motor

Wer hier gelandet ist, hatte wohl nicht das Glück einen der raren 1150 cm³-Motoren zu ergattern (zu erkennen an den ausbeulenden Überströmkanälen neben dem Auspuffkrümmer). Ich möchte Euch hier zeigen, dass man nicht unbedingt auf den 1150er Motor angewiesen ist (na ja schön wär’s schon, wenn man einen hätte).

Der Motor als kompaktes ca. 70 kg schweres Triebwerk setzt sich aus dem Zylinderkopf, dem Motorblock, dem Kurbelgehäuseunterteil und dem Kurbeltrieb mit den 3 Kolben zusammen. Das Beste ist, man fängt mit der Zerlegung oben an, wobei ich stillschweigend voraussetze, dass der Motor im ausgebauten Zustand vorliegt. Die technischen Veränderungen sind jedem Bauteil zugeordnet, können aber auch im Zusammenhang mit anderen Komponenten stehen (z. B.. Steuerzeiten werden bestimmt durch Motorblock und Kolben).

Der Zylinderkopf
Nachdem Ihr die 8 Schrauben M10 gelöst habt, könnt ihr den Zylinderkopf abnehmen. Er besteht aus Leichtmetall, daher ist seine Planfläche nicht sehr kratzfest und man muss beim Reinigen sehr vorsichtig sein. Bewährt hat sich bei alten Dichtungsresten Rostlöserspray und ein breiter Schaber. Eine weitere Verwendung des Zylinderkopfes ist erst nach beanstandungsloser Prüfung des Laufes und der Dichtigkeit der Lüfterwelle empfehlenswert.

Für das Tuning kommt jetzt das Abfräsen der Dichtfläche und das Nacharbeiten der Quetschkanten (wichtig) in Betracht. Da nicht jeder eine Fräsmaschine im Keller hat, lässt man das am besten von einem metallverarbeitenden Betrieb (Metallbau, Schlosserei) erledigen. Ich kann nur empfehlen kleine Handwerker zu wählen. Erstens, weil diese mit Kleinserien oder Einzelstücken in ihrer Produktion besser umgehen können und zweitens lässt sich der Preis mit dem Chef persönlich aushandeln. So haben doch alle was davon, oder?

Nun steht die Frage nach dem Wieviel im Raume. Nun, das lässt sich errechnen. Ich habe dafür eine Faustformel entwickelt, weil der Brennraum nicht ganz halbkugelförmig ist und habe davon abgesehen, dass der Kolben durch seine Form hineinragt. Wie alle Faustformeln ist auch diese mit Vorsicht zu genießen. Man kann aber davon ausgehen, dass das Ergebnis nicht mehr als +/- 0,2 abweicht. Wer ganz sicher gehen will, muss auslitern. Er darf sich dann aber nicht mehr auf die Formel stützen.

e ist Verdichtungsverhältnis

V_h ist Zylinderhubraum

V_b bedeutet Brennraumvolumen

d ist Bohrung in mm

h ist Brennraumhöhe des Zylinderkopfes vom Grund bis zur Planfläche (Serie 22,3 mm)

Achtung: Das so errechnete Verdichtungsverhältnis sollte nie mehr als 9,7:1 beim Wartburg betragen. Glühzündung, Überhitzung und schließlich Festgehen des Motors wären die Folge. Optimal wäre 9,5:1. Die Formel zeigt aber auch, dass der Hubraum einen nicht unwesentlichen Stellenwert einnimmt. So können 5 mm Kopfabnahme bei Serienbohrung 73,5 mm gerade noch erträglich sein. Bei maximalem Ausschleifmaß 75,5 mm, wie es uns in regenerierten Motoren häufig begegnet, liegt die Verdichtung bei gleichem Fräsmaß schon bei 10,2:1, viel zu viel also.

Tipp: Die Bohrung des Motors findet Ihr auf den Kolben. Ein bisschen mit der Drahtbürste drüber und schon seht Ihr eine Zahl, z. B.: 73,44 d.h. 73,44 + 0,06 mm Einbauspiel ist gleich: 73,5 mm Serie.

