Eine Hubraumvergrößerung für mehr Leistung macht das Sinn?

Die Leistung eines Motors hängt von dem Hubraum ab, der zur Verfügung steht. Es gibt Möglichkeiten, um den Hubraum zu vergrößern. Allerdings ist es auch so, dass die Hubraumvergrößerung im eigentlichen Sinne keine Tuning-Maßnahme darstellt, obwohl eine höhere Leistung erzielt wird. Tuning ist es normalerweise dann, wenn bei vorhandenem Hubraum eine Leistungssteigerung mit diversen Maßnahmen erzielt wird.

Je größer der Hubraum – umso höhere die Leistung

Der Hubraum ist einer der wichtigsten leistungsbestimmenden Faktoren. Hierfür muss man keine mathematischen Rechnungen aufstellen. In einem größeren Zylinder kann im Endeffekt mehr Gemisch verbrannt werden. Das bedeutet, dass der Durchsatz pro Arbeitszyklus größer ausfällt und somit auch der Leistungsumsatz erhöht wird. Bei Motorenbauern gibt es die alte Grundregel: „Hubraum ist durch nichts zu ersetzen“. Aus diesem Grund ist die Hubraumvergrößerung eine der beliebtesten Methoden, aus einem vorhandenen Motor mehr Leistung herauszuholen. Vor allem sind derartige Maßnahmen spürbar. Mit der Hubraumvergrößerung wird nicht nur das Hubraumvolumen vergrößert, sondern auch das Drehmoment (über den gesamten Drehzahlbereich), was sich letztendlich positiv auswirkt. Diese Drehmomentsteigerung, die erzielt wird, ist für den Fahrbetrieb sehr nützlich und wirkt sich sehr viel besser aus, als einige PS im oberen Drehzahlbereich.

Einige Leute denken, dass bei der Hubraumvergrößerung sowohl Leistung als auch Drehmoment gleichermaßen linear ansteigen. Doch meistens ist es nicht der Fall, dass beispielsweise 10 Prozent mehr Hubraum auch 10 Prozent mehr Leistung bringen. Im unteren Drehmoment-Bereich mag das zwar noch der Fall sein, dass Drehmoment und Leistung linear ansteigen. Doch bei höheren Drehzahlen kommt es zu dem Effekt, dass die Leistung abfällt. Gründen sind beispielsweise höhere Reibungsverluste, höhere Pumpverluste und Drosselverluste.

In der Theorie ist es so, dass bei zunehmender Zylindergröße die Literleistung abnimmt. Aus diesem Grund sollte nicht nur eine Hubraumvergrößerung, sondern gleichzeitig Maßnahmen zur Erzielung eines gleichwertigen Drehzahlniveaus und zur Füllungsverbesserung erfolgen. Um Anhaltswerte zur Leistungsgewinnung zu erhalten, kann man sich auf folgende Formel stützen:

Literleistung des vorhandenen Motors x zusätzlich gewonnen Hubraum x 0,8 = Leistungsgewinn

Wichtig ist hierbei, dass die Literleistung in PS/Liter eingesetzt wird. Der zusätzliche Hubraum ist in Liter, also 1000 cm³ ergibt 1 Liter, anzugeben. 0,8 ist ein Faktor, der von Motor zu Motor etwas schwanken kann. Doch so erhält man einen Circa-Wert und kann sich ungefähr ausrechnen, welche Leistungsgewinnung ungefähr erzielt wird.

