Kolben

Leistung ist aus Kolben für 4-takter nur schwerlich herauszuholen.  Trotzdem sollte man wissen, was man kauft, bzw. eingebaut hat, wenn man sich mit Leistungssteigerung beschäftigt.  Die Taiwan- und die italienischen Kolben sind m. E. von minderwertiger Qualität und halten gerade eben die Originalleistung des Motors aus, weshalb sie nicht geeignet sind in  einem Leistungsgesteigerten Motor verbaut zu werden.  Die Kolben aus deutscher Produktion sind durch ein innen eingegossenes Zeichen S (Kolbenschmidt), bzw. MAHLE zu erkennen.  M. E. ist der Mahle-Kolben aus der neuen Produktionsserie der Heinkel-Ersatzteil GmbH (siehe Links) der Qualitativ beste, derzeit auf dem Markt erhältliche (siehe Kolben).  Bei genauer Betrachtung sieht man, daß der Kolbenboden durch seine hohe, relativ spitze Form höher in den Brennraum ragt, als der Originalkolben.  Hierdurch wird das Verdichtungsverhältnis etwas heraufgesetz, was jedoch vollkommen bedenkenlos, eher positiv ist!

Nockenwelle

Die Nockenwelle unserer Heinkel ist sehr "zahm".  Sie arbeitet ohne Ventilüberschneidung und setzt dem Motor "natürliche" Leistungs- und vor allem Drehzahlgrenzen.  Die Motorcharakteristik wird entscheidend von den Steuerzeiten, dem Ventilhub und der Ventilüberschneidung geprägt.  Um eine vernünftige Nockenwelle mit anderem Profil herzustellen, muß vorab sehr aufwendig die Ventilerhebungskurve der Originalnocken ermittelt werden oder besser eine vollkommen neue Ventilerhebungskurve erstellt, sowie auf das Nockenprofil übertragen werden.  Das Design neuer Nocken ist sehr komplex.  Es reicht keinesfalls, die Originalnocken nur "in die Länge zu ziehen" um längere Steuerzeiten zu bekommen.  Da unser Ventiltrieb durch die Schlepphebel und Kipphebel recht komplizierte Eingriffsverhältnisse hat, ist die Erstellung eines neuen Nockenprofils auch weitaus komplexer als bei Motoren mit Tassenstößeln. Hier sind einige Bedingungen zu erfüllen, die über die spätere Leistung und Standzeit entscheiden.  Problematisch ist auch, jemanden zu finden der diese neue Nockenwelle zu einem annehmbaren Preis herstellt.  Mir sind derzeit keine "Sport-Nockenwellen" für Heinkel auf dem Markt bekannt.

Luftfilter

Der Motor kann durch einen verschmutzten Luftfilter selbstverständlich nicht frei atmen.  Vorraussetzung für einen guten Luftdurchsatz ist ein sauberer, durchgängiger Luftfilter.  Der Micronic-Papier-Luftfilter (Knecht LX 253) zeigen eine gute Filterwirkung bei ausreichendem Luftdurchsatz - solange er neu ist.  Alternativ kann man in das Original-Luftfiltergehäuse einen leicht abgeänderten K&N-Luftfilter  einbauen.  Diese Luftfiltertypen bestehen aus feinen Drahtgeflechten, mit dazwischen liegenem, ölimprägniertem Baumwollgewebe.  Sie zeichnen sich durch einen ca. 40% höheren Luftdurchsatz bei guter Filterwirkung und extremen Reinigungsinterwallen aus.  Nur ca. alle 25.000 - 50.000 km muß dieser Filter ausgewaschen und neu eingeölt werden - somit ist er eine Investition für´s Leben.  Die K&N-Type RC-1070 wird hierzu leicht modifiziert.  Der Gummistutzen wird einfach abgeschnitten und der konische Filter wird  in das Original-Blechgehäuse "gedrückt".  Hierzu wird der O-Ring, unten im  Blechgehäuse vorher entfernt - er diente zur Abdichtung der Micronic-Filterpatrone.  Um einen sicheren Dichtsitz des K&N-Filters im Luftfiltergehäuse zu gewährleisten, muß zwischen K&N-Filter und dem Luftfilter-Gehäusedeckel mit einem Distanzstück aus Gummi o. ä. der K&N-Filter leicht auf den Filtergehäuseboden gedrückt werden.  Sicherheitshalber sollte danach die Vergasereinstellung (siehe Vergaser) überprüft werden.