Bei optimaler Quetschkantenausbildung (wie vor dem Abfräsen) ist eine Mehrleistung von ca. 12% zu erwarten. Der Nutzen der Erhöhung der Verdichtung ist ein dreifacher:

(1) schnelleres Erreichen der Betriebstemperatur, damit Verbesserung der Heizleistung im Winter

(2) höhere Leistung in allen Drehzahlbereichen (Elastizität des Motors verbessert sich)

(3) Kraftstoffersparnis bis zu 15 %, da die Kraftstoffenergie besser ausgenutzt wird

- insbesondere letztgenanntes ist für Verringerung der Lebensdauer verantwortlich

Nach meiner Erfahrung halten die an sich robusten Kurbelwellen die höhere Belastung ca. 50000 km durch. Danach ist es aufgrund verstärkter Geräusche ratsam, sich auf dem Ersatzteilsektor umzusehen. Einige Motoreninstandsetzer in den neuen Bundesländern regenerieren sogar noch Wartburg-Kurbelwellen. Vor dem Aufsetzen des Zylinderkopfes überprüft man den zentrischen Sitz der Quetschkanten mit Hilfe der Kopfdichtung. Sind die Abstände des Quetschkantenansatzes nicht weiter als 1 mm von der Brennraumeinfassung der Dichtung entfernt, kann der Zylinderkopf angebaut und mit 50 Nm über Kreuz festgezogen werden. Nach Warmlaufenlassen des Motor bitte noch einmal um 45° nachziehen, da die Dichtung „schwitzt“ und sich setzt. Übrigens, hier noch ein Tipp aus bitterer Erfahrung. Nehmt zum Befestigen des Zylinderkopfes nur die Originalmuttern oder solche mit ausreichender Zugfestigkeit. Muttern aus dem Baumarkt für DM 12,95 pro Kilo sind denkbar ungeeignet. Ein Motor soll doch dicht sein, oder?

Im Bild rechts ist eine durch zu schwache Muttern beschädigte Kopfdichtung zu sehen.

Der Motorblock
Der Motorblock ist aus Grauguss und dafür können wir dem Schöpfer dankbar sein. Dieses Material ist nicht nur billig, sondern auch leicht zu bearbeiten und äußerst belastbar. Dass muss es auch sein, denn die meiste Arbeit beim Tunen steckt im Motorblock. Wenn man die Schrauben M10 und M8 am Kurbelgehäuse löst, kann das Kurbelgehäuseunterteil abgenommen werden. Die Kurbelwelle wird aus ihrem mitunter recht festem Sitz gezogen und auf dem Schwungrad senkrecht aufgestellt. Diese Lagerung hat mehrere Vorteile. Die Kolben können nicht verschmutzen und die gesamte Kurbelwelle kann sich nicht in Bewegung setzen, vielleicht schon mal in Richtung Instandsetzerfuß wegrollen.

Wichtig zu Beginn der Arbeit am Motorblock ist, dass man die Ölkohle aus den Auslasskanälen entfernt. Ebenso sollten die Stehbolzen herausgedreht sein.

Zum Tunen lässt uns der Motorblock zwei Möglichkeiten, die einzeln aber auch kombiniert anwendbar sind. Das sind Hubraumerhöhung einerseits und andererseits die Modifizierung der Steuerzeiten sowie Politur der Kanäle.

Die Hubraumerhöhung wird bewerkstelligt, indem der Motorblock aufgebohrt und im Anschluss daran gehont (aufgerauht, zum besseren Einlaufen der Kolbenringe) wird. Größere Kolben sind das einzige Material, das Verwendung finden muss. Selbstverständlich überlässt man die Arbeit des Bohrens und Honens einer Motorenfachwerkstatt. Das ist entgegen aller Befürchtungen nicht allzu teuer. Es sind mehrere Ausschleifmaße möglich, von denen man im Interesse einer maximalen Leistungsausbeute das größte (75,5 mm Bohrungsdurchmesser) anstreben sollte. Die Beschaffung der Kolben ist etwas schwierig, bei einigen alten DDR-Motoreninstandsetzern müssten jedoch Restbestände vorhanden sein. Die Leistungsausbeute lässt sich schnell errechnen, da der Hubraum direkt proportional zur Leistung ist. So erbringt beim Serienmotor etwas mehr Bohrung (Erhöhung auf 75,5 mm) gute 3-4 PS. Hier zeigt sich nämlich, dass der verhältnismäßig kleine Vorsprung des 1150er Motors gegenüber eines so entstehenden 1050ers eigentlich zu teuer erkauft werden muss. Die 1150er Motorblöcke sind unverhältnismäßig preisungünstig, das Geld für 3mm mehr Bohrung ist in einem 5-Ganggetriebe oder in einem perfekt ausgeklügelten Rennauspuff besser angelegt.

