Rover-V8/Risse im Block

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Der Rover-V8 Motor, Risse im Block und was der Brennraum damit nicht zu tun hat.

vorweg - Ziel dieses Artikels ist es, die Informationen zuzusammenzufassen, die mit dem leidigen Problem des "Cracked Block" des Rover V8 zusammenhängen. In diesem Zuge ergänzen sich umfangreiche Hintergründe zu Gemischen und Verbrennungsvorgängen, die mit dem Motorblock erstmal gar nicht zusammenhängen, aber nötig sind, um bestimmte Behauptungen zu widerlegen.


Allgemeines

Hinweis: Für einen gründlichen, allgemeinen Einstieg in die Verbrennung beim Benzinmotor lohnt es unbedingt, die „Basics“ auf der Megasquirt-Seite zu lesen: http://www.megamanual.com/begintuning.htm#works

Einführung und die Irreführung: Es geht hier um das Problem des „cracked block“, oder „porous block“, das beim Rover V8 doch relativ spezifisch ist. Es gibt Überlegungen zu dem Thema, mit denen auch Werbung (um einen neuen Block zu kaufen) gemacht wird, darauf fussend, dass Rover das Verbrennungsgemisch in bestimmten Betriebsbereichen absichtlich abgemagert hätte. Und zwar in solchen Betriebsbedingungen, die für die Standardmessung vom Fahrzeugverbrauch wichtig sind. Da ein mageres Gemisch gern mit heißer Verbrennung gleichgesetzt wird, wurden daraus zu heiße Brennraumtemperaturen abgeleitet, die als Belastung für das Material die Risse entstehen ließen (siehe hier: http://www.v8engines.com/Acrobat/LRO_May_small.PDF). Das kann so nicht stehen bleiben.



Technische Gegebenheiten beim Rover V8:

Vorab kann man an wenige technische Besonderheiten des Rover-V8 denken: sowohl Block, als auch Köpfe sind aus Aluminium. Die Laufbuchsen sind aus Stahl und sie sind, vereinfacht, ein schlichtes Rohr und wurden im Werk eingeschrumpft. Da ihre Wandung recht dünn ist, kann die Zylinderkopfdichtung nicht auf der Wandung selbst dichten, sondern tut das am/auf dem Aluminium des Blockes, sozusagen „hinter“ der Laufbuchse. Die Laufbuchse wird nur durch die „Spannkraft“ (wohl Reibung) am Platz gehalten, die sie durch das Einschrumpfen erhielt. Geht diese Spannkraft verloren (z.B. durch Verformung des ummantelnden Aluminiums, v.a. bei einem Riß), kann sich die Laufbuchse bewegen. Das geschieht dann, wenn sich der Motorblock erwärmt und dabei ausdehnt (Aluminium macht das mehr als Stahl). Manchmal rutscht sie etwas nach unten (ein Stück kann sie das, durch die Anatomie im Kurbeltriebbereich aber nicht sehr weit). Manchmal wird sie dann auch vom Kolben mitbewegt und macht klopfende Geräusche. Zwischen den Zylindern ist nicht sehr viel Platz, und ein Kühlwasserkanal muß dort noch hindurchlaufen. Die Materialstärke der Aluminiumwandung „hinter“ der Laufbuchse beträgt beim 3,9/4,0/4,2/4,6 Liter Motor optimalerweise 3mm (i.d.R. ist es etwas weniger), beim 3,5Liter V8 etwas mehr (dessen Zylinderbohrung beträgt 88,90 statt 94,04mm, somit lassen 5mm Differenz der Wandung hinter jeder Laufbuchse gut 2,5mm mehr Stärke – rechnerisch, und kommt auf gut 5mm Wanddicke). Zylinderkopfdichtungsschäden treten beim RoverV8 natürlich auch auf. Die Motoren bis etwa 1994 hatten dünne Blechdichtungen. Allgemeinwissen ist es bereits, dass die Zylinderköpfe durch das Vorhandensein der äußersten Reihe der kurzen Kopfschrauben ungleichmäßig (also an der Außenseite zu fest und an der Mittelseite relativ zu wenig) geklemmt wurden und im Bereich der Motormittenachse im Laufe der Zeit undicht wurden. Verbrennungsgase kommen dadurch in das „Valley“ des Motors, also dorthin, wo Nockenwelle und Stößel sind. Das Motoröl wird dadurch stärker belastet und die Motorentlüftung natürlich auch, aber die schafft das. Mit Einführung der dicken „Composite“ Dichtung wurden die Zylinderköpfe von Rover etwas flacher geschliffen, damit das Mehr an Dicke der Dichtung ausgeglichen wurde; ansonsten hätte man dadurch die Verdichtung verringert (lt. RPI-V8 um etwa 0,6:1). Aber im gleichen Zug wurde auch die äußerste Reihe der Kopfschrauben einfach weggelassen. Das tut den Zylinderköpfen ganz gut, und um den Brennraum herum ist ja immer noch an jeder Ecke je eine Schraube – die Kopfdichtung kann so funktionieren. Mit der Compositedichtung wurden Dehnschrauben verwendet. Und die sind auch wichtig, und machen das lästige Nachspannen von normalen Kopfschrauben überflüssig. Es ist nicht sehr üblich, dass ein Zylinderkopfdichtungsschaden durch Kühlwasserverbrauch auf sich aufmerksam macht. Guckt man sich eine Kopfdichtung an, dann finden sich die Kühlwasserführungen einmal vor dem ersten und einmal hinter dem letzten Zylinder. In diesem Bereich hat der Motor keine großen Probleme. Die Zylinderköpfe von Rover sind im Grunde selbst solide. Risse sind die absolute Ausnahme. So sehr, dass ein Abdrücken im Rahmen einer Überholung empfohlen wird, aber Werkstätten schreiben dass sie diese Maßnahme und Kosten mittlerweile sparen ohne „bestraft“ zu werden.


