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Motortuning
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Der Begriff Motortuning beschreibt leistungssteigernde Maßnahmen an Verbrennungsmotoren. Die Leistung wird gemessen in PS oder kW. Der englische Begriff Tuning bedeutet eigentlich (Fein-)Abstimmung.
Inhaltsverzeichnis |
Geschichte
In den 1970er Jahren war das Tunen von Motoren fast als Volkssport zu bezeichnen, viele Arbeiten wurden zu Hause in Eigenregie durchgeführt. Im Laufe der Zeit entdeckten jedoch Firmen und namhafte Autohersteller dieses lukrative Geschäft. So hat z. B. Mercedes von den drei größten, konkurrierenden Autotunern von Mercedesmodellen AMG, Brabus und Lorinser die Firma AMG aufgekauft. Diese stellt heute getunte Fahrzeuge von Mercedes her.
Verfahren
Durch Eingriffe zumeist an Bauteilen, die den Gaswechsel steuern, wird die Leistung des Motors gesteigert und damit auch das Beschleunigungsvermögen des Wagens bzw. Motorrades. In erster Linie handelt es sich um strömungsgünstiges Bearbeiten des Ansaug- und Abgastraktes, um dem mit hoher Geschwindigkeit strömenden Gas weniger Widerstand entgegen zu setzen.
Dies wird durch die Bearbeitung des Zylinders, des Zylinderkopfes (bei 4-Takt-Motoren), Veränderung der Auspuffanlage und des Ansaugtraktes erreicht.
Moderate Tuningmaßnahmen sind kleinere Maßnahmen, die der Serienstreuung von Motoren entgegenwirken. Dazu zählt z.B. Entgraten, Begradigen oder Glätten/Polieren von Bauteilen, eine Vergaserfeinabstimmung, sowie der Veränderung des Zündwinkels auf dem Prüfstand.
Größere Eingriffe sind das Vergrößern des Hubraums (Aufbohren), ebenso wie der Einsatz von geänderten Nockenwellen, die aufgrund längerer Steuerzeiten (Mehr Ventilhub) den Gaswechsel – vorwiegend bei höheren Drehzahlen – intensivieren. Dazu zählen auch größere Ventile. Weitere Maßnahmen im Ansaugtrakt sind Veränderungen an Airbox/Luftfilter/Ansaugtrichtern/Ansaugstutzen.
In letzter Zeit ist mit der immer weiter zunehmenden elektronischen Steuerung im Kraftfahrzeugbau das Chiptuning, OBD-Tuning und Modultuning populär geworden. Hier wird eine Mehrleistung allein durch Änderungen im Kennfeld der Einspritzcomputer hervorgerufen. Besonders bei den Turbodiesel-Fahrzeugen erfreut sich diese Art des Motortunings großer Beliebtheit, da sich Mehrleistungen von ca. 30 % realisieren lassen. Die 2 Arten der Optimierung unterscheiden sich aber in wesentlichen Punkten:
1) Beim Chiptuning werden fast immer an originalen Bauteilen Veränderungen vorgenommen. Zum einen können dabei ganze Steuer- und Speicherbausteine ausgetauscht werden oder die bestehenden werden mit neuen Datensätzen überschrieben. Dies ist möglich, da herstellerseitig immer eine gewisse Sicherheitsreserve gewahrt wird, die Chiptuning weiter ausreizt, bzw. diese manchmal nur geringe Sicherheitsreserve überschritten wird und der Motor damit außerhalb der zulässigen Grenzen betrieben wird (erhöhter Verschleiß, Bauteilschäden, erhöhte Emissionen etc.). Einfache Tuningsmaßnahmen wie Ladedruck- oder Raildruckanhebung erreichen zwar nennenswerte Leistungssteigerungen, jedoch unter Inkaufnahme deutlicher Bauteilüberlastung.
2) Das OBD-Tuning ist ähnlich dem Chiptuning. Dadurch hat man die nötigen Zugriffe auf sämtliche Steuereinheiten des Fahrzeuges. Die alten Daten werden einfach aus einem Chip ausgelesen und veränderte Daten wieder ins Auto gespeichert.
