Kühlung

EVO4:

Die Kanonenkugel, der Motor einer Yamaha FZ750(1FN), ist wassergekühlt. Und so sollte es auch im Kart sein. Einen Motor von Wasserkühlung auf Luftkühlung umzurüsten macht wenig Sinn. Und eine ausreichende Innenkühlung (fettes Gemisch) nimmt nicht nur Leistung, sondern steigert den verbrauch enorm - mit vermutlich nicht mal ausreichendem Kühlungserfolg. Wer sich also dieses Thema (und das dazugehörige Gewicht) sparen möchte, sollte lieber gleich einen luftgekühlten Motor ins Auge fassen.

Der FZ-Motor hat folgende komponenten des Kühlsystems:

- Zylinderbank
- Einfüllstutzen mit Thermostatventil
- Kühler
- Kühlmittelpumpe

In dieser Reihenfolge läuft auch das erwärmte Kühlmittel um. Von der Pumpe dann wieder zur Zylinderbank. Die Fließrichtung durch die Zylinderbank möchte ich beibehalten, denn der Motor wird ja so im Mopped auch betrieben und sind auch nicht 180° gedreht montiert, wie bei den RD-Motoren von EVO1, EVO2, EVO2.5 und EVO3. Der höchste Punkt soll der Einfüllstutzen sein. Denn so werden Luftblasen immer am Einfüllstutzen rausblubbern.

Der Einfüllstutzen ist angenehmerweise nicht direkt am Kühler, wie bei den RD-Kühlern. Damit eröffnen sich meher Freiheiten für das Plazieren.

Der Kühler soll möglichst da liegen, wo er ausreichend mit kalter Luft beströmt wird und gleichzeitig auch wenig Luftwiderstand bildet. Ja, das geht. Wenn er vorn vor dem Motor sitzt. Da nimmt er nämlich eine luftwiderstandswirksame fläche ein, die der Motor sowieso einnehmen würde. und rein mathematisch wirken nicht beide Flächen, sondern nur eine. Trick 17, Heft 4, Seite 21 :-) Gleichzeitig liegt der Kühler mit seinem Gewicht, gefüllt immerhin um 5kg!, symmetrisch zur Längsmitte des Karts. Längssymmetrie ist eins der Ziele bei EVO4.

Die Kühlmittelpumpe soll so liegen, daß sie immer ausreichend mit Kühlmittel gefüllt wird, also auch bei geringem Kühlmittelstand (Notlauf) wenigstens noch pumpen kann. Pumpen kann diese Flügelradpumpe nur "dichtes" Medium - und dummerwise kann sich auch nicht selbsttätig dichtes Medium ansaugen. Sie muß also immer vollständig gefüllt sein, damit sie arbeiten kann. Erwischt sie eine ausreichend große Luftblase, kommt der Fluß des Rests der Kühlflüssigkeit zur Stehen. Überhitzung ist vorprogrammiert. Die Kühlmittelpumpe der Kanonenkugel liegt schon recht tief. Der Pumpenraum ist vollständig mit Kühlflüssigkeit bedeckt so ca. 15cm über dem Chassis. Hmmm... das ist nicht gerade wenig. Da aber die Zylinderbank konstruktionsbedingt über der Pumpe sitzt, sollte genügend Gefälle erzeugbar sein, um die Pumpe vollstündig zu "wässern".

Ich plaziere also den Einfüllstutzen oben zwischen die Vergaser. Den Kühler frontseitig. Dann werden die Verbindungsleitungen gebaut. Die schwierigste Aufgabe liegt am "Ausgang" oben an der Zylinderbank. Genau da, wo die Einlaßkrümmer der Vergaser sitzen. Yamaha hat im gesamten Kühlsystem keinen Flansch, wo man einen Schlauch drüberschieben und mit einer Schlauchschelle klemmen kann (außer beim Kühler). Es sind alles Zylindrische Öffnungen, in die ebenfalls zylindrische Rohre gesteckt werden, die seitlich eine Befestigungsöse haben, wo eine Schraube parallel zur Scheckrichtung der Rohrenden in den Motorblock geschraubt wird, um das Rerausrutschen des Rohrendes zu verhindern. Damit's auch dicht wird, hat das Rohrende eine Wulst. Ein Gummidichtring, Marke O-Ring, wird gegen die Wulst geschoben, bevor alles montiert wird. Das System funktioniert nur, wenn Rohrende und zylindrische Öffnung axial recht gut fluchten. Oh,Mann. Ob ich das so hinbekomme??