Rover-V8-mit-Flanschbuchsen.jpg

Block eines 4.2Liter V8 mit Flanschbuchsen. Unterhalb jedes Zylinders im Bild ist das leere Gewinde für die dritte Reihe an Kopfschrauben zu erkennen.


ZylinderkopfplanflächeV8.jpg

Zylinderkopf für einen Motor mit Compositedichtungen. Die Durchbohrungen für eine dritte Reihe Kopfschrauben ist hier schon nicht mehr vorhanden.


Schema-ohne-flanschbuchse.PNG

Schema eines Schnittes durch den Block. In der Mitte würde sich der Kolben befinden.

- grau = Aluminiumsteg zwischen zwei Brennräumen - hellblau = Kühlwasserkanal - rot = Laufbuchse - grün = Zylinderkopfdichtung


Schema-ohne-flanschbuchse-crack.JPG

Schema des Schnittes durch den Block. Hier in Gelb der Weg, den das Wasser geht, um in den Brennraum zu gelangen. Über denselben Weg gelangen Verbrennungsgase in das Kühlwasser.


BrennraumV8.jpg

Seitlicher Blick auf den Brennraum im Kopf. Die Form nennt sich "Open Wedge"



Einflüsse auf die Zylinderfüllung

Nochmal zurück zu den Brennraumtemperaturen und dazu wird ein wenig ausgeholt: Nehmen wir als Modell nur einen Zylinder des Motors. Gerade eben hat eine Zündung stattgefunden und der 4.Motortakt stößt das Abgas aus. Etwas zu beachten ist, dass Reste vom Abgas im Brennraum bleiben – der Kolben kann ja nicht höher als bis zum oberen Totpunkt. Darüber aber bleibt ein Raum, nämlich der Kompressionsraum in dem das angesaugte Gemisch beim 2.Motortakt verdichtet wurde. Hat der Motor eine niedrige Verdichtung, ist dieser Raum relativ groß, es bleibt also viel Abgas zurück, bei hoher Verdichtung entsprechend weniger. Wenn der Motor gleich angesaugt hat, komprimiert er also etwas altes Abgas noch einmal mit. Das Abgas ist natürlich sauerstoffarm und tut nichts zur Leistung dazu. Je weniger also verbleibt, desto mehr frisches Gemisch kann komprimiert werden und desto mehr Leistung fällt an.

Dazu dient eine hohe Verdichtung und auch die Ventilüberschneidung (klick): die Nockenwelle sorgt dafür, dass das Auslassventil noch eine kurze Weile aufbleibt, wenn das Einlassventil schon geöffnet wurde und der Kolben gerade hinunterzufahren beginnt und gleich Gemisch ansaugt. Die soeben ausgestoßene Abgassäule im Auspuff „zieht“ (dank ihrer Geschwindigkeit und Trägheit „Scavenging“) nun noch schnell etwas verbrauchtes Gemisch aus dem Brennraum, was dann durch nachströmendes Frischgas ersetzt wird - nachvollziehbar ist, daß diese "Abgassäule" bei höheren Drehzahlen mehr Effekt aufweist; bei geringen sind die Gasmengen dafür zu gering; Einfluß kann man durch Auslegung des Auspuffs darauf nehmen (ein eher dünner Rohrdurchmesser erhöht die Abgassäulengeschwindigkeit bei weniger hohen Drehzahlen; dabei er leider dann bei hohen Drehzahlen restriktiv wirkt. Es ist also eine Auslegungssache, und etwas wie in Werbung versprochene Mehrleistung "ohne Reue" gibt es nicht). Sportmotoren haben i.d.R eine große Ventilüberschneidung - das ist möglicherweise auch eine Folge davon, daß bei Sportnockenwellen die Dauer der Ventilöffnungen länger ist, die Überlappung wird dabei größer; wohl inkauf nehmend, dass dabei "versehentlich" unbenutztes Benzin in den Auspuff gezogen wird, bevor der 2.Zylindertakt überhaupt richtig begonnen hat. Für den Verbrauch ist das also negativ. Für einen ruhigen Leerlauf auch, und so sind Serienmotoren bei der Ventilüberschneidung eher moderat. Wenn ich nicht irre, dann wird auch die Drehmomententwicklung bei Sportnocken in höhere Drehzahlen verschoben, und denkbar ist daß man im unteren Bereich weniger Drehmoment hat, als zuvor mit einer Seriennockenwelle.