Vergaser

Grundsätzlich ist der Original-Vergaser mit Ø20 mm ausreichend - siehe Kanäle.    Wobei aber einiges verbessert werden kann, ist die Einstellung - falls sie nicht schon optimal ist!  Hierbei wird der Vergaser auf den Motor und den verwendeten Luftfilter feinstmöglich abgestimmt.  Allgemein, aber speziell in Verbindung mit einem K&N- oder anderem Filter (siehe Luftfilter) mit höherem Luftdurchsatz ist diese Prozedur äußerst wichtig.  Es gibt noch eine andere Methode den Vergaser einzustellen, ich gehe hier aber nicht weiter darauf ein, weil m. E. die nachfolgende die sicherste ist.
Basiswissen: 
Im Teillastbereich (zwischen 0 und ¼ Gasschieberhub) wird die Gemischregulierung hauptsächlich über die Leerlaufdüse, die Luftregulierschraube und den Schieberausschnitt bestimmt, im Teillastbereich (zwischen ¼ und ¾ Gasschieberhub) hauptsächlich über die Düsennadel und bei Vollast (ab ¾ Gasschieberhub) ist hauptsächlich die Hauptdüse zuständig.  Düsennadel höher hängen= fetteres Gemisch zwischen ¼- und ¾-Last, größere Hauptdüse= fetteres Gemisch bei ¾ bis Vollast und umgekehrt.
Kerzenbilder: 
Grau bis sehr-hellbraun= zu mageres Gemisch - GEFAHR VON MOTORSCHÄDEN, schlechte Leistung.  Rehbraun= Optimal.  Sehr dunkelbraun bis schwarz= zu fettes Gemisch - Hoher Verbrauch und schlechte Leistung.
Einstellungsvorbereitung:
Um die Verbrennung des Motors zu kontrollieren, muß man sehr vorsichtig vorgehen - gerade bei neu aufgebauten Motoren.  Vorher Vergaser penibel reinigen, bei der Montage auf Dichtigkeit des Ansaugkrümmers zum Zylinderkopf achten, ´nen neuen Luftfilter einbauen, neue Zündkerze einschrauben und Zündzeitpunkt kontrollieren.  
Leerlauf:
Als erstes wird der Leerlauf bei laufendem, warmem Motor eingestellt, hierzu wird vorab die Luftregulierschraube (die Schlitzschraube mit Feder, die 90° zur Schieberachse montiert ist) bis zum Anschlag gefühlvoll reingedreht, bis ein Widerstand zu fühlen ist.  Nun wird sie wieder 1½ Umdrehungen beim Bing- und 2½ beim Pallas-Vergaser  herausgedreht - daß ist die Grundstellung.  Als nächstes drehen wir die, schräg von unten im Vergaser sitzende Standgasschraube soweit rein, bzw. raus, daß der Motor in der richtigen Drehzahl im Standgas läuft.  Durch Heraus- bzw. Hereindrehen der Luftregulierschraube kann nun der Leerlauf sauber eingestellt werden.  
Teillastbereich:
Jetzt wird der Teillastbereich eingestellt, hierzu fahren wir mit etwas über ½-Gas MINDESTENS 15 km OHNE Änderung der Gasgriffstellung auf möglichst gerader Strecke, bei normalen Temperaturen - am besten auf der Autobahn.  Wenn diese MINDEST-Distanz gefahren wurde, stellen wir den Motor SCHNELL ab, schrauben die Kerze heraus und sichten das Kerzenbild.  Zu fett= Düsennadel eine Kerbe runter, zu mager= Düsennadel eine Kerbe hoch.  Ob wir eine oder mehrere Kerben auf einmal verstellen, hängt davon ab, wie weit das gesichtete Kerzenbild von dem Optimum - Rehbraun - entfernt ist, die Originalstellung ist die 3te Kerbe von oben.  Nach Einstellung der Nadel wird der Vorgang wiederholt, hierzu fahren wir wieder mit ½-Gas MINDESTENS 15 km OHNE Änderung der Gasgriffstellung.....usw.  
Vollastbereich:
Nachdem der Teilastbereich eingestellt wurde, machen wir uns an den Vollastbereich.  Die Originalhauptdüse ist eine 85er beim Bing- und eine 80er, bzw. teilweise eine 85er beim Pallas-Vergaser.  Um überhaupt etwas ändern zu können, benötigen wir entweder andere Hauptdüsen oder sogenannte Düsenreibahlen.  Mit diesen Düsenreibahlen, die für ca. 19,- € bei Polo (Nr. 60170400210), bei Hein Gericke (Nr.29000053) oder Louis (Nr. 10003930) zu bekommen sind, kann sehr fein gearbeitet werden.  Es ist eine lohnende Anschaffung, für den, der öfter damit zu tun hat. Beim vergrößern von Düsen wird hierbei aus dem Reibahlen-Sortiment eine Reibahle gewählt, die so groß ist, daß man die zu vergrößernde Düse bis zur Mitte der Schneiden aufschieben kann.  Die Reibahle wird von hinten - da wo der Sechskant oder der Schlitz ist - in die Hauptdüse geschoben und gefühlvoll mit minimalem Druck gedreht.  Immer wieder durch Herausziehen der Reibahle aus der Düse kontrollieren,  wie viel Material abgetragen wurde.  Sollte die eingebaute Hauptdüse zu groß sein, muß allerdings eine kleinere her.  Der Vollgas-Abgleich des Vergasers ist selbstverständlich nur bei eingefahrenen Motoren zulässig.  Die Prozedur gleicht der des Teillastbereiches.  Mit optimal eingestelltem Vergaser wird die optimale Leistung bei geringstem Verbrauch erreicht.  Ich hatte schon Motoren, die durch feine Vergasereinstellung 30% weniger verbrauchten, bei gleichzeitig erheblich besserer Leistung und runderem Motorlauf.  Es ist eine lohnende, wenn auch sehr aufwendige Arbeit.  Ohne optimal eingestellten Vergaser kann man sich weitere Versuche der Leistungssteigerungen sparen!