Es gibt am Zylinderblock oben zwei Ausgänge. Es muß also ein 2in1-Sammler gebaut werden. Ich verwende dazu Kupferrohr aus dem Heizungsbau. Das kann man gut biegen und löten. Es gibt auch 90°-Bögen und T-Stücke und die Abstufungen der verfügbaren Durchmesser sind so fein und passend, daß man Rohre und Winkelstücke ineinander oder auch übereinander stecken und löten kann. Damit kann ich einen Sammler bauen, der das Steck/Wulst/O-Ringprinzip beibehält. Und... sogar Millimeter-genau den kargen Konstruktionsraum unter den Ansaugbrücken ausnutzt. Goil :-) Ich besorg mir im Baumarkt O-Ringe passenden Durchmessers und leg sicherheitshalber 3 je Stutzen drunter, weil die Wulst nicht besonders tief in der zylindrischen Öffnung sitzt. In Position wird das Geweih durch die Ansaugbrücken gehalten. Eine sepatare Sicherung durch Schrauben ist nicht möglich, weil die originalen Haltegewinde zu weit entfernt liegen... Jetzt kann ich schonmal vom Einlaßstutzen zum Geweih des Zylinderblockes einen Schlauch stecken und mit Schlauchschellen sichern.

An dieser Stelle vergleiche ich den Rohrdurchmesser mit dem Durchmesser des originalen Geweihs. Das originale ist etwas größer und hat so um die 10% mehr Durchlaßfläche. Das sollte nicht das Problem sein. An dieser Stelle hier ist auch beim Spendermopped die engste Stelle. Die anderen Verbindungen oder Schläuche haben größere Durchmesser. Ich merke mir das und achte darauf, daß die nächsten Verbindungsrohre oder Schläuche keine weiteren deutlichen Einengungen darstellen.

Schaut man in das Wärmelehrebuch, so erkennt man, daß Medien unterschiedliche Wärmemengen in unterschiedlichen Zeiten abgeben oder aufnehmen können. Fließt also Kühlmittel zu schnell, kann es womöglich nicht genug Wärme aufnehmen. Das kann man daran merken, daß der Kühler nicht richtig warm wird, der Motor aber sehr warm ist (Kerzenbildkontrolle). Noch schlimmer ist es, wenn das Öl (ausreichender Menge) unter wenig Last des Motors schon deutlich über 100°C erwärmt wird. Andersherum kann ein langsam fießendes Kühlmittel mehr Wärme aufnehmen, und im Kühler auch wieder abgeben. Jedoch kann es dabei zu heiß werden (kochen). Dann öffnet das Sicherheitsventil, meist der Deckel am Einfüllstutzen, und baut den Siededruck durch ablassen von kochendem Wassers ab. Damit verliert der Wasserkreislauf Medium. Weniger Medium kann auch nur weniger Wärme aufnehmen. Die Pumpe kann bei zu geringem Medienmenge nun gar nicht mehr Pumpen, der Motor wird nicht mehr ordentlich entwärmt...ein Teufelskreis der Überhitzung hat begonnen.

Kühlmittelmenge und Fließgeschwindigkeit sind also in einem guten Maße einzustellen. Ist das so, dann kann der Wärmeregelkreis richtig funktionieren. Idealerweise agiert hier ein Regler: das Thermostat. Ist das Kühlmittel nicht warm genug, behindert es den Kühlmittelfluß, um dem Medium mehr Zeit zu geben, Wärme aufzunehmen, und abzugeben. Wird nun das Kühlmittel zu heiß, öffnet es weiter und laßt das Medium schneller umlaufen. Damit kann es zwar etwas weniger Wärme aufnehmen, aber es kommt nicht zum Kochen. Das Temperaturnuveau wird aber gesenkt.

Bemerkt man also, daß das Thermostat während des Fahrens "schaltet", so stimmt die Kühlmittelmenge (und der Typ) und der Kreislauf hat ausreichend große Querschnitte, um die Umlaufgeschwindigkeit ausreichend hoch fahren zu können (eine ausreichend starke Pumpe vorausgesetzt).

Nur ... wie bemerkt man, daß das Thermostat schaltet? Mit einem ausreichend flinken Thermofühler, der schneller "fühlt", als das Thermostat schaltet. So ein Thermostat ist nicht schnell, es hat "Schaltzeiten", die fast die Lebensspanne einer Eintagsfliege erreichen (ok... ist etwas übertrieben ;-) ). Und, es schaltet auch nicht, es öffnet und schließt nicht ruckartig, sondern übergangslos. Ein Thermofühler sollte das mitbekommen.

Die FZ750 hat zwei Temperatursensoren. Einer ist analog und ändert seinen Widerstand analog zur Wassertemperatur. Einer ist ein Schalter, der den Kühlventilator an- oder abschaltet (Schaltschwelle bei ca. 100°C).