Zu Nockenwellen kann einem noch einfallen, daß die Nocken drei Qualitäten aufweisen: 1) das Timing, also die relative Position von Einlaß- zu Auslaßnocke zueinander und 2) die Höhe und Form der Nocke. Mehr kann man an ihnen nicht ändern (außer der Metallqualität und Härtung, aber das dient der Haltbarkeit); naja und eben 3) wie "breit" die Nocken sind, also wie lange sie ein Ventil offen halten. Für die Nockenwellen aus dem Zubehör gilt das auch. Man soll vorab bedenken, daß die Serien-nockenwelle einen Kompromiß darstellt, der sicher einige Versuchsabläufe und Messungen "hinter sich" hat. Und vom Hersteller für einen Einsatzzweck hin gestellt wurde. Vergißt man das, kann man auch hier "verschlimmbessern". Anderes Timing beschreibt das, was oben u.a. die Ventilüberschneidung zu einem bedeutenden Teil miterklärt. Der andere Teil wäre ein früheres Öffnen von Einlaßventil und späteres Schließen des Auslaßventils - das, was Sportnockenwellen kennzeichnet. Klar ist, daß sich die Leistungsentfaltung verändert (also mehr Leistung entsteht, aber u.a. in höheren Drehzahlen - aber der Bereich niederer Drehzahlen, mithin das "Anhängerziehen" etwas leidet. Es ist doch so: Drehmoment ist Kraft (Verbrennungsdruck der auf die Kolbenfläche wirkt) mal Hebel (über das Pleuel). Die Leistung definiert sich als Energie pro Zeiteinheit. Letztere kommt der Drehzahl nahe. Will man mit einer Nockenwelle die Leistung erhöhen, geht das i.w. nur, indem man sich in den Bereich höherer Drehzahlen flüchtet und dort die Verbrennungsdrücke erhöht. Denn im Hochdrehzahlbereich ist die Zeit für die Füllung des einzelnen Zylinders ja kürzer geworden. Hier kann man mit einer länger gewordenen Zeit die die Ventile offen sind, der Füllung und damit den Verbrennungsdrücken helfen. Die niederen Drehzahlen brauchen das aber nicht, hier ist das dann eher abträglich.). Zu all´ dem muß man auch noch beachten, daß der Motor mit einer Sportnockenwelle bei höheren Drehzahlen mehr Gas durchsetzen kann, sozusagen "entdrosselt" ist. Aber die Ansaugkanäle müssen diesen Gasdurchsatz auch liefern können - daher macht dann eine Bearbeitung der Ansaugkanäle (die werden dazu i.d.R größer gefräst) Sinn macht. Die Ansaugwege sind tatsächlich von Rover lieblos gefertigt und im Bereich der Dichtung von Ansaugkrümmer zum Kopf decken sich die Kanäle oft nicht direkt sondern bilden eine Stufe - die wegzumachen (Dichtung draufhalten und bds. anzeichnen) lohnt immer. Ansonsten kann eine Nocke laienhaft ausgedrückt "schärfer" sein, also das Ventil in kürzerer Zeit komplett öffnen/schließen. Das ist erstmal sinnvoll, ermöglicht es doch dem Gas, schneller den Zylinder zu füllen weil das Ventil schnell viel Öffnungsfläche freigibt, aber es belastet auch den Ventiltrieb mechanisch viel mehr; genauso wie ein höherer Hub der Nocke, der das Ventil weiter hinausbewegt. Das soll nun kein pauschales Urteil gegen Zubehörwellen sein, aber Anlaß geben sich beim Kauf erklären zu lassen, wodurch bei "ebendieser" Welle Vorteile erzeugt werden und welche Nachteile dadurch für den Anwender persönlich entstehen. Für einen schweren Geländewagen mit üblichem "Allerweltseinsatz" ist eine Seriennockenwelle jedenfalls kein Schandfleck und so wie Tuningteile aus dem Zubehörkatalog zusammengewürfelt werden, ist aber auch mehr so ein "pi-mal-Daumen"-Vorgehen. Daß diese, eben besprochenen Effekte spürbar sind, kann man auch daran verdeutlichen, daß sich Hersteller des Aufwandes berufen fühlten, variable Ventilsteuerungen einzuführen, bspl. BMW mit Vanos, oder andere mit Saugrohrumschaltung . Das erste Prinzip betrifft die Ventilsteuerung, das zweite sorgt dafür daß bei niederen Drehzahlen lange Saugrohre benutzt werden, in denen die Ansaugluftsäule einen "guten" Anlauf, sozusagen "Schwung" holen kann. Bei höheren Drehzahlen wird der Ansaugweg abgekürzt, hier braucht es diesen Effekt nicht und sind die langen Ansaugwege sonst zu restriktiv.

Eine höhere Verdichtung sorgt darüber hinaus auch für, klar, eine höhere Dichte des Gemisches nach dem Kompressionstakt des Motors und das Gemisch kann dabei nach dem Zündfunken sicher schneller verbrennen. In einem Punkt bin ich nicht ganz sicher, und das betrifft die Verbrennungstemperaturen: mal am Beispiel des 3.9er V8 gibt es ihn in 8,13:1 und 9,35:1. Letzteres ist verbreiteter. Der niedrig verdichtete Motor war m.W. im Hinblick auf den amerikanischen Markt so ausgelegt. Nimmt man die Zündkerzen, dann sprechen diese als Indiz für geringere Temperaturen, als es beim höher verdichteten Motor sein müsste. Ich vermute, daß das Abgas und v.a. die Stickodixe derart durch die niedrigere Verdichtung reduziert werden sollten. Ohne, daß das bei späteren Baureihen des 3.9ers dann konsequent weitergeführt worden wäre. Vor dem Hintergrund des eingangs erwähnten Problems der Brennraumtemperaturen könnte das auch eine Rolle spielen. Ich vermute aber weiter, daß das hintergeordneter Relevanz ist.