Nur mal so zur Info / als Tip:
Hatte auf meinem 1960er A1 einen 20er Originalvergaser 1/20/51.  Leider war die Gasschieberführung und der Gasschieber so extrem verschlissen, daß ich ca.0,5 mm Spiel hatte.  Ich also bei Bing angerufen und für € 30,- incl. NN ´nen neuen Schieber gekauft.  Beim Einbau erst herausgefunden, daß die Schieberbohrung im Vergasergehäuse auch schon 0,3 mm zu groß war - ich hatte keine Originalmaße, deshalb konnte ich vorher auch nicht nachmessen.
Zufälligerweise hatte ich bei EBAY ´nen 1/22/47 gesehen, den ich kpl. für € 12,- ersteigert hatte.  Kaum angekommen, stellte ich fest, daß im Gasschieber von unten ein Loch reingeschlagen war - wie auch immer daß möglich ist!?  Aber OK, der Verkäufer schrieb ja, daß es ein Kellerfund ohne Garantie war.
Bei genauer Betrachtung stellte sich heraus, daß der restliche Vergaser im 1A Zustand war.  Aber es stellte sich auch heraus, daß das Vergasergehäuse fast 100% identisch ist - bis auf die 22er Bohrung und den hinteren Anschlußdurchmesser für den Luftfilter!  Also hab ich die Beschleunigerpumpe mit Düsenstock und den neuen Gasschieber mit Düsennadel, sowie die Leerlaufdüse vom 20er eingebaut und seitdem hab ich wieder das Grinsen auf dem Gesicht!
Bei dem 22er mußte ich nur den hinteren Anschluß zum Luftfilter auf der Drehbank kleinerdrehen.
Bei der nachfolgenden Probefahrt stellte sich heraus, daß im oberen Drehzahlbereich etwas mehr Leistung zur Verfügung steht, obwohl der Vergaser noch nicht richtig abgeglichen war - Erste, verhaltene Probefahrt.  
Anmerkung: Hab ´nen Glaser-Kopf drauf, der durch größere Ventile auch den 22er Vergaser "ausnutzt" und ´nen Ansaugkrümmer, der auf ca. 22,5 mm erweitert wurde.  Schätze, daß ich ´ne 95er Hauptdüse brauche und die Düsennadel eine Kerbe höher muß - daß war´s dann aber auch.