Das Einbauspiel beim Bohren und Honen ist beim auch noch anderweitig getunten Motor etwas großzügiger mit 7-8 Hundertstel zu wählen.

Die Änderung der Steuerzeiten ist ein erheblicher Eingriff in das Motorgeschehen, daher sind Variationen mit allergrößter Sorgfalt auszuführen. Gerade hier ist weniger oft mehr. Die Grundlagen für erhebliche Motorleistungen durch astronomische Drehzahlen sind ebenso möglich, wie der Ruin eines kunstvoll mit viel Augenmaß und wenig Verstand getunten Motors.

Leider müssen wir uns beim Tunen auf die Einlass- und Auslasskanäle beschränken. Die Änderung der Überströmkanäle sind dank der Enge des Zylinders nur Regenwürmern vorbehalten. Gnädigerweise jedoch kann man die Überströmer am Eingangsfenster etwas erweitern.

Die Maße für die Änderung basieren auf Formeln zur Strömungsberechnung in Abhängigkeit von den Steuerzeiten. Diese Formeln sind in den am Anfang herzlichst empfohlenen Büchern enthalten. Ich werde mich hier nur auf die Nennung der Maße und ihre Lage beschränken.

Im Bild rechts ist eine skizzierte Darstellung des Zylinders zu sehen. Bevor man anfängt lustig zu fräsen sind die Grundmaße zu prüfen. Von Zylinderoberkante bis Unterkante Einlasskanal (114 mm) und von Zylinderoberkante bis Oberkante Auslasskanal (52 mm) ,nicht zu vergessen auch die Unterkanten der Überströmfenster, die wir ja auch etwas vergrößern wollen. Die Maße nach dem Schleifen sollten betragen:

a: 47 mm

e: 4 mm

ü: 7-8 mm

Achtung: wichtige Hinweise! Wenn man sich mit dem Gedanken trägt, den Motor ausschleifen (größere Bohrung) zu lassen, sollte man die Änderung der Steuerzeiten unbedingt vorher eintakten. So tut es nicht ganz so weh, wenn man mal mit dem Schleifer ausrutscht und eine Sightseeingtour durch den Zylinder fährt. Je nach Lage des entstehenden enormen Kratzers könnt Ihr Euch nämlich sonst entscheiden, ob Ihr das Ganze mit einem anderen Motor noch mal probieren oder es lassen wollt. Fakt ist jedoch eins: So ein Kratzer in der Buchse macht einen Motor nicht gerade alltagstauglich, wenn er genau in der Zone der Kolbenringbewegung liegt. Beim Schleifen sollte man darauf achten, dass man keine strömungsungünstigen Übergänge hinterlässt und immer gut verrundet. Das verlangt einige Übung. Bei der Erweiterung des Überströmfensters kann man sicherlich nicht gerade schleifen. Man muss einen leichten Buckel hinterlassen. Zum einen weil die biegsame Welle des Schleifgeräts nicht mehr hergibt, zum anderen um kein feuchtfröhliches Treffen mit dem Kühlwasserkanal zu arrangieren. Häufig befindet sich auch noch Verguss in den Überströmern. Diesen kann man mit einem kugelförmigen Schleifstein mit Durchmesser 5-8 mm Gott sei dank recht gut beseitigen. Der Einlasskanal ist unten gerade abzuschleifen, sowie links und rechts mit Rundungen im Radius ca. 5 mm zu versehen, wobei er nach links und rechts auch um etwa 1-1,5 mm erweitert werden darf. Die Nase an der Oberkante ist tunlichst stehen zu lassen, sonst nutzen die Kolbenringe eventuell die Gelegenheit zum Fluchtversuch. Das geht überdies nicht ohne Motorschaden ab. Der Auslasskanal ist in seiner ovalen kolbenringfreundlichen Form zu belassen, lediglich an der Oberkante kann ein ca. 10 mm gerades Stück statt einer Abrundung nach oben stehen gelassen werden. So wird der Motor im Fahrbetrieb etwas bissiger, aber auch im unteren Drehzahlbereich durchzugsärmer.

