Motortuning Rover K: Unterschied zwischen den Versionen

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Version vom 27. Januar 2015, 17:00 Uhr

Grundlagen

Aus dem Artikel Grundlagen Motortuning ergeben sich folgende drei Optionen zur Leistungssteigerung plus die Möglichkeit in Zündung und Gemisch einzugreifen und die Massen des Motors zu reduzieren:

Erhöhung des Hubraums

Der Rover K wurde ursprünglich für einen Hubraum von 1,4 l entwickelt, dann über Vergrößerung von Durchmesser und Hub auf 1,6 l und 1,8 l gesteigert. Das verbleibende Material im Block zu dünn um den Kolbendurchmesser noch signifikant zu steigern.

Die 1,8 l Version des Rover K der Elise hat gegenüber der 1,4 l Basisversion bereits eine größeren Durchmesser und Kurbelwelle mit größerem Hub. Die folgende Tabelle zeigt Durchmesser und Hub der verschiedenen Serienversionen des Rover K:

Hubraum Zylinder-
durchmesser
Hub
1,1 l (1119 cm3) 75,0 mm 63,2 mm
1,4 l (1396 cm3) 75,0 mm 79,0 mm
1,6 l (1580 cm3) 80,0 mm 79,0 mm
1,8 l (1796 cm3) 80,0 mm 89,3 mm

Mit Tuning-Kurbelwellen mit noch größerem Hub kann man den Hubraum des Rover K auf 1,9 l erhöhen. Die Verwendung dieser Kurbelwellen erfordert noch weitere Modifikationen am Motor, wie andere Pleuel und eine Zwischenschicht unter dem Zylinderkopf.

Es gibt sogar einige massiv umgebaute Rover K Motoren (z. B. von VGK, Judd, Minister/PTP, Wilcox, Scholar) mit anderen Laufbüchsen, Kolben und Kurbelwellen, die bis zu 2,0 l Hubraum haben. Diese Motoren haben Zylinderdurchmesser bis 82,5 mm und Hübe bis 94,0 mm und erreichen zum Teil Leistungen von über 250 PS.

Bei einer Erhöhung des Hubraums müssen nahezu alle Motorteile bearbeitet, angepasst oder getauscht werden. Insgesamt ist dies also eine relativ teure Maßnahme der Leistungssteigerung. Die meisten bevorzugen für eine ähnlich große Investition den Umbau auf Fremdmotoren wie den Honda K20A oder Audi 1,8 T, die zwar etwas schwerer sind, mit denen alltagstauglich Leistungen über 200 PS oder im Rennbetrieb über 300 PS möglich sind.

Erhöhung der Drehzahl

Um die Drehzahl des Rover K erhöhen zu können, muss ein frei programmierbares Steuergerät verwendet werden und die Ventilfedern und Stößel modifiziert werden. Beim VVC limitiert die Mechanik zur Ventilsteuerung die Drehzahl. Eine weitergehende Drehzahlsteigerung bringt Block, Lagerung, Kurbelwelle, Pleuel und Kolben an ihre Belastbarkeitsgrenzen, so dass diese teilweise gegen stabilere Teile ersetzt oder modifiziert werden müssen. Extrem getunte Rover K sind teilweise auf Drehzahlen bis über 9000 U/min ausgelegt.

Erhöhung des Mitteldrucks

Erhöhung des Mitteldrucks ist die beim Rover K am häufigsten angewandte Form der Leistungssteigerung.
Wichtig ist, dass nicht nur mehr Luft angesaugt wird, sondern im selben Maß auch mehr Kraftstoff eingespritzt wird. Das Originalsteuergerät (ECU) kann nicht umprogrammiert werden, so dass bei erheblichen Änderungen im Luftdurchsatz des Motors (z. B. Einzeldrosselklappenanlage) oder anderer Einspritzanlage auch ein frei programmierbares Steuergerät verwendet werden muss. Die Grenze mit Originalsteuergerät der EU2 Motoren liegt bei ca. 150 - 160 PS.
Wird der Motor bei Vollgas zu mager (zu wenig Kraftstoff im Gemisch) über längere Zeit betrieben, kann es zu Klingeln/Klopfen oder Überhitzung im Zylinder mit Motorschäden kommen.
Unter Umständen kann auch eine Erhöhung des Kraftstoffdrucks durch einen einstellbaren Benzindruckregler das Abmagern verhindern. Es kann dann aber zu Problemen mit den Abgaswerten bei niedrigen Drehzahlen kommen.