Zylinderfüllung am Beispiel des Leerlaufes

Im Vorausblick auf die später beschriebenen Verbrennungsprozesse könnte man noch über die „Füllmengen“ an Gemisch denken – je nachdem, wie man das Gaspedal, respektive die Drosselklappe gestellt hat. Denken wir zunächst an den Leerlauf. Dabei ist die Drosselklappe maximal geschlossen und der Motor saugt so gut er kann durch winzige Öffnungen (beim Rover V8 schätze ich, dass man sich ein Loch von etwa 4mm Durchmesser vorstellen kann). Wenn der Kolben beim 2.Motortakt hinunterwandert, ist im Saugrohr kaum Luft die er sich „holen“ kann. Das spiegelt sich in sehr geringen Saugrohrdrücken wieder (die höchstens im Schubbetrieb noch überboten werden. Diese geringen Drücke, andersrum auch als Unterdruck bezeichnet, werden eingesetzt, um den Bremskraftverstärker zu bedienen. Macht ja auch Sinn – keiner benutzt auf der Straße gleichzeitig die Bremse und hat dabei die Drosselklappe nicht geschlossen). Auf alle Fälle hat der Kolben gerade eben wenig Luftmenge einsaugen können und beim 3.Takt gibt es daher auch wenig zu komprimieren. Selbst wenn man jetzt ein sehr fettes Gemisch hat, dann kommt da vergleichsweise wenig Benzin in´s Spiel – ist ja auch klar: für wenig Luft braucht man auch weniger Benzin um das Gemisch fett werden zu lassen. Ganz im Gegensatz zum Vollgas, bei dem der Kolben im 2.Takt den Zylinder komplett mit Luft füllt. Im Leerlauf nun ist also relativ wenig Benzin zur Verbrennung vorhanden und daher bringt der Zylinder beim Verbrennen auch nur wenig Leistung; halt soviel, wie es für den Rundlauf im Leerlauf nötig ist. Der Rover-V8 scheint den ruhigsten Leerlauf zu bieten, wenn man das Gemisch bei 13,5:1 einstellen würde – wer es messen kann, stellt beim ruhigsten/stabilsten Leerlauf den niedrigsten Saugrohrdruck fest.


Verbrennungsprozesse

Jetzt zum eigentlichen - gehen wir zunächst davon aus, dass das Gaspedal komplett durchgedrückt ist. Das bedeutet an der Drosselklappe, dass sie sich dem Luftstrom nicht „drosselnd“ entgegenstellt und die Atmosphärenluft beim 1.Motortakt ungehindert in den Brennraum strömt. Wir sprechen hier jetzt vom Vollastbetrieb – das trifft für die ein wenig später im Text erklärte zweite Betriebsbedingung zu (es ist wichtig zu unterscheiden, dass bei der ersten und dritten Betriebsbedingung die Drosselklappe nie ganz geöffnet sein wird. Im Hinblick auf die Zylinderfüllung das wird hintendran anhand des Leerlaufes erklärt). Der Luftdruck im Saugrohr, bzw. „Plenumgehäuse“ beim RoverV8-Efi ist jetzt, unter Vollast, also optimalerweise gleich dem Umgebungsluftdruck, je nach „Lufthunger“ des Motors – z.B. bei hohen Drehzahlen kann er Saugrohrdruck etwas geringer (gleichzusetzen mit größerem „Unterdruck“) liegen und das umso mehr, desto ungünstiger/restriktiver die Ansaugwege geformt sind. Bei niedrigen, alltagsrelevanten Drehzahlen spielt das nicht so eine große Rolle (dies mag man bedenken, wenn man Geld in Tuning steckt). Ok, der Zylinder ist nun voll mit Gemisch und komprimiert es im 3.Motortakt. Gemisch heißt natürlich, dass im Gas auch Benzin vorhanden ist. Und ab hier wird es etwas komplexer.



Drei Betriebsbedingungen :

Gemisch Stöchimetrisch

In einem Fall soll der Motor jetzt möglich katalysator- und umweltfreundlich verbrennen. Dazu muß das Verhältnis von Luft zu Benzin 14,7:1 betragen – auch als stöchimetrisch bezeichnet. Das Verhältnis Luft zu Benzin wird meist AFR bezeichnet (AirFuelRatio) – und diese Bezeichnung wird fortan vorausgesetzt. So wie es „Grad Celsius“ und „Grad Kelvin“ gibt, die mit anderen Zahlen und Skalen dieselbe Temperatur ausdrücken, gibt es beim Gemisch neben der AFR auch noch die Lambda-einteilung. Eine AFR von 14,7:1 entspricht Lambda = 1. (Im Alltag kommt ein Lamda größenordnungsmäßig von 0,85 bis 1,15 vor). Bei einer AFR 14,7:1 also sind die Verbrennungsgeschwindigkeiten am konstantesten und vorhersehbarsten. Das dabei entstehende Abgas hat den niedrigsten Gehalt an Schadstoffen namens CO (Kohlenmonoxid) und HC (HydroCarbons = Kohlenwasserstoffe), ohne dass NOx (Stickoxide) allzu hoch wären. Macht man das Gemisch magerer, steigen die NOx, macht man es fetter, dann steigen die anderen beiden Schadstoffe. Wenn das Gemisch jetzt 14,7:1 ist bedeutet es hingegen keineswegs, dass der Motor nun am besten läuft oder am sparsamsten – sondern nur, dass die Abgase am saubersten sind.