Verdichtung

Mit die einfachste Methode mehr Leistung im gesamten Drehzahlbereich herauszuholen.  Die Original-Verdichtung liegt bei 1:7,4.  Sieht man sich das, für diese Leistung extrem groß dimensionierte obere Pleuellager und das groß dimensionierte untere Wälzlager an, sind da noch reichlich Reserven vorhanden.  Eine Verdichtungserhöhung auf 1:8,5 verträgt der Motor absolut problemlos.  Die thermische Mehrbelastung ist hierbei relativ gering.  Der maximale Verbrennungsdruck berechnet sich mit Verdichtungsverhältnis x 7 - 2= 7,4 x 7 - 2= 49,8 kp/cm².  In der Formel sieht man, daß der Verbrennungsdruck mit dem Verdichtungsverhältnis nahezu linear ansteigt.  Jede Leistungssteigerung bei gleichem Hubraum bedingt unmittelbar einen höheren Verbrennungsdruck!  Die Heinkel-Motoren, die ich bis dato gesichtet hatte, hatten allesamt ca. 2 mm Luft zwischen Kolbenrand-Oberkante und Oberkante Zylinderfuß.  Es liegt dementsprechend nahe, durch Materialabnahme an der Zylinderdichtfläche die Verdichtung zu erhöhen.  
Berechnung:
Um von 1:7,4 auf 1:8,5 zu kommen, müssen wir wieder rechnen.  Unter Downloads findet ihr ein Excel-Programm zur Berechnung obiger Parameter.  Ein Verdichtungsverhältnis von 1:7,4 bei einem Hubraum von 180 cm³ mm (Bohrungs Ø= 61 mm, Hub= 61,5 mm) bedingt ein Brennraumvolumen von 28,0 cm³.  Wir benötigen ein Brennraumvolumen von 23,9 cm³, somit müssen 4,1 cm³ vom Zylinder abgetragen werden.  Die Fläche der Bohrung beträgt d² x pi/4= 6,1² x 0,7854= 29,22 cm².  Der erforderliche Materialabtrag wird berechnet: Volumendifferenz / Bohrungsfläche= 4,1/29,22= 0,14 cm.  Es muß in diesem Beispiel also 1,4 mm runter.  Bei 1:8,5 kann weiterhin Normalbenzin gefahren werden.  Eine sehr einfache Möglichkeit zur Erhöhung der Verdichtung ist die Verwendung einer dünneren Fußdichtung.  Die Original-Fußdichtung hat eine Stärke von 0,7 mm, im Handel sind gute Dichtungspapiere mit 0,3 mm erhältlich (siehe Dichtungen / Dichtungs-Selbstbau).  Das bringt zwar nicht so viel, ist jedoch eine einfache Einstiegsmöglichkeit.
Überprüfung:
Kaum einer wird der Erstbesitzer eines Heinkel sein.  Dementsprechend weiß wohl niemand 100%ig genau, ob der Zylinderkopf nicht schon mehrfach geplant oder geändert wurde.  Die beste Methode um das vorhandene, effektive Brennraumvolumen festzustellen, ist das Auslitern.  Hierzu wird die Kerze herausgedreht und der Motor bei geschlossenen Ventilen und Kolben im OT schräggestellt, so daß die Kerzenbohrung senkrecht nach oben steht.  Nun wird in ein Meßgefäß oder noch besser in eine 50 ml-Spritze Motoröl gefüllt.  50 cm³ sind ausreichend.  Dieses Öl wird nun in die Kerzenbohrung geschüttet, bis der Brennraum gefüllt ist.  Wenn das Öl den Brennraum bis zum Kerzengewinde ausfüllt, wird das Meßgefäß weggestellt und gewartet, bis das Öl im Meßgefäß wieder auf dem Meßgefäßboden zurückgelaufen ist.  Man kann nun durch die im Meßgefäß zurückgebliebene Menge leicht ausrechnen, wie groß das Brennraumvolumen ist.  Teilt man nun den Hubraum + Brennraumvolumen durch das Brennraumvolumen, hat man das tatsächliche Verdichtungsverhältnis.  Falls kein Meßgefäß vorhanden sein sollte, muß man einen zylindrischen Behälter nehmen und das Volumen berechnen.  Man füllt in diesen Behälter genug Öl ein, mißt die Höhe des Ölstandes im Behälter und Litert den Brennraum aus.  Wenn das Öl den Brennraum bis zum Kerzengewinde ausfüllt, wird der Behälter weggestellt und gewartet, bis das Öl im Behälter wieder auf dem Behälterboden zurückgelaufen ist.  Nun mißt man die Höhe des Ölstandes im Behälter erneut und rechnet aus, um wieviel Zentimeter die Ölstandhöhe im Behälter abgenommen hat.  Jetzt wird der Innendurchmesser des Behälters gemessen.  Als Beispiel eine Volumenberechnung eines Behälters mit 3,05 cm Innendurchmesser und einer Ölstandsdifferenz von 3,9 cm:  Volumen= Innendurchmesser² x 0,785 x Höhe= 3,05² x 0,7854 x 3,9= 28,49 cm³.  Somit ist das vorhandene Verdichtungsverhältnis: (Hubraum + Brennraumvolumen) / Brennraumvolumen= (180+28,49) / 28,49= 1:7,3.
Achtung:
Bevor vom Zylinder Material abgetragen wird, muß jeder Motor individuell geprüft werden, ob genügend Luft zwischen Kolben und Zylinderkopf, sowie zwischen den Ventiltaschen im Kolben und den Ventilen vorhanden ist.  Bei ausgedrehter Zündkerze kann man recht gut beobachten, wie nah die Ventile im OT an der Kolbenoberfläche stehen - jeweils am Ein- und Auslaßventil zu prüfen.  Falls nach dem Abtragen am Zylinder Probleme auftreten sollten, kann durch stärkere Fussdichtungen wieder auf den Ausgangszustand zurückgerüstet werden.  Es soll schon Probleme gegeben haben, daß der Anlasser nach der Verdichtungserhöhung nicht mehr genug drehte, bei mir ist dieses Problem allerdings nicht aufgetreten.