Ich werde den Lüfterschalter benutzen, der ist "digital" und aus Zeitgründen einfach ins Bordnetz zu integrieren.

Lampe an: Wasser fast zu heiß
Lampe aus: Wasser kühl genug.

Ich nehme mir vor, den analogen Thermofühler noch nachträglich zu integrieren. Dazu muß ich aber erstmal herausfinden, welche Wassertemperatur "normal" ist.

***

Dem Weg des Kühlwassers rückwärts weiter folgend kommt die Verbindung von Zylinderblock zur Pumpe. Das Verbindungsrohr von der Kühlmittelpumpe zum Einlaß im Zylinderblock belasse ich so, wie es original ist. Es paßt ins Konzept und ... warum muß man denn alles ändern :-)

Nun kommt eine schöne Arbeit. Die Verbindung von der Pumpe zum Kühler und die vom Kühler zum Einlaßstutzen. Da liegt die beste Verbindung recht dicht am Motorblock und an den Auspuffkrümmern. Schläuche machen sich da nicht gut - es sei denn sie sind so gehalten, daß sie den heißen Teilen nicht zu nahe kommen können. Haufenweise Schlauchhalter möchte ich nicht bauen - starre Rohre erfüllen den Zweck vel besser. Ich verwende Stücke der originalen Rohre für die O-Ring-Dichtungsstellen und setzte Kupferrohre und -Winkelstücke dazwischen ein und löte alles zusammen. Ich muß hier mit Oberflöächenbehandlung, Vorheizen und Flußmittel experimentieren, bis ich es schaffe, die Kupferrohre mit den Stahlstücken so zu verbinden, daß es auch starken Beanspruchungen standhält und dicht bleibt. Die mechanischen Einflüsse kann ich ja simulieren (Schraubstock, stark in alle Richtungen biegen), die Dauerdichtigkeit nicht. Das mache ich bei den Probefahrten durch ständiges Kontrollieren.

Und hier sieht man den Kreislauf komplett.

Den Kühler hab ich vorn etwas geneigt eingebaut. Für die Kurzbahn ist das nicht sooo optimal, denn davor sitzt ja der Kurzbahnfrontspoiler. Da Kurzbahn aber nicht der "eigentliche" Einsatzfall ist, orientiere ich natürlich auf die geplante Verkleidung für die Langbahn. Hier wird der Motor natürlich viel stärker beansprucht und benötigt auch mehr Kühlung. Die Nase der Verkleidung hab ich also auch drangehalten und der Kühler sollte dadrunter verschwinden. Was er auch tut. der Kühler ist so montiert, daß er den mögichen Raum unter der Langbahnnase voll ausnutzt. Das Verbindungsrohr oben natürlich auch, nebenbei bemerkt.

Die erste Testfahrt am SBT07 verlief so lala. Robert, als Experte für's Einstellen von Jetskivergasern, hat die Vergaser gut eingestellt. Mit der Bemerkung, daß beide sich unterschiedlich verhalten, was den Leerlauf angeht. Leerlauf... wer braucht das wirklich :-) Viel wichtiger war die erkenntnis, daß EVO4 inkontinent war. Kühlwasserverlußt war deutlich zu bemerken. Und zwar am Eingang der Kühlmittelpumpe. Ich schob es auf die nicht gute Ausrichtung und Halterung des unteren Kühlmittelrohres. Ich vermutete, daß es eben nicht gut axial in der zylindrischen Öffnung saß - zumindest sah es von außen so aus. Also konnte ich nur ein paar Runden drehen, denn es wurde schon langsam dunkel und ich hatte nicht den Nerv, hier gründlich zu erkunden und zu bauen. Dieses Rohr zu demontieren benötigt einige Zeit...

Zu hause dann fand ich den Obelwicht. Der O-Ring war ein C-Ring. Er war wohl bei der Montage kaputtgegangen. Klar, daß so etwas nicht dichten kann. Ich kaufte also den gesamten Vorrat in Berlin auf, nachdem ich einiges rumtelefoniert hatte. Alle großen 5 Yamaha-Händler hatten zur Zeit gerademal insgesamt 3 Stück. Ich setzte einen neuen Ring ein und ließ den Motor laufen. Dicht. Der nächste Einsatz waren die Historic Leipzig07. Und hier blieb EVO4 dicht. Über beide Tage. Klasse. Also war die Verbindungsstelle doch nicht so schlecht gebaut, wie ich erst vermutete.

und drehe mir einen Blindstopfen, den ich mittels Querspange an den zwei Gewinden, die vorher die Wasserpumpe gehalten haben, befestige. Der Blindstopfen hat natürlich einen Dicht-O-Ring.

Sobald die Pumpe da ist, geht's hier weiter.