Nach dem Schleifen solltet Ihr die Kanäle, zumindest die erreichbaren mit Politur verwöhnen. Nutzbar hierfür sind die feinen Schleifpapierrollen mit ein bisschen Öl an der Schleifmaschine. Das senkt die Strömungswiderstände und setzt dem Ölkohlebefall (Auslasskanal) Widerstand entgegen. Außerdem müssen die Kanten gebrochen werden, um den Kolbenringen das Einfädeln zu erleichtern.

Wie sich die geänderten Steuerzeiten auswirken: Der vergrößerte Einlasswinkel sorgt für bessere Füllung bei höheren Drehzahlen. Das aber nicht wie gemeinhin angenommen durch längeres „Offenstehen“, sondern durch die Aufnahme einer gesamten Einlassschwingung bei einer gewissen Resonanzdrehzahl. Diese liegt dann ungefähr je nach Länge der Ansaugleitung und Dimensionierung des Vergasers (Kapitel Drumherum-Vergaser) bei 3600-4300 1/min. Im Zusammenwirken mit dem vergrößerten Auslasswinkel, der wiederum für eine zügige Entleerung des Zylinders nach dem Arbeitstakt sorgt und einer optimal angepassten Auspuffanlage kriegt man einen mehr oder weniger mächtigen Durchzug bei den vorgenannten Drehzahlen. Das ist das spürbar erhöhte Drehmoment. Je höher die Resonanzdrehzahl mit allen zur Verfügung stehenden Mitteln wird, desto höher ist das Drehmoment, das letztendlich auch für die höhere Leistung im Enddrehzahlbereich (4700-5500 1/min) verantwortlich ist. Leider ist dann „untenrum“ weniger Kraft vorhanden, sodass man bei leichten Steigungen im 2.Gang bei etwa 20 km/h schon in den 1.Gang zurückschalten muss.

Der Kurbeltrieb
Der Kurbeltrieb hat die undankbare Aufgabe den Verbrennungsdruck und die daraus resultierende Kraft in eine Drehbewegung umzuwandeln. Sein Anteil an der Leistung ist aber noch ein anderer. Die Kurbelscheiben sorgen mit ihrem Volumen für die Kurbelgehäusevorverdichtung. Das ist der Vorgang in der Zeit vom Schließen des Einlasskanals bis zum Öffnen der Überströmkanäle. Gerade die Form der Wangenhubscheiben ist so eminent wichtig. Seit 1986 produzierte man nämlich Kurbelwellen mit Wangenhubscheiben (im Bild rechts).

Für eine möglichst hohe Vorverdichtung im Kurbelgehäuse und damit ein massiveres Überströmen der Gase in den Zylinder sind in aller Regel die älteren Hubscheiben zu bevorzugen. Ganz Spitzfindige können die beiden Ausgleichsbohrungen mit Kork verschließen. Die Befestigung und Versiegelung könnte mit Epoxydharzkleber erfolgen. Die in den Apotheken erhältlichen Gläserdeckel im richtigen Durchmesser eignen sich fürtrefflich.

Beim Zusammenbau ist zu beachten, dass der Kurbeltrieb mit der Schwungscheibe dynamisch ausgewuchtet wurde. Dies gilt insbesondere bei Austausch derselben.

Nun gibt es zum Tuning doch noch was hinzuzufügen. Ihr habt Euch sicherlich schon gefragt, warum der Wartburgmotor im kalten Zustand eine bessere Leistungsabgabe hat. Das liegt zum größten Teil am kalten Kurbelgehäuse. Die Luft hat im kalten Zustand eine größere Dichte. Diesen Effekt macht man sich beim Ladeluftkühler für den Turbolader auch zunutze. Es sind mehr Luftmoleküle pro Luftmasse vorhanden und was man hier mehr hat, gibt auch ein Mehr in der Verbrennung, ergo mehr Leistung. Ganz ausgebuffte Füchse können ja noch ein Luftleitblech entwickeln, das den Fahrtwind direkt über das Kurbelgehäuse jagt. Wirklich effektiv ist so was natürlich nur bei höheren Geschwindigkeiten (ab 80 km/h).

