Hubraum- und Verdichtungsrechner

Hubraum = π/4 × Bohrung² × Hub × Zylinderzahl. Rechnen Sie in Zentimetern, um direkt cc zu erhalten, oder in Zoll für Kubikzoll. Beispiel: Ein Small-Block-V8 mit 4,00 in Bohrung und 3,48 in Hub ergibt 0,7854 × 4,00² × 3,48 × 8 = 349,8 ci, also 5733 cc oder 5,7 L (1 ci = 16,387 cc). Der Wert ist das gesamte Volumen, das die Kolben vom unteren zum oberen Totpunkt überstreichen, ohne den Brennraum.

Statisches Verdichtungsverhältnis = (Hubvolumen + Kompressionsvolumen) / Kompressionsvolumen, für einen Zylinder. Das Kompressionsvolumen ist alles über dem Kolben im oberen Totpunkt: das Brennraumvolumen im Kopf, plus eine Kolbenmulde (oder minus ein Kolbendom), plus das Volumen der verpressten Kopfdichtung (π/4 × Dichtungsbohrung² × Dicke), plus das Volumen des Kolbenstands, wenn der Kolben unter der Zylinderoberkante steht. Mit 499,6 cc Hubvolumen und 49,9 cc Kompressionsvolumen ist ε = 549,5 / 49,9 = 11,0 : 1. Eine dünnere Dichtung oder ein geplanter Kopf verkleinert das Kompressionsvolumen und erhöht die Verdichtung.

Die dynamische Verdichtung zählt nur den Teil des Hubs nach dem Schließen des Einlassventils, denn erst dann beginnt die eigentliche Verdichtung. Bestimmen Sie die Kolbenposition beim Einlassschluss (aus Hub, Pleuellänge und Schließwinkel in Grad nach dem unteren Totpunkt), berechnen Sie das Hubvolumen oberhalb dieses Punkts und setzen Sie es anstelle des vollen Hubs ein: ε_dyn = (Vc + π/4 × Bohrung² × x) / Vc. Eine Nockenwelle mit spätem Einlassschluss senkt die dynamische Verdichtung; deshalb erlaubt eine Nockenwelle mit langer Öffnungsdauer mehr statische Verdichtung ohne Klopfen.

Eine einzige statische Zahl gibt es nicht, weil Steuerzeiten, Brennraumform, Kopfwerkstoff und Kühlung mitspielen. Eine verbreitete Faustregel für Ottomotoren ohne Direkteinspritzung ist eine dynamische Verdichtung von etwa 7,5–8,5 : 1 mit Super, etwas mehr mit Aluminiumköpfen und schnell brennendem Brennraum. Mit milden Straßennockenwellen entspricht das meist etwa 9,5–10,5 : 1 statisch. Moderne Direkteinspritzer mit Klopfsensoren und feiner Zündsteuerung fahren 12–13 : 1 statisch oder mehr, weil der in den Zylinder eingespritzte Kraftstoff die Ladung kühlt.

Beim Wankelmotor wird der Hubraum pro Arbeitskammer angegeben: Vh = 3√3 × R × e × B, wobei R der erzeugende Radius des Läufers, e die Exzentrizität und B die Läuferbreite ist. Der Mazda 13B hat R = 105 mm, e = 15 mm und B = 80 mm, das ergibt etwa 654 cc pro Kammer, also 1308 cc bei zwei Läufern. Jeder Läufer macht pro Exzenterwellenumdrehung einen Arbeitstakt und leistet damit so viel wie ein doppelt so großer Viertakter; Rennreglements zählen einen 13B deshalb oft als 2,6 L.

Die mittlere Kolbengeschwindigkeit ist die durchschnittliche Geschwindigkeit des Kolbens über eine Umdrehung: cm = 2 × Hub × n / 60. Ein Hub von 86 mm bei 7800 U/min ergibt 22,4 m/s (4400 ft/min). Sie ist ein besseres Maß für mechanische Belastung und Verschleiß als die Drehzahl allein, weil die Massenkräfte auf Pleuel und Lager mit dem Quadrat der Kolbengeschwindigkeit steigen. Typische Straßenmotoren bleiben unter etwa 20 m/s, sportliche Motoren erreichen 20–25 m/s, und Formel-1-Motoren liefen über 25 m/s. Die maximale Kolbengeschwindigkeit ist etwa das 1,6-Fache der mittleren.