Fettes Gemisch

Im anderen Fall soll der Motor besonders viel Leistung bringen. Klar, dass man dazu mehr Kraftstoff braucht. Das Gemisch wird also fetter. Man bewegt es in Regionen von 12,5:1 bis 13,0:1. Maximale Leistung erzeugt unser Zylinder in unser modellhaften Betrachtung nun, wenn jedes Sauerstoffmolekül zur Verbrennung genutzt wird (noch mal: ein mageres Gemisch hat per Definition einen Sauerstoffüberschuß, ein fettes eine Sauerstoffschuld). Mann kann sich vorstellen, dass jetzt auch ordentlich Wärmemenge anfällt, viel mehr als bei sehr mageren Gemischen; gerade so als wenn man viel Holz in den Kamin geschoben hat. Offenbar ist bei den eben genannten Gemischen die Verbrennung im realen Leben nicht optimal. Wir haben eigentlich etwas zu viel Benzin eingebracht und nicht jedes Molekül ist eine gute Verbindung mit Sauerstoff eingegangen, daher finden sich eben auch jetzt viele Kohlenwasserstoffe und CO im Abgas – das CO könnte selbst als Brenngas taugen (wie z.B. im Holzvergaser) und ist im Auspuff quasi verschwendet, sehr wirtschaftlich ist der Betrieb nun also nicht. Ich schätze, dass diese „konfusen“ und nicht durchgehend optimalen chemischen Reaktionen und Energieverluste bei derart fetten Gemischen dazu führen, dass die Abgastemperaturen gar nicht mal die höchste Temperatur erreicht. Das wäre etwa bei einem Gemisch von 14,1:1 der Fall – und nicht etwa bei magereren. Die Überlegung, das Gemisch nun bei Vollast nicht fetter zu machen als 14,1:1 ist aber keine gute. Denken wir kurz an die im Motor verwendeten Materialen, allen voran dem Aluminium des Kolbens. Viel Hitze kann dazu führen, dass etwas verbrennt oder schmilzt – auch bei Aluminium. Für eine Verbrennung braucht es aber Sauerstoff. Ist das Gemisch nun etwas fetter, als absolut nötig (also eben bei 12,5-13,0:1) dann ist garantiert kein Sauerstoff mehr nach der Gemischdurchbrennung übrig. Es verbleibt kein Sauerstoff, der mit dem Aluminium des Kolbens verbrennen könnte (ansonsten brennt buchstäblich ein Loch in den Kolben). Wenn, dann müsste der Kolben jetzt schon schmelzen und das fällt ihm schwerer. Noch eine Kleinigkeit – auch Benzin erzeugt Kälte beim Verdunsten. Das merkt der Zylinder und Kolben beim 2.Motortakt. Ein fetteres Gemisch leistet daher mehr „Innenkühlung“ als ein mageres. Auf das sehr fette Gemisch von 12,5-13,0:1 muß man bei Vollast also bestehen, damit der Motor intakt bleibt. Das geschieht auch bei Katalysatorautos – unter Vollgas (Beschleunigung bzw. Hochgeschwindigkeit) ist es mit dem sauberen Abgas vorbei. Ein recht fettes Gemisch durchbrennt auch sehr schnell (im Zylinder findet eine Verbrennung und nicht eine Explosion statt), daher kann der Zündzeitpunkt relativ spät liegen – also eher nicht so viel an Vorzündung ist vonnöten. Man hat den Zeitpunkt optimal gelegt, wenn der mit der Verbrennung ansteigende Druck im Brennraum das Maximum erreicht hat sobald der Kolben bei 17° nach OT steht. Dann wird der Kolben optimal beschleunigt.