Porting und größere Ventile

Porting bezeichnet die Nachbearbeitung der Ein- und Auslasskanäle im Zylinderkopf. Die Ein- und Auslasskanäle heißen im Englischen port, daher die Bezeichnung Porting. Ziel ist es, die Querschnittsflächen und Radien der Kanäle so zu bearbeiten, dass möglichst viel Verbrennungsgase in den Kopf ein- und ausströmen um dadurch die Füllung des Zylinders zu verbessern. Außerdem werden Stufen beim Übergang von Ansaugung/Zylinderkopf und Zylinderkopf/Krümmer beseitigt.

Die Füllung des Zylinders kann auch verbessert werden, wenn der Ventilsitz von einstufig auf den strömungsgünstigeren dreistufigen Sitz umgearbeitet wird und Ventile mit einer strömungsgünstigeren Form (z. B. Paul Ivey REC G&S Valves) verwendet werden.

Beim Rover K Zylinderkopf ohne VVC sind die Ventile im Verhältnis zum Hubraum relativ klein. Ab einer bestimmten Querschnittsvergrößerung der Ein- und Auslasskanäle durch Porting können keine signifikanten Verbesserungen mehr erzielt werden, da dann die Qerschnitssflächen der Ventilöffnungen (selbst bei Nockenwellen mit großem Hub) der limitierende Flaschenhals sind. Für weiterreichendes Porting hat es sich daher bewährt, auch größere Ventilen zu verbauen (z. B. Sabre Heads KR1, DVA K13, Komotec Phase 3).

Ventilgrößen

Motor Einlass Auslass
Standard K16 (120 PS) 27,5 mm 24,0 mm
VVC (145 PS) 31,5 mm 27,0 mm
VHPD (192 PS) 31,5 mm 27,0 mm

Standard mit vergrößerten Ventilen

Bezeichnung Einlass Auslass
DVA Paul Ivy Ventile 29,5 mm 26,0 mm
Sabreheads Ventile 29,8 mm 24,2 mm
DVA Standard mit VVC Einlassventil 31,5 mm 26,0 mm
Sabreheads Special Ventile 31,5 mm 25,5 mm

VVC mit vergrößerten Ventilen

Bezeichnung Einlass Auslass
Sabreheads Valve 32,5 mm 27,4 mm
DVA 32,5 mm 27,0 mm
Sabreheads Big Valve 33,3 mm 28,5 mm
DVA Racehead 33,7 mm 27,0 mm

VHPD mit vergrößerten Ventilen

Bezeichnung Einlass Auslass
DVA 32,5 mm 27,0 mm

Turbolader

Vom Rover K gab es kurz vor Produktionseinstellung eine Turbo-Version (K4 1.8T) mit serienmäßig 160 PS. Dieser Motor kann mit hohem Aufwand in die Elise eingebaut werden und mit entsprechendem Aufwand auf über 200 PS getuned werden.

Kompressor

Mit Aufladung durch einen Kompressor (S/C = supercharger) sind beim Rover K über 200 PS möglich. Diese sehr hohe Leistung erfordert jedoch teure geschmiedete Pleuel und Kolben und unter Umständen sogar eine geschmiedete Kurbelwelle.

Ansaugung

Auch bei Selbstansaugung (im Englischen N/A = natural aspiration) ohne mechanische Aufladung kann die Füllung des Zylinders mit neuem Gas und damit der Mitteldruck gesteigert werden. Zum einen muss der Weg von der Umgebungsluft über Luftfilter, Drosselklappe, Ansaugrohr, Zylinderkopf und Ventilsitz in den Zylinder so gestaltet werden, dass dem Luftstrom möglichst wenig Widerstand entgegenwirkt. Zum anderen ist der Luftstrom beim Ansaugvorgang eine dynamische Masse und durch die Länge und Form des Ansaugrohrs kann beeinflusst werden, wie der Drehmomentverlauf über den Drehzahlbereich ist.
Näheres zur Ansaugung in der Kategorie Ansaugung.

Serienmäßig ist der Rover K selbstansaugend mit Luftsammler (Plenum).
Die größte Leistungssteigerung lässt sich erzielen, wenn man die Ansaugung von einer einzelnen, gemeinsamen Drosselklappe auf Einzeldrosselklappenanlage umstellt. In der Regel bringt eine Einzeldrosselklappenanlage eine deutliche Mehrleistung bei höheren Drehzahlen zu Lasten des Drehmoments im niedrigen Drehzahlbereich. Sie ist daher eher für reine Rennfahrzeuge interessant. Die Verwendung einer Einzeldrosselklappenanlage funktioniert beim Rover K nur in Verbindung mit einem frei programmierbaren Steuergerät oder speziell dafür programmierten Steuergerät (siehe VHPD).