Zylinderkopf

Der Glaser-Zylinderkopf mit größeren Ventilen ist hier z. B. eine Möglichkeit.  Horst Glaser baut den Original-Zylinderkopf um, so daß gleichzeitig neue und größere Ventilsitze in Bleifrei-Ausführung, neue Bronze-Ventilführungen und neue, größere Ventile eingebaut werden.  Durch die größeren Ventile kann der Motor freier atmen - der Gasdurchsatz wird erhöht (siehe Kanäle).  Da wird einwandfreie Arbeit geleistet, die sich im Durchzug durchaus bemerkbar macht.  
Kosten (Februar 2003): € 274,- incl. MwSt. und Versand
Kontaktadresse:
Heinkel-Stützpunkt Horst Glaser
Molkereistraße 5
89367 Waldstetten
Tel: 08223/5495
Mail: info@motoglaser.de

Kanäle

Bevor hier auf blauen Dunst etwas geändert wird, sollten wir prüfen, inwieweit die Dimensionierung der Original-Kanäle ausreicht.  Es muß berechnet werden, ob der sogenannte freie Kanalquerschnitt mindestens so groß wie der freie Ventilquerschnitt ist.  Wenn daß der Fall ist, ist eine Kanalbearbeitung, bzw. Erweiterung überflüssig!  Sämtliche Daten in der Beispielrechnung beziehen sich auf einen 103/A1 Original-Zylinderkopf mit Standard-Ventilen.
Formel:
Freier Ventilquerschnitt in mm²= Sd x pi x Vh x sin 45°
Freier Kanalquerschnitt in mm²= (Sd² x pi/4) - (Vd² x pi/4)
Daten:
Einlaßsitzring Ø Sd= 26 mm
Auslaßsitzring Ø Sd= 24 mm
Ventilschaft Ø Vd= 7 mm
Ventilhub Vh= 6,25 mm
Legende:
pi= Kreiskonstante 3,1416
Sd= Innerer Sitzringdurchmesser in mm
Vh= Ventilhub in mm
Vd= Ventilschaft Ø in mm
Berechnung:
Freier Ventilquerschnitt Einlaß= 26 x 3,1416 x 6,25 x 0,7071= 360,98 mm²
Freier Ventilquerschnitt Auslaß= 24 x 3,1416 x 6,25 x 0,7071= 333,22 mm²
Freier Kanalquerschnitt Einlaß= (26² x 0,7854) - (7² x 0,7854)= 492,44 mm²
Freier Kanalquerschnitt Auslaß= (24² x 0,7854) - (7² x 0,7854)= 413,9 mm²
Fazit:
Der freie Kanalquerschnitt beim Einlaß und beim Auslaß ist jeweils erheblich größer als der freie Ventilquerschnitt.  Selbst im Bereich der in den Kanal ragenden Ventilführung ist er noch größer.  Eine Erweiterung der Kanäle wird dementsprechend KEINE Leistungssteigerung nach sich ziehen, da spätestens an den Ventilen nicht mehr durch geht!  Hierdurch zeigt sich auch, daß eher größere Ventile von Nutzen sind (siehe Zylinderkopf)!  Ebenso zeigt sich, daß größere Vergaser kaum Leistungssteigernd sind, da der freie Ventilquerschnitt von 360,98 mm² des Einlaßventils bei voll geöffnetem Ventil einem Kreisdurchmesser von 21,5 mm Durchmesser entspricht.  Mit dem Glaser-Zylinderkopf (siehe Zylinderkopf) wird ein 22er Vergaser, der immerhin ca. 21% mehr Fläche als ein 20er hat, durchaus etwas Leistung im oberen Bereich bringen.