Mageres Gemisch

Im letzten Fall soll der Motor besonders sparsam sein und der Leistungsanspruch steht im Hintergrund. Hier taugt ein mageres Gemisch. Mager ist es, wenn man sich zwischen 14,8:1 bis 16,5:1 bewegt. Ein noch magereres Gemisch ist denkbar, jedoch sind die Benzinmoleküle dann so spärlich vorhanden, dass eine zuverlässige und berechenbare Durchbrennung nicht gewährleistet ist. Es kommt zu Fehlzündungen. Für den Fahrer fühlen sie sich so an, als würde ein dickes Gummiband das Fahrzeugheck immer kurz loslassen und wieder festhalten. Für das Abgas sind diese Fehlzündungen extrem schlecht, weil nun Unmengen an unvollständig verbranntem Benzin ausgestossen werden. Aber selbst wenn keine Fehlzündungen stattfinden, verschlechtert sich das Abgas: der NOx Anteil steigt massiv, während (durch Mangel an Benzin und Überschuß an Sauerstoff das CO und KH äußerst niedrig sind). Warum steigt das NOx so an – nun, Stickoxide entstehen, wenn ausreichend ! viel Wärme und der Anteil an Stickoxid der Atmosphärenluft zusammentreffen. Das Stickoxid reagiert träger, und wenn genug Benzin da ist (fettes Gemisch) zieht es den Kürzeren. Bei magerem Gemisch kann man es bildlich als „Brennstoff aus Verlegenheit“ betrachten. Ein mageres Gemisch verbrennt nun auch viel langsamer. Im Bereich eines Gemisches von 16,5:1 ist die Flammenfront nur etwa halb so schnell wie bei einem Gemisch von 11,1:1 um bei noch fetteren Gemischen wieder langsamer zu werden (wobei es völlig unnsinnig wäre, wegen dieses Umstandes zu irgendeiner Betriebsbedingung fetter als 12,5:1 zu gehen). Jedenfalls muß man bei mageren Gemischen mehr Vorzündung anbieten, um keine Leistung zu verschenken. Die Kraft, die ein Motor bei mageren Gemischen aufbringt würde im Grunde für die meisten Alltagssituationen ausreichen. Für´s „Cruisen“ und auch leichte Steigungen allemal. Daß die abgasgeregelten Motoren trotzdem mindestens ein Gemisch von 14,7:1 haben ist also dem Gesetzgeber geschuldet und nicht dem Motorbedarf. Ich glaube, dass Allgemeinwissen durcheinander gebracht wird, wenn man sehr hohe Stickoxide mit maximal hohen Brennraumtemperaturen durcheinanderbringt. Klar, auch ein mageres Gemisch erzeugt Hitze. Aber in Analogie zum dem Beispiel des Kamins nun mal mit einem brennenden Holzscheit viel weniger, als wenn man mehrere Holzscheite auflegt. Die Saugrohrdrücke beim "Cruisen" sind deutlich geringer, als bei Vollgas. Nicht überraschend, weil man dabei das Gaspedal ja nicht übermäßig weit durchdrückt. In absoluten Zahlen beträgt der Saugrohrdruck so um 50-75kPa verglichen zu 100kPa Atmosphärendruck (Meeresspiegel). Dies sind Bereiche die nach oben gesagtem also mit stöchiometrischem Gemisch (14,7:1) geregelt werden. Auch sind es die Bereiche, in denen ich vermuten würde daß dort die Fahrtzyklen stattfinden bei denen Verbrauchsmessungen stattfinden (Stadtverkehr (explizit ohne Vollgas), 90km/h oder 120km/h). Das wird in der "Folgerung" später nochmal aufgegriffen. Noch eine Kleinigkeit: ein mageres Gemisch benötigt, wie gesagt, mehr Zeit für das Durchbrennen. Trägt man diesem Umstand durch einen vorverlegten Zündzeitpunkt keine Rechnung, dann kann es sein daß die Verbrennung noch läuft, während schon das Auslaßventil aufgemacht wird. Ist an dieser Stelle nun eine Abgastemperaturmeßsonde, dann wird die in diesem Moment höchstwahrscheinlich ein Ansteigen der Temperatur vermelden. Also: gemessen wird da die Abgastemperatur und nicht etwa die Brennraumtemperatur. Hätte die Verbrennung hier früher begonnen, dann wäre ein Teil der Wärme schon an die Brennraumwände und das Kühlsystem abgegeben worden.




Folgerungen

Wenn man das alles bedenkt, dann bleibt kein Platz für einen Zusammenhang von mageren Gemischen und übermäßiger Hitze und das Problem der Risse im Motorblock. Zwar steht auch im Buch von DesHammil, daß Lucas das Gemisch für "Cruise"-Fahrbedingungen auf 14,35 statt auf 14,7:1 regelte weil a) Stickoxide dadurch weniger würden und b) die Motoren auf 14,7:1 tendenziell heiß laufen würden (daher 14,35:1 als fetteres, "kälteres" Gemisch). Ich frage mich, wie eine Lucas-Anlage mit den für die 4CU-/14CU-CUX üblichen Sprungsonden es technisch ermöglichen sollte, auf irgendetwas anderes als 14,7:1 zu regeln. Also, Wiederholung macht etwas Falsches auch nicht richtiger.

Selbst wenn die Gemische von Rover in den Bereichen abgemagert wären, die für Verbrauchsmesszyklen wichtig sind, dann entstehen hier viel geringere Temperaturen, als bei Vollast. Darüber hinaus ist das Abmagern in diesen Bereichen gar nicht zulässig, weil die Autos nun mal ab Mitte-/Ende der 80er Jahre mit Katalysator und Lambdaregelung ausgetattet sind. Die damals eingesetzen Lambdasonden (Sprungsonden, im englischen etwas missverständlich als „Narrowband sond“ bezeichnet) können dem vom Steuergerät auch nur sinnvoll eingesetzt werden, um auf ein Gemisch von 14,7:1 einzuregeln. Ein englischer User hat das an seinem RangeClassic auch mal überprüft. Die Behauptung des Abmagerns ist Unsinn.