Tuningaspekte beim Ansaugsystem mit Luftsammler:

  • Luftfilter werden auf dem Zubehörmarkt gerne als Tuning verkauft. Leistungsgewinn und Preis stehen in keinem sinnvollen Verhältnis. Fast alle Tuning-Luftfilter bewirken nur ein lauteres Ansauggeräusch und keine messbare Leistungssteigerung.
  • Drosselklappe: Im Gegensatz zur landläufigen Meinung bringt eine größere Drosselklappe (52 oder 56 mm) bei Plastikplenum keine wesentliche Leistungssteigerung, sondern nur ein anderes Ansprechverhalten auf den Gaspedalweg. Die original 48 mm Drosselklappe kann modifiziert werden (De-Wedging), was eine leichte Leistungssteigerung bringt.
  • Luftsammler mit Ansaugrohren: Für den Rover K gibt es den Luftsammler, meist als Plenum bezeichnet, aus schwarzem Kunststoff und aus Aluminium. Das Plastikplenum hat dünnere Ansaugrohre und sorgt für ein Drehmomentmaximum bei 3000 und 5000 U/min. Das Aluplenum ist für die stärkeren VVC-Motoren ab 145 PS entwickelt worden und hat einen größeren Durchmesser. Ohne VVC sollte ein Aluplenum erst ab ca. 150 PS verwendet werden, wenn man nicht Drehmoment im unteren Drehzahlbereich verlieren will.

Abgasanlage

Die Abgasanlage hat die Aufgabe das Abgas derart zu reinigen (Stichwort Kat) und den Lärm zu reduzieren, dass die gesetzlichen Auflagen erfüllt werden. Aus Leistungssicht ist die Kunst dabei, dies so zu tun, dass möglichst viel Abgas nach der Verbrennung aus den Zylinder ausgestoßen wird, damit der Hubraum für einen hohen Mitteldruck mit möglichst viel frischen Verbrennungsgasen gefüllt werden kann. Allerdings sind auch hier dynamische Effekte der Luftmassen zu berücksichtigen. So kann es zum Beispiel bei einer sehr scharfen Auslassnockenwelle passieren, dass durch eine Abgasanlage mit zu wenig Widerstand frische Verbrennungsgase beim Ausstoßtakt mit dem Abgas mitgezogen werden.
Näheres in der Kategorie Abgassystem.

Eine auf die Leistung des Motors abgestimmte Abgasanlage ist Bestandteil jeden ernsthaften Motortunings. Die drei wesentlichen Bestandteile der Abgasanlage des Rover K sind:

  • Krümmer: ein in Durchmesser und Länge der einzelnen Rohre und Art der Zusammenführung (4-1 oder 4-2-1) passender Fächerkrümmer kann das Drehmoment im unteren, mittleren oder oberen Drehzahlbereich anheben.
  • Katalysator: ein Sportkat mit weniger Strömungswiderstand kann zu einer besseren Füllung des Zylinder beitragen
  • Endschalldämpfer: neben Aspekten des Akustik-Tunings hat ein Sportschalldämpfer weniger Strömungswiderstand kann zu einer besseren Füllung des Zylinder beitragen

Steuerzeiten und Ventilhub

Durch sogenannte 'scharfe Nockenwellen' wird eine längere Öffnungszeit der Ventile und/oder größerer Ventilhub ermöglicht, dass mehr Luft-Gasgemisch angesaugt und die Abgase besser ausgestoßen werden.
Durch verstellbare Nockenwellenräder können die Steuerzeiten optimiert werden. Besonders wichtig ist dabei der Überlappungsbereich zwischen den Takten 'Ausstoßen' und 'Ansaugen', wenn die Auslassventile noch und die Einlassventile bereits geöffnet sind.