Die Kolben
Die Kolben sind unruhige Gesellen. Ständig in Bewegung können sie sich kaum für eine Richtung entscheiden. Dieses ständige Auf und Nieder (bei 5500 1/min etwa 92 mal pro Sekunde) ist eine große Belastung und daher gebietet sich Vorsicht beim Umgang mit den Kolben eines Motors. Das Einspannen in einen Schraubstock verbitten sie sich ebenso, wie eine übermäßige und unbedachte Materialabnahme an festigkeitsempfindlichen Stellen. Man kann einen Wartburg zur Gewichtsverringerung schließlich auch nicht um seinen Rahmen erleichtern. Zum Einspannen kann man sich eine Vorrichtung anfertigen. Man bohrt je nach Kolbenmaß mit einer 72er (für 73,5 mm Kolbendurchmesser) oder 74er Lochkreissäge (für 75,5 mm Bohrung) ein Loch in die Mitte einer mindestens 5 cm dicke Holzfläche mit den Maßen 20 cm x 20 cm. Anschließend sägt man das Brettchen in der Mitte durch, wobei logischerweise zwei Hälften mit je einem kreisförmigen Ausschnitt entstehen. Man hält nun die Hälften aneinander und bringt an die eine Seite ein Scharnier und an die andere Seite zwei sich gegenüberstehende Winkel an. Zu den Winkeln sucht man sich eine passende Maschinenschraube mit Mutter. Mit dieser einfachen Vorrichtung (Kolben rein, zuklappen, festziehen) lässt sich ein spannungsfreies Einspannen ohne einseitige Belastung auf Verformung ermöglichen. Die Bearbeitung des Kolbens beschränkt sich auf das Kolbenhemd und die Überströmfenster.

ü ist analog den Fenstern im Zylinder zu wählen. Das Maß k hingegen ist 3,5 mm. Das Einarbeiten des Fensters an der Kolbenunterkante lässt sich am besten mit einer Flach- und einer Rundfeile bewerkstelligen. An der Kolbenunterkante befindet sich im inneren des Kolbens eine Verstärkungsrille. Von dieser sollten nach oben hin noch mindestens 0,5 mm vorhanden bleiben. Die Erweiterung der Überströmfenster ist dem Schleifer mit rundem groben Schleifband des Durchmessers 10 mm vorbehalten. Ein Schleifstein würde zu schnell verschmutzen und unbrauchbar werden. Man muss aber sowieso damit rechnen, dass pro Fenster 2 Schleifbänder draufgehen. Das heißt für alle 3 Kolben sind 12 große Schleifbänder notwendig.

Die Arbeit am Überströmfenster putzt auch die im Kolben angebrachten Verstärkungen weg. Daher ist der große Durchmesser der Schleifbänder für einen möglichst großen Radius vonnöten. So wird die Gefahr des Einreißens der Ecken, wie sie bei kantigen Überströmfenstern entstehen würde, minimiert. Die vom Kolbenbolzenauge herüberreichenden Verstärkungen sind nach Möglichkeit etwas stehen zu lassen. Und auch hier gilt Abrunden, Abrunden, Abrunden. Es hat sich als praktisch erwiesen, wenn man die Kolbenringe mit Lackierabklebeband abdeckt. So bleiben Späne den Nuten fern. Beim Zusammenbau ist zu beachten, dass der Kolbenbolzen sich recht straff einschieben lässt und die Sicherungsringe richtig in ihren Nuten sitzen.

Das Kurbelgehäuseunterteil
Zum Kurbelgehäuseunterteil lässt sich nicht viel sagen. Wichtig ist hier, dass Kurbelgehäuseunterteil und Zylinderblock fluchtend feinstgebohrt wurden und deshalb zusammengehören. Zu erkennen ist das an den gleichen Seriennummern. Schon im Interesse einer guten Abdichtung und einer spannungsfreien Kurbelwellenlagerung sollte man das beachten, ganz zu schweigen von der Stabilität des Motors im Ganzen. Beim Zusammenbau trägt man ein dünnflüssiges Dichtungsmittel (kein silikonhaltiges) auf und schraubt zuerst die großen M10er Schrauben von der Kraftabgabeseite auf einer Hälfte beginnend bis zur Riemenscheibenseite mit 50 Nm fest. Dann nimmt man sich die andere Hälfte und analog die M8er Schrauben mit 22 Nm vor.