Rover hat anscheinend die Materialdicken des Aluminiums hinter den Laufbuchsen als entscheidend gehalten. Nachzulesen im Buch von DesHammill („How To Power Tune The Rover V8). Mit dem 4.0 und 4.6Liter V8 (bei Einführung des RangeRover P38) wurde nach kurzer Zeit die Schichtdicke gemessen. Nochmal – in dem Aluminiumsteg zwischen den Zylindern läuft noch ein Kühlwasserkanal hindurch. Die Produktion, genauer das Gussverfahren des Motorblockes war nicht so präzise, dass der Kühlkanal immer genau in der Mitte saß gleichdick war. Es kam also zu Unregelmäßigkeiten und mal war der Aluminiumsteg hinter der Laufbuchse dicker, mal dünner. Daß ein dünnerer Steg eher zum Reißen neigt, wenn die Belastungen entsprechend gegeben sind, ist gut denkbar. Rover hat also die Aluminiumdicken gemessen und die Blöcke eingeteilt. Es gab solche, die gleich Ausschuß waren (Wanddicke unter 2,1mm) und dann solche mit guten, gleichmäßigen Werten die zum 4.6er wurden (Wanddicke mind. 2,5-3,0mm) und dann solche die noch in Toleranzen lagen und 4.0er wurden (Wanddicke 2,2-2,5mm). Nach 1997 sollen die 4,6er mindestens 2,8mm gehabt haben. Daß an den 4.6er höhere Ansprüche gestellt wurden, würde ich so werten, dass man dabei an die größeren thermischen Belastungen dachte die entstehen, wenn 0,6 Liter mehr Hubraum nun mal auch mehr Brennstoff durchschleusen. Ich meine, man kann ruhig allgemein von „cracked block“ sprechen. Das „porous block“ ist wohl in die Diskussion gekommen weil man meinte, dass im Gussverfahren des Motorblockes Lunker oder Lufteinschlüsse oder irgendsowas entstanden sind die dann zum Durchlaß von Kühlwasser führten. Bisher habe ich nirgendwo etwas Nachvollziehbares gelesen oder gehört, dass das stützen konnte. Es ist wohl mehr in´s „Blaue hinein“ überlegt worden und hält sich hartnäckig, wohl aufgrund der bildlichen Vorstellbarkeit. Normalerweise sind Risse im Block bei Autos ja selten und wenn, dann habe ich es i.w. im Zusammenhang von klopfender Verbrennung gelesen. Durch die Materialwahl beim RoverV8 und angesprochene Unregelmäßigkeiten ist wohl einfach eine Schwäche gegeben. Soweit ich weiß, wurde das Gussverfahren des prinzipiell seit Ende der 60iger gefertigten Blockes eine Weile nach Auslaufen der RangeRover P38verbessert. Zu diesem Zeitpunkt hatte Rover diesen V8 schon nicht mehr im Programm und die Fertigung abgestoßen. Die Blöcke ab dieser Zeit heißen „coscast“. Coscast ist wohl ein Gussverfahren, bei dem Mahle seine Finger im Spiel hat. Eine absolute Garantie gegen Risse gibt es dadurch aber nicht, jedenfalls kann man im Internet von solchen Motoren lesen, die trotzdem einen Defekt/Riß bekommen. Es könnte sein, dass die Risse bevorzugt in dem Bereich der Zylinderkopfschrauben vorkommen. Sowieso ist es einen kurzen Gedanke wert, ob man nicht besser Stehbolzen (von ARP) nimmt. Dafür spricht, dass sie das Aluminiumgewinde im Block schonen – denn beim Anziehen der Mutter wird das Gewinde nur auf Spannung und nicht auch noch auf Scherung wie bei sich drehender Schraube belastet (weil sich der Stehbolzen dabei nicht selbst drehen muss). Und sie ermöglichen eine stärkere Klemmkraft, so dass sie bei aufgeladenen Motoren (wer macht so was schon ..) empfohlen werden. Dagegen spricht, dass Stehbolzen mehr kosten, man sie nachspannen muss, sie für einen normalen Motor überhaupt nicht essentiell nötig sind und sie nach langer Laufleistung womöglich die Demontage des Kopfes erschweren wenn Korrosion auftrat.

Es ist wert anzusprechen, aber in der Bedeutung nicht klar oder diskutiert, daß die Kühlwassertemperaturen eine Rolle spielen könnten. Im Laufe der Zeit wurden die V8 immer heißer "gefahren". So gibt es für die V8 bis zu den 90ern Kühlwasserthermostaten mit 74°, 82° und 88°C. Die Motoren vor dem 3.9er V8 (und evtl. dessen allererste Versionen) hatten einen 82° Thermostat, aber ansonsten hatte der 3.9er den ansonsten 88°. Der P38 RangeRover musste noch heißer laufen. Der 74° Thermostat ist ein Originalteil, man bekommt es bei LandRover, aber es sieht nicht so aus, als hätten europäische Modelle ihn bekommen. Einspritzmodelle würden damit schon gar nicht harmonieren, weil der Motor nie über die Temperatur käme ab der die ECU davon ausgeht, daß er warm wäre (bis dahin gibt sie Warmlaufanreicherungen). Es sieht eher nach Zufall aus, aber tendenziell kommen die Blockrisse mehr bei den späteren Modellen vor (die eben, vermutlich aus Abgasgründen, heißer laufen). Man könnte daher der Idee verfallen, einen 82°C Thermostat zu nehmen, wo vorher 88°C waren. Wer es seitens der Motorsteuerung möglich hat, kann auch 74°C fahren - weniger ist für straßengenutzte Wagen einfach nicht sinnvoll. Die niedrigere Öffnungstemperatur der 82° oder gar 74°C Thermostate führt, logisch genug, zu niedrigeren Blocktemperaturen. Das minimiert den Streß, der im Block durch unterschiedliche Metallexpansion von Stahl und Aluminium entsteht (diese Metallkombinationen hat man ja im Bereich der Laufbuchsen und, anders als bei den allermeisten anderen Motoren, auch bei den unteren Kurbellagerböcken). Vielleicht hat man damit etwas in der Hand, der Haltbarkeit des Blockes zuzutragen. Das hat aber Hypothesenstatus. Nachteile gibt es auch, natürlich, in der Form daß es zu höherer Belastung des Motoröls durch Benzineinwaschungen kommt, weil Benzin schlechter verdunstet (was bei Einspritungen weniger bedeutend wird) und gleichzeitig ist das Motoröl kühler und kann Wasserkondensate nicht mehr so gut durch verdampfen "entsorgen". In anderen Worten könnte dadurch der Verschleiß erhöht werden - was wiederum durch die Motorölqualität und Wechselintervalle zu teilkompensieren wäre. Auf der anderen Seite ist ein kühlerer Block der Leistungsentwicklung zuträglich, hat mehr Reserven für Belastungen. Dabei kann man den Benzineinwaschungen in das Motoröl etwas vorbeugen, indem man die Gemische eben nicht unnötig fett führt (speziell im Warmlaufbereich).

