich sehr weit in die Nähe von Aftermarket Neuteilen rückt - sollte das ausgerechnet in der Schweiz anders sein?

In der Schweiz ist das gaaanz anders! Einen Guss-Kopf gründlich überarbeiten zu lassen ist hier teurer, wie edelbrock und co...

Die Edelbrock-Köpfe für den alten Otawa-Häuptling sind doch Kopien des Ram air IV, was einen direckten Vergleich eigentlich zulassen würde....
Von der Butler Webseite:

these heads are patterned after the 1969 -70 Ram Air IV Pontiac cylinder head.

Mir gehts eigentlich nicht darum "welches ist der bessere Kopf", sondern um eben jenes arg konstruiertes Verdachtsmoment, dass Klopferei und Wärmeleiteigenschaften in einigermassen direktem Zusammenhang stehen. Dass es da noch viele andere Faktoren giebt ist mir schon klar (doch welches ist der begrenzende )

[camarotom]

Nimm doch ein existentes Setup und mach keine halbe Wissenschaft daraus.
Ich kenne SBC, die habe eine statische Verdichtung von fast 12:1 mit Gußköpfen von Dart, hypereutektischen Dom-Kolben und können trotzdem mit handelsüblichem Superbenzin gefahren werden und sind mit echten knapp 450 PS nicht gerade schwachbrüstig. Allerdings durch die extreme Nocke und das hohe Drehzahlniveau (unter anderem verursacht durch einen Tunnelram) alles andere als streetable.

Wo der limitierende Faktor liegt wirst Du herausfinden bzw. heraustüfteln müssen und da ist der Weg über ein existierendes Setup der einfachste Weg, aber auch dann kostet das Geld.
Der für mich beste Weg geht über Setups aus den einschlägigen Zeitschriften, denn da bekommt man sehr oft auch Angaben über das timing usw. und dann ist der Drops so gut wie gelutscht, wenn dann auch noch die Vergaserabstimmung vernünftig durchgeführt wird ist alles paletti.

[backyard mechanic]

Setups von diversen US-Motorenbauern hab ich mir natürlich reingezogen und für meinen Pontiac Block hab ich auch ein Rezept zusammengestellt, von dem ich überzeugt bin.
Ich wollte halt genauer wissen, was da im Brennraum drinn abgeht, und dafür habe ich nun ein par Denkanstösse gekriegt (ein JA oder NEIN als Antwort wahr bei solcher Fragestellung ja nicht zu erwarten/erwünscht)

Wenn da halt einer in seinem als Pontiac-Bibel gehuldigtem Buch schreibt, "...bei Alukäpfen meht kommpression für selbe leistung..." , dann möcht ich halt wissen, ob das auch Realisierbar ist. Und in der Realität steh ich dann wie der Esel vor dem Berg und frag mich, wie die alle auf ihre Setups kommen... Empirisch ermittelt?

Um die Nerven der Wissenden zu schonen, können wir uns ja auf ein definitifes JEIN einigen...
Ich verzieh mich derweil in die Garage, da die Leseecke nur merkwürdige Fragen aufwirft.

[engineer]

und frag mich, wie die alle auf ihre Setups kommen... Empirisch ermittelt?

Japp, das sind dann aber meist auch "altbekannte Namen".

Im Unterschied zu Tom bin ich bei den "Zeitschriftenrezepten" eher - naja - "uninteressiert".
Einerseits "will" ich da gar nicht "auf Höhe der Zeit" sein (kann es mir auch gar nicht leisten...)
Und man muß wissen, daß bei den Setups IMMER irgentwelche Produkte promotet werden (welche aber nun auch nicht schlecht sind)

Es gibt sooo viele Wege sich der Materie zu nähern ... Du machst das schon richtig, mit "nachdenken".

Zum "Wärmeleitwert",
der geht imho unter anderen Faktoren unter. (siehe oben : dynamische vers. statische Verdichtung)
Konkret zu deiner Klopfneigungsbefürchtung,
es ist nicht die "verbleibende Wärmemenge" im Kopf insgesammt sondern meist sog. Hot Spots welche den Motor klingeln lassen.
Abgesehen von modernerer Fertigung, welche diese "Ablagerungsnester" für Vebrennungsrückstände vermeiden - da hat sich eine Menge getan seit den 70ern, in "theoretischer Betrachtung" ist da doch die bessere Wärmeableitung des Alus wieder von Vorteil - oder ?