Steuergerät (Zündzeitpunkt und Gemischaufbereitung)

Allein durch das Steuergerät ohne sonstige Modifikationen lässt sich beim Rover K ohne Turbolader keine nennenswerte Mehrleistung erzielen. Allerdings erfordern alle Maßnahmen, die eine bessere Füllung des Zylinders mit Luft (Ansaugung, Nockenwellen, Porting...) bewirken, eine im gleichen Maß erhöhte Kraftstoffmenge. Durch ein frei programmierbares Steuergerät kann wieder ein optimales Luft-Kraftstoffgemisch erreicht werden. Auch bei Modifikationen, die eine höhere Drehzahl zur Leistungssteigerung erlauben, muss ein frei programmierbares Steuergerät verwendet werden, um die beim Originalsteuergerät fest eingestellte Drehzahlgrenze zu überschreiten.

Massenreduktion

Bei der Massenreduktion gilt es zwischen oszilierenden Massen (Pleuel, Kolben, Ventile, Ventilstößel...) und rotierenden Massen (Schwungrad, Kurbelwelle, Riemenscheibe...) zu unterscheiden.
Eine Massenreduktion der oszilierenden Massen führt zu mehr Leistung, da pro Umdrehung weniger Masse gebremst und beschleunigt werden müssen. Außerdem reduziert sie die Belastung der Lager und senkt die Reibung. Nachteil dieses Tunings ist, dass die leichten Komponeten die selbe Festigkeit wie die orginalen, schwereren Teile haben müssen, was nur durch die Verwendung von hochwertigen (teuren) Materialien und Herstellungmethoden möglich ist.
Die Massenreduktion der rotierenden Massen führt zu einem Motor, der schneller hochdreht, ohne dass man einen Zuwachs in Leistung oder Drehmoment sieht. Außerdem sinkt die Belastung auf das Getriebe bei der Angelichung der Motordrehzahl. Eine zu starke Reduktion der rotierenden Massen kann zu einem Motor führen, der bei niedigen Drehzahlen rau läuft oder zu viel Vibrationen an andere Komponeten druchlässt, was zu Schäden führen kann.

Bewährte Konzepte ohne Aufladung

Über die Jahre habe sich ein paar erfolgreiche Konzepte zur Leistungssteigerung herausgestellt. Am bekanntesten in der Szene sind z. B. die Leistungssteigerungen durch Dave Andrews (DVA Power), Rover Fabry (Sabre Heads), Komotec, Rotec. Dabei lassen sich die meisten Leistungssteigerungen in die folgenden Kategorien einordnen:

Nockenwellen
Durch scharfe Nockenwellen sind in Kombination mit einer verbesserten Ansaugung und Abgasanlage bis zu 140 PS möglich, darüber hinaus wird ohne frei programmierbare ECU das Gemisch zu mager. Neben den Nockenwellen selbst müssen eventuell die Ventilfedern, Ventilteller, Stößel getauscht und einstellbare Nockenwellenräder verwendet werden.

Nockenwellen + ECU
Durch scharfe Nockenwellen und eine frei programmierbare ECU sind in Kombination mit einer verbesserten Ansaugung und Abgasanlage bis zu 155 PS möglich. Darüber hinaus sind die Kanäle und Ventile im Zylinderkopf zu klein. Neben den Nockenwellen selbst müssen eventuell die Ventilfedern, Ventilteller, Stößel getauscht und einstellbare Nockenwellenräder verwendet werden.

Porting
Durch Porting sind bis zu 140 PS möglich. Das große Potenzial von Porting kommt erst in Verbindung mit schärferen Nockenwellen zur Geltung. Es gibt das reine Porting, also nur die Bearbeitung der Ein- und Auslasskanäle und Porting mit Umbau des Zylinderkopf auf größere Ventile.

Porting + ECU
Durch Porting und geändertem Steuergerät sind bis zu 145 PS möglich. Rover hat dieses Tuning bei der Elise S1 Sport 135 angewandt.

Porting + Nockenwellen
Durch Porting und scharfe Nockenwellen sind bis zu 155 PS möglich, darüber hinaus wird ohne frei programmierbare ECU das Gemisch zu mager. Neben den Nockenwellen selbst müssen eventuell die Ventilfedern, Ventilteller, Stößel getauscht und einstellbare Nockenwellenräder verwendet werden.

Porting + Nockenwellen + ECU
Durch Porting, scharfe Nockenwellen und eine frei programmierbare ECU sind über 180 PS möglich. Neben den Nockenwellen selbst müssen eventuell die Ventilfedern, Ventilteller, Stößel getauscht und einstellbare Nockenwellenräder verwendet werden. Ab 160 PS sollten die Kolben, Pleuel und eventuell sogar die Kurbelwelle gegen belastbarere Schmiedeteile ersetzt werden. Bei Überschreitung von 7500 U/min sollten Ventilfedern, Ventilteller und Stößel gegen belastbarere Versionen getauscht werden.