3) Modultuning unterscheidet sich wesentlich von den beiden anderen Varianten: Kein Eingriff in bestehende Fahrzeugbauteile und völlig unabhängig von Softwareupdates der Hersteller. Hierbei handelt es sich um eine eigenständige, zusätzliche Elektronik, die je nach Motortyp zwischen Motorsteuergerät und Einspritzsystem gesteckt wird. Die Mehrleistung wird durch Optimierung des Einspritzzeitpunktes und Einspritzmenge erreicht, teilweise zusammen mit Raildruckerhöhung oder Anhebung des Ladedrucks.
Wichtig für eine optimale Verbrennung ist auch die Zündanlage. Neben der Einstellung des Zündzeitpunktes zählt dazu die Verwendung leistungssteigernder elektronischer Zündboxen und Zündspulen oder Doppelzündung.
Veränderungen des Abgastraktes (Auspuff) dienen dazu, den Abgasdruck zu vermindern und die Abgase "ungestört" ins Freie entweichen zu lassen. Bauteile sind Krümmer und Schalldämpfer. Hierbei ist zu beachten, dass der Gaswechsel im Zylinderkopf einen gewissen Abgasdruck erfordert, d.h. Änderungen am Auspuff können sich auch leistungsmindernd auswirken.
Eine aufwendige Leistungssteigerung eines Saugmotors ist der Umbau zu einem Aufgeladenen Motor. Mittels Lader (z.B. Turbolader) erfolgt dabei eine Beschleunigung der Ladeluft.
Für eine maximale Leistungssteigerung bei einem Motor müssen alle in ihm vorhandenen Komponenten aufeinander abgestimmt werden. Zum Beispiel: Mehr Luft benötigt mehr Kraftstoff = angepasste Einspritzventile, höherer Benzindruck, höhere Kraftstoffördermenge, wie auch Anpassung des Motormanagements (Steuergerät, Zündkennfelder, Einspritzzeiten), ferner der Einsatz geeigneter Zündkerzen (temperaturbedingt). Auch mechanische Bauteile sowie Dichtungen, unterliegen bei höheren Verbrennungsdrücken einer gesteigerten Belastung. Das zieht sich weiter über die Kupplung und das Getriebe, zu den Antriebswellen, bis zu den Rädern und der Steifigkeit der Karosserie und/oder des Chassis. In einem solchen Fall ist ein Komplettumbau des Fahrzeugs erforderlich.
Zu beachten ist, dass leistungssteigernde Maßnahmen i. d. R. negativen Einfluss auf die Lebensdauer haben, weil höhere Kräfte den Verschleiß an bewegten Teilen wie z.B. Lager oder Pleuel erhöhen. Deshalb sollte man seine Tuningmaßnahmen entweder mit Vorsicht vornehmen oder von vorneherein verstärkte Lager, Pleuel usw. verbauen.
Dem erhöhten Verschleiß bei leistungsgesteigerten Motoren wird häufig auch durch Maßnahmen zur Verbesserung der Motorkinematik entgegen gewirkt. Bedingt durch die Erfordenisse zur Kostenoptimierung in der Großserienfertigung von Motoren haben diese teilweise noch recht hohe Toleranzen (so treten z.B. auch bei modernen Serienmotoren Gewichtsunterschiede zwischen Pleueln oder Kolben von mehreren Gramm auf). Durch Angleichen der Gewichtsunterschiede sowie Feinwuchten des gesamten Kurbeltriebs inklusive Schwungmasse lassen sich erhebliche Verbesserungen in der Laufruhe des Motors erreichen, die wiederum sowohl den Verschleiß als auch Leistungsverluste mindern, die durch ungleichmäßige Lagerdrücke und Biegebelastungen des Kurbeltriebs verursacht werden.
Prinzipien
Höherer Füllungsgrad
Bei einem höheren Füllungsgrad gelangt mehr Luft-Kraftstoff-Gemisch in den Brennraum eines Motors. So vergrößert sich die Expansion im Arbeitstakt, was wiederum zu einem höheren Mittleren Verbrennungsdruck führt. Dieser Druck p wirkt auf die Kolbenoberfläche A, welche nun mit einer erhöhten Kraft F über den Pleuel die Kurbelwelle antreibt. Die Kurbelwelle fungiert als Hebel s und wandelt die lineare Bewegung in eine Drehbewegung um. Mit der erhöhten Kraft F, erhöht sich auch das Motordrehmoment M und somit die Motorleistung.