Warum ist so ein Riß im Motorblock überhaupt ein Problem ? Ok, der Riss verbindet meist den Kühlwasserkanal mit der Rückfläche der Laufbuchse. Wasser kann somit hinter der Laufbuchse emporsteigen. Nach unten kriecht es erfahrungsgemäß nie, vielleicht weil der Kühlwasserkanal im oberen Bereich der Laufbuchse sitzt und die Laufbuchse unten dann doch noch stramm und dicht genug sitzt. Aber es kann nach oben steigen und schleicht sich an der Zylinderkopfdichtung vorbei in den Brennraum (die Dichtung dichtet ja erst „hinter“ der originalen Laufbuchse). Ich schätze, das passiert dann, wenn man den Motor abstellt. Wenn er nämlich läuft dann sind ja relativ hohe Drücke im Brennraum, die drücken jetzt erstmal Abgase auf demselben Weg Gase in das Kühlsystem. Steht der Motor aber, dann hält das (normalerweise in sich geschlossene) Kühlsystem durch das noch heiße Wasser seinen leichten Überdruck und der reicht jetzt, um Wasser in den Brennraum zu drücken. Kühlwasserverbrauch ist daher auch ein ganz typisches Symptom eines Blockrisses. Zusätzlich zu den auch genannten Symptomen, die man sonst mehr bei Zylinderkopfdichtungsschäden erlebt. Die beschriebenen Probleme treten fast immer schleichend auf und ganz oft kann man unter Nachkippen von Kühlwasser noch eine ganze Zeit fahren. Ohne dass das empfehlenswert wäre.

Eine, wenn nicht gar die einzige Lösung bzw. Reparaturmöglichkeit bei einem Riss im Block besteht in Flanschbuchsen („T-liner“, „Top Hat Liner“). Diese ersetzen die originalen Laufbuchsen von Rover. Sie haben an der oberen Kante einen kleinen Kragen, eben einen schmalen Flansch. Dieser Flansch bietet zwei Vorteile. Erstens verhindert er, dass die Laufbuchse sich bewegt. Zweitens bietet er der Zylinderkopfdichtung eine Dichtfläche. Das Kühlwasser kann jetzt vielleicht immer noch hinter die Laufbuchse kriechen und auch ggf. auch noch an ihr empor. Aber spätestens beim Flansch oder bei der Kopfdichtung ist dann Schluß. Keine Chance, dass Wasser jetzt noch in den Brennraum kommt – mit anderen Worten: ob jetzt ein Riß da ist oder nicht stört nicht mehr. Ich hörte mich zu gegebener Zeit (etwa 2007) im Internet und Foren ein wenig um. Damals war kein Fall bekannt, dass nach der Installation von Flanschbuchsen wieder eins der besprochenen Probleme auftrat. Die Firma RPI-V8 hatte mir ein Foto zugemailt, das einen Motor mit Flanschbuchsen zeigte, bei dem der Flansch abgebrochen war. Ich schätze das ist nur möglich, wenn die Flanschbuchse geschwächt worden ist weil man sie zur Hubraumserweiterung noch etwas ausgebohrt hatte – danach sah es auf dem Foto auf. Bestätigen oder dementieren wollte man mir das wohl nicht, eine Antwort erhielt ich nie. Das Foto liegt mir vor, aus Copyrightgründen kann ich es wohl nicht klammheimlich hier hineinstellen. Wenn man aber das Bild oben in diesem Artikel hernimmt, dann berühren sich die Flansche benachbarter Zylinder nicht. Das aber genau war bei dem RPI-Beispiel der Fall - mithin wurden schonmal ganz andere Flanschbuchsen verwendet, als benutzt werden, um seriengetreue Zylinderbohrungen wiederherzustellen. Bis dato gelten Flanschbuchsen als endgültige und zuverlässige Lösung.

Schema-mit-flanschbuchse.PNG Dasselbe Schema eines Querschnittes durch den Motorblock. Diesmal mit eingebauten Flanschbuchsen.