Größeren Hubraum durch Erweiterung der Zylinderbohrung

Eine Möglichkeit ist es, den Hubraum durch die Erweiterung der Zylinderbohrung zu vergrößern. Dieser Vorgang wird Aufbohren genannt. Das Aufbohren ist allerdings nicht bei allen Motoren möglich. Leichtmetallgehäuse, in denen die Kolben auf der Alu/Silizium-Legierung laufen, fallen hierbei heraus. In einigen Leichtmetallgehäusen sind Grauguss-Laufbüchsen eingeschrumpft. In einem solchen Fall kann unter Umständen (bei entsprechenden Wandstärken der Büchsen) 0zumindest eine geringe Erweiterung stattfinden. Allerdings muss damit gerechnet werden, dass sich die Büchsen lockern. Bei Grauguss-Blöcken stellt es normalerweise kein Problem dar, wobei man auch hier auf die Wandstärke achten muss. Erfahrungsgemäß ist aber genügend Material vorhanden, sodass ein Aufbohren erfolgen kann. Die Restwandstärke der Zylinder sollte fünf Millimeter nicht unterschreiten. Sechs Millimeter sind empfehlenswerter. Auch der verbleibende Steg zwischen den einzelnen Zylindern muss beachtet werden. Zusätzlich erschweren Dichtungsprobleme das ganze Prozedere. Denn die Dichtungsprobleme setzen ebenfalls Grenzen. Möchte man auf Nummer Sicher gehen und keine Experimente wagen, so kann man auch auf größere Zylinder und Kolben zurückgreifen, die die Tuningbranche im Angebot hat.

Damit der vergrößerte Hubraum Wirkung zeigt, müssen natürlich entsprechende Kolben für die vergrößerten Bohrungen zum Einsatz kommen. Es gibt Kolbenfirmen wie KS und Mahle, bei denen Sonderanfertigungen bestellt werden können. Doch auch in der Tuningbranche gibt es größere Kolben zu bestellen. Eine weitere Alternative ist die, auf die werksseitigen Übermaßkolben für den Überholungsfall zurückzugreifen. Diese Spezialkolben sind vom Durchmesser her zwischen 0,5 und 1,5 mm größere als die Normalen. Der gewonnene Hubraum ist in dem Fall allerdings eher lächerlich. Mit einer 1 mm größeren Bohrung und einem vergrößerten Kolben werden aus einem Zweiliter-Vierzylindermotor gerade einmal rund 45 cm³ herausgeholt. Der Austausch der normalen Kolben gegen die Übermaßkolben ist allerdings nur im Überholungsfall sinnvoll. Ansonsten ist der Zeitaufwand für das bisschen mehr Hubraum zu groß. Wer die Übermaßkolben einsetzt, der sollte allerdings auch wissen, dass eine Überholung des Motorblocks nicht mehr mit Werksersatzteilen möglich ist.

Mehr Hub durch geänderte Kurbelwelle

Mehr Hubraum kann man allerdings auch schaffen, indem man eine andere oder eine geänderte Kurbelwelle einbaut. Das ist die zweite Variante der Hubraumvergrößerung. Durch diese Maßnahme wird der Kolbenhub erhöht. Privatbastler könnten bei dieser Art der Hubraumvergrößerung schnell an die Grenzen stoßen. Das Aufbohren ist doch die einfachere und unproblematischere Variante. Geänderte Kurbelwellen, um mehr Kolbenhub zu erzielen, werden nicht nur von Motortunern genutzt. Auch die Industrie nutzt diese Variante. Oft werden Aufbohren und längerer Hub miteinander kombiniert, um den höchstmöglichen Hubraum zu gewinnen. Ein Beispiel ist der VW Käfer mit dem 1,2 Liter Motor. Mit einem 5 mm vergrößerten Hub wurde ein 1,3 Liter Motor daraus. In Kombination mit einer größeren Bohrung entstand sogar ein 1,6 Liter Motor. Doch nicht nur VW, sondern auch BMW und andere Marken machen sich die verlängerten Kurbelwellen zunutze.

Bei der Hubraumvergrößerung durch einen verlängerten Kolbenhub gibt es jedoch auch Nachteile. Die mittlere Kolbengeschwindigkeit wächst bei gleicher Drehzahl mit dem Hub linear an. Das Ergebnis ist ein höherer Verschleiß. Außerdem gibt es Reibungskräfte und Massenkräfte. Ebenfalls kann ein raues Laufen des Motors entstehen. Aus diesem Grund nutzen einige Autohersteller lieber nur das Aufbohren oder eine Kombination aus Hubvergrößerung und Bohrungsvergrößerung. Bei Kurzhubmotoren steht der Maßnahme jedoch nichts entgegen, wenn keine kritischen Kolbengeschwindigkeiten erreicht werden.