Der Füllungsgrad wird bei Saugmotoren durch Zylinderkopfbearbeitung, Optimierung des Ansaug- und Abgastraktes, geänderter/n Nockenwelle/n und (oder) durch ein Schaltsaugrohr verbessert.
Bei aufgeladenen Motoren gelingt dies mittels Ladedruckerhöhung (z.B. Dampfrad). Bei beiden Motorvarianten kann auch zusätzlich oder alternativ Lachgaseinspritzung eingesetzt werden, denn wenn das Luft-Kraftstoff-Gemisch bei niedrigerer Temperatur in den Brennraum gelangt, steigert dies ebenfalls den Füllungsgrad. Diese Tatsache wird auch durch den Einsatz eines Ladeluftkühlers, sowie der Wasser-Methanol-Einspritzung ausgenutzt.
Höhere Verdichtung
Hierbei wird der Brennraum durch Abschleifen der Dichtfläche des Zylinderkopfes oder Verwendung eines höheren Kolbens verkleinert und somit das Verdichtungsverhältnis erhöht. Diese Maßnahme ist jedoch nur für Saugmotoren zu empfehlen, da bei einem aufgeladenen Motor das Gemisch ohnehin vorverdichtet in den Brennraum gelangt.
Mehr Hubraum
Die Vergrößerung des Hubraums (Aufbohren) erfordert den Einsatz größerer Kolben mit größerer Kolbenoberfläche. Der durch die Verbrennung entstandene Druck p wirkt nun auf eine größere Kolbenoberfläche A, die so entstandene Kraft F, wirkt wiederum auf die Kurbelwelle s und das Motordrehmoment M erhöht sich dementsprechend. Theoretisch kann durch die Verlängerung des Kolbenhubs das Motordrehmoment ebenfalls gesteigert werden, denn dadurch würde eine Kurbelwelle mit größerem Kurbelhebel s zum Einsatz kommen. In der Praxis ist diese Maßnahme jedoch mit zu hohem Aufwand verbunden. Außerdem würde die Drehfreudigkeit des Motors darunter leiden.
Grundsätzlich wird bei all den obig genannten Prinzipien, welche auch die gängigsten Methoden des Motortunings widerspiegeln, eine Leistungssteigerung durch die Erhöhung des Motordrehmoments M erreicht.
Ein höherer Füllungsgrad und eine höhere Verdichtung führen zu mehr Verbrennungsdruck p und Hubraumvergrößerung zu mehr Kolbenoberfläche A, bzw. zu einem längeren Kurbelhebel s.
In der Formelsprache: 
.
Höhere Drehzahl
Bei Betrachtung der Leistungsformel kann durch Drehzahlerhöhung ebenfalls eine Leistungssteigerung erzielt werden. Erreicht wird das einerseits durch Erleichterung der oszillierenden Masse (Kolben und Pleuel), wobei deren Festigkeit erhalten bleiben muss, andererseits durch die Verminderung der motorinternen Reibung (Lager, Kolbenringe usw.), sowie dem zwangsläufigen Einsatz härterer Ventilfedern. Die maximale Drehzahl ist jedoch aufgrund der hohen thermischen Belastung und der Tatsache, dass bei einer gewissen Kolbengeschwindigkeit der Ölfilm reißt, begrenzt.
Weniger Reibung
Hier wird der Wirkungsgrad des Motors verbessert, denn Reibung bedeutet Energieverlust. Die Reibung der Motorbauteile kann durch bessere Motoröle und (oder) durch eine Beschichtung der Gleitflächen verringert und damit die Leistungsausbeute erhöht werden. Elektrische Lüfter für den Kühler und eine elektrische Wasserpumpe/Servopumpe reduzieren die Verlustleistung gegenüber ihren mechanisch angetriebenen Pendants ebenfalls.
Motorleistungsformel
oder 
- P = Leistung (Motorleistung) in kW
- M = Drehmoment (Motordrehmoment) in Nm
- n = Drehzahl (Motordrehzahl) in 1/min
- p = Druck (Mittlerer Verbrennungsdruck) in bar
- A = Oberfläche (Kolbenoberfläche) in dm2
- s = Weg (Kurbelhebel) in dm
- x = Arbeitsweise (2=Zweitakt bzw 4=Viertakt)
- z = Zylinderzahl
Für die Umrechnung in PS die Kilowatt mit 1.36 multiplizieren.
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