Porting + Nockenwellen + ECU + Einzeldrosselklappenanlage
Durch Porting, scharfe Nockenwellen, eine frei programmierbare ECU und eine Einzeldrosselklappenanlage sind über 200 PS möglich. Ab 160 PS sollten die Kolben, Pleuel und eventuell sogar die Kurbelwelle gegen belastbarere Schmiedeteile ersetzt werden. Bei Überschreitung von 7500 U/min sollten Ventilfedern, Ventilteller und Stößel gegen belastbarere Versionen getauscht werden.

Ein Vergleich der zur Zeit angebotenen Leistungskits für den Rover K ohne VVC zeigt folgenden Zusammenhang zwischen Kosten und (Maximal-)Leistung. Die Kosten umfassen nur die Teile, bzw. Arbeit für das Porting (zum Teil inklusive größerer Ventile) ohne Montage oder Porto.

K-tuning.png

Die angegebenen Spitzenleistungen erfordern unter Umständen noch weitere Modifikationen, wie z. B. Getriebe, Ölkühler, Fächerkrümmer, Sportkat oder De-Cat, Sportauspuff, Sportluftfilter, größere Drosselklappe, Alu-Plenum, leichtes Schwungrad, geschmiedete Kolben, Pleuel, Kurbelwelle, steifere Ventilfedern, Ventilteller, Stößel, verstellbare Nockenwellenräder, Trockensumpfölschmierung. Je nach Kit sind diese Modifikationen aber auch schon teilweise in den Kosten berücksichtigt.
Wichtig ist auch immer zu beachten, dass die Spitzenleistung nur wenig über die Kraftentfaltung des Motor über das gesamte Drehzahlband aussagt (siehe Grundlagen Motortuning). Viele Tunings, insbesondere mit hohem Leistungsgewinn, gehen zu Lasten des Drehmoments im niedrigen Drehzalbereich, bis hin zu unrundem Leerlauf. Solche Motoren benötigen ein angepasstes Getriebe und sind für den normalen Straßenverkehr nur noch bedingt tauglich.

Tuning ab Werk

MG TF 135

Der 135 PS aus dem MG TF ist kein Tuning im eigentlichen Sinn, sondern eine späte Variante des Serienmotors. Dennoch wird er gerne als Referenz für mildes Tunig verwendet und darum sollen hier die Unterschiede zum 120 PS Motor der Elise aufgezeigt werden:

  • Nockenwellen mit 252 ° Dauer und 9,5 mm Hub (statt 244 ° und 8,8 mm)
  • 3-Winkel Ventilsitz
  • Alu-Plenum
  • MEMS 2.0 Steuergerät mit verteilerloser Zündung

Lotus 135

Dieses Tuning kam ab Werk in der Lotus Elise Sport 135 zum Einsatz oder konnte als vormontierter Austauschzylinderkopf zum Nachrüsten im schicken Flightcase gekauft werden.
Mit dem Tuning wurden über 140 PS erreicht. Die Bezeichnung 135 und offizielle Leistungsangabe 135 BHP wurde aus versicherungstechnischen Gründen gewählt.
Unterschiede 135 gegenüber 120 PS-Version:

  • geporteter Zylinderkopf
  • Alu-Ansaugplenum
  • Sport-Endschalldämpfer (Bj 1998 ohne Katalysator)
  • kein MEMS Steuergerät (vermutlich GEMS)

Lotus 160

Die ersten 50 Stück Elise Sport 160 hatten mit Sportkat und Sportauspuff 160 PS. Die zweite Serie hatte den Kat und Auspuff der 111S und einen Zusatz-Luftfilter zur Schalldämmung und erreichte nur noch 147 PS.
Unterschiede 160 gegenüber gegenüber 120 PS-Version:

  • geporteter Zylinderkopf
  • scharfe Nockenwellen (vermutlich PTP R140)
  • Alu-Ansaugplenum
  • die ersten 50 mit GEMs Steuergerät, dann EFI
  • Sport-Endschalldämpfer

VHPD

Die Sport 190, der Exige S1 und der 340R haben den VHPD Motor. Dieser erreicht bis zu 190 PS.
Unterschiede VHPD gegenüber gegenüber 120 PS-Version:
siehe eigene Seite zum VHPD