Privatbastler haben allerdings andere Probleme. Denn um diese Maßnahme durchführen zu können, muss zunächst eine geänderte Kurbelwelle beschafft werden, was sich als große Herausforderung darstellen kann. Bei der Hubraumverlängerung ragen die Kolben über die Laufbahn der Zylinder hinaus. Das muss natürlich auch behoben werden. Mit geänderten Kolben oder mit dem verkürzten Spezialpleuel kann hier Abhilfe geschaffen werden. Spezialpleuel sind jedoch hinsichtlich der Reibungsverluste ungünstig.

Möglich ist es auch, Distanzringe bei Einzelzylindern einzulegen. Gibt es für einen Motortyp keine Spezialkurbelwelle, so kann man dennoch etwas mehr Hub erhalten, indem ein entsprechender Kurbelwellenrohling geschliffen wird. Der Hubzapfen muss exzentrisch geschliffen werden. Zu beachten ist hierbei, dass man nur auf das höchstzulässige Abmaß des Lagerzapfens herunterschleifen darf. Es sollte eine Exzentrizität von 1 bis 2 mm zum serienmäßigen Pleuel entstehen. Eine bestimmte Exzentrizität des Zapfens ergibt übrigens einen doppelten Wert als zusätzlichen Hub. Wurde der Zapfen 2 mm exzentrisch geschliffen, so ergibt das einen Mehrhub von 4 mm.

Beim Einbau der Spezialkurbelwelle beachten

Einfach so, eine Spezialkurbelwelle einbauen, sollte man nicht. Zunächst sollte geprüft werden, ob überhaupt im Kurbelgehäuse genügend Platz für den vergrößerten Kurbelradius ist. Die Kurbelwelle muss sich problemlos im Kurbelgehäuse drehen können. Schlimmstenfalls muss das Kurbelgehäuse nachgearbeitet werden, sodass sich die Kurbelwelle ordentlich drehen kann. Möglich ist es auch, dass die längeren Hubzapfen in den Ölsumpf tauchen. Ein minimales Absenken des Ölniveaus oder eine tiefere Ölwanne kann in einem solchen Fall hilfreich sein. Zu große Kolbengeschwindigkeiten sollten für Privatbastler eher kein Problem darstellen. Man sollte darauf achten, nicht mehr als 10 Prozent Hub zum ursprünglichen Hub zu schaffen. Bei sehr kurzhubigen Motoren kann es auch einmal darüber hinweggehen.

Mit einem größeren Hub entstehen nicht nur höhere Kolbengeschwindigkeiten, sondern auch an der Zylinderwand erhöhte Lateralkräfte. Diese Lateralkräfte entstehen durch die größere Auslenkung des Pleuels. Im Kurbelgehäuse muss eventuell der dafür nötige Freigang erzeugt werden. Um eine erhöhte Reibung und den rauen Lauf des Motors entgegenzuwirken, sollte auf leichtere Kolben und Pleuel zugegriffen werden. Die Lateralkräfte des Kolbens werden übrigens durch verlängerte Pleuels verringert.

Aufbohren oder Spezialkurbelwelle?

Letztendlich ist es so, dass das Aufbohren die einfachere und schnellere Variante ist, mehr Hubraum zu erzeugen. Bei dem längeren Hub ist der Aufwand recht hoch. Zusätzlich können gewisse Schwierigkeiten hinzukommen. Doch die Maßnahme mit dem verlängerten Hub sollte nicht ausgeschlossen werden. Oft gibt es in der Tuningszene recht preiswerte Spezialkurbelwellen. Eine Kombination aus beiden Varianten bietet gute Ergebnisse.

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