Sollte etwa anders herum ein Schuh daraus werden, daß man mit Alu eine höhere Verdichtung fahren "kann" als mit Guss?
Deswegen fragte ich nach dem "Kontext" in dem das da oben in dem Buch steht.

engineer

[camarotom]

Sicherlich geht es bei den "Zeitschriftenrezepten" um Produkte die promotet werden.
Um die eigentlichen Teile sollte es ja auch nicht gehen sondern eher um die Eckdaten des Setup um die Richtung zu bekommen und zu sehen was geht. Wenn die z.B. die Köpfe oder die Kolben nacharbeiten lassen und Kanten brechen o.ä. dürfte klar sein aus welchem Grunde die das tun wenn der Motor z.B. eine statische Verdichtung von 10,5:1 hat. Zudem kann man sich die verwendeten Teile mal näher anschauen um Parallelen zum eigenen Projekt ziehen zu können.
Hilfreich für mich sind diverse Internetseiten in denen SBC Setups z.T. sogar als Exel-Datei verfügbar sind, Artikel aus den unzähligen US-Zeitschriften (die man z.T. sehr sehr preiswert über Zinio als Abo bekommen kann ) und diverse Bücher über Small-Block-Tuning, die ich mir über Amazon bestellt hatte. Ähnliches muss es doch auch für die Pontiac-Motoren geben.

Theoretische Betrachtungen sind gut und schön, nur, wie oben schon geschrieben, geht es dann an die "empirische Phase" die allerdings auch Geld und Zeit kosten wird

[backyard mechanic]

Keine Angst, ich fang jetzt nicht an, wild irgendwelche Kombinationen zu testen bis es kracht  In der Praxis bleib ich vorerst beim Bekannten...

Ich hab mich nun abermals über die Bücher gemacht, um verschiedene setups zu vergleichen und meine These entgültig verwerfen zu können. Aber wie wir Schweizer dagen "Oha läz". Bei ähnlichen oder gleichen Nockenwellen weisen die Setups mit Aluköpfen gegenüber dem Guss fast immer die höhere Kompression auf.  Teils haben die "alu-setups" mit milder Nocke bis 0.5 mehr kompression als die "guss-setups" mit der schargen Nocke.
(ich nehme an, die "Klopferei" ist in den tiefen Drehzahlen vorallem problematisch und da sollte ja die schärfere Nocke weniger dynamische Kompression bringen)

Da könnte es natürlich auch ganz andere Gründe geben:
-Aluköpfe haben in der regel Kleinere Brennräume als die einfach verfügbahren Gussköpfe (das währe dann eine Begründung aus der "ist so weil ist so" Schublade)
-Der Motor mit den Aluköpfen ist ein "getunter" und ist deshalb in allen aspekten auf mehr Power ausgelegt
-Der Motor mit den Aluköpfen braucht nicht die selbe Lebensdauer wie der "stock"Motor

Wegen dem Kontext... da ist ein Abschnitt über das Thema (zuvor gehts ums maximale planen, danach um die Brennraumbearbeitung)
Ich Zitiere, Jim Hand Seite 74 Absatz 2:
"Aluminium heads tend to dissipate combustion heat faster than iron heads. As a result, you must add compression in order to produce the same power output as iron heads if all other aspects of the engine are similar. Expirienced dyno operators report that about 1/2 point of additional compression (0.5:1) is required for aluminium heads to produce equal power to similar flowing iron heads. On a side note, , iron heads weight about 51 pounds bare, while Edelbrock Aluminium heads weight only 26 pounds. This should also be a consideration when choosing a set of heads."

Hoffe, das ist genug Kontext

Noch eine blöde Frage: Mehr Kompression = mehr Effizienz? Also um so näher an der klopfgrenze , um so besser ?

[CANNONBALL]

Also ich höre zum ersten mal, dass man mit Aluköpfen überhaupt eine Leistungseinbusse hat, geschweige denn 30%! In unserer Firma verbauen wir öfters Edelbrock oder andere Alu-Köpfe um die Performance zu verbessern. Jeder Motor wird danach auf dem Leistungsprüfstand getestet. Das Alu die bessere Wärmeleitfähigkeit hat ist ja klar.

Mehr Kompression bringt mehr Leistung und kann den Wirkungsgrad bis zu einem gewissen Punkt steigern, jedoch glaube ich das der Widerstand irgendwann so gross ist, das man mehr Benzin braucht, um den Motor bei Laune zu halten. Irgendwann wird es dann auch für die Kopfdichtung und auch für den Kopf selber zu viel.

Gruess Kevin

[camarotom]

@ CANNONBALL

Es kommt jetzt darauf an welche Zylinderköpfe zuvor drauf waren. Wenn ich backyard mechanic richtig verstanden habe vergleicht er hier die Ram Air IV mit den Edelbrock, die bis auf das Material gleich sein sollen, also Größe und Form von Kanälen, Ventilen, Brennraum etc.

Da hat er dann recht dass Alu-Köpfe durch die bessere Wärmeableitung bei komplett gleichen Vorraussetzungen (Kurbeltrieb etc.) Leistung einbüßen.

Vergleicht man "normale" Zylinderköpfe mit den Aftermarket Performance Köpfen ist natürlich in fast allen Fällen ein Leistungsgewinn das Ergebnis, denn durch kleinere Brennräume wird die Verdichtung angehoben und durch weitere Verbesserungen an Kanälen und Ventilen sowie der Form und der Ausgestaltung des Brennraumes kann sowohl die Füllung des Zylinders als auch die Verbrennung optimiert werden.