In der Welt der Verbrennungsmotoren hallt ein Satz immer wieder durch die Garagen und Werkstätten: „Hubraum ist alles.“ Er verkörpert die Idee, dass mehr Zylindervolumen unmittelbar zu mehr Leistung und Drehmoment führt – eine einfache Formel, die viele Enthusiasten begeistert. Besonders bei klassischen Motoren wie dem Perkins A4.107, einem robusten und bewährten Vierzylinder-Dieselmotor, der in unzähligen Traktoren, Gabelstaplern und Industriemaschinen seinen Dienst verrichtet hat, taucht die Frage nach einer möglichen Hubraumerhöhung oft auf. Doch ist es technisch machbar, diesen Motor durch reines Aufbohren auf stattliche 2 Liter Hubraum zu bringen? Dieser Artikel taucht tief in die technischen Details ein und beleuchtet die Möglichkeiten, Grenzen und Herausforderungen eines solchen ambitionierten Projekts.
### Der Perkins A4.107: Ein Arbeitstier im Detail
Bevor wir uns der Frage der Hubraumerhöhung widmen, werfen wir einen Blick auf die Ausgangsbasis. Der Perkins A4.107 ist ein klassischer Reihenvierzylinder-Dieselmotor mit einem ursprünglichen Hubraum von etwa 1,76 Litern (manchmal auch als 1,8 Liter bezeichnet, aber die exakte Angabe ist 1760 cm³). Er zeichnet sich durch seine Langlebigkeit, Zuverlässigkeit und einfache Wartung aus. Seine typischen Spezifikationen sind:
* **Zylinderzahl:** 4
* **Bohrung:** ca. 79,4 mm (3.125 Zoll)
* **Hub:** ca. 88,9 mm (3.500 Zoll)
* **Leistung:** Je nach Abstimmung und Einsatzgebiet zwischen 30 und 40 PS.
Diese Werte bilden die Grundlage für unsere Betrachtungen. Das Ziel ist es, diesen Motor durch Aufbohren der Zylinder auf genau 2 Liter Hubraum (2000 cm³) zu erweitern, ohne den Hub zu verändern.
### Die Mathematik des Hubraums: Was ist nötig?
Um den benötigten Zylinderdurchmesser für 2 Liter Hubraum zu ermitteln, nutzen wir die Formel für den Zylinderinhalt:
* V_gesamt = (π * (Bohrung/2)² * Hub * Zylinderzahl)
Wir wissen:
* V_gesamt (Ziel) = 2000 cm³
* Hub = 8,89 cm (88,9 mm)
* Zylinderzahl = 4
Lösen wir die Gleichung nach der Bohrung auf:
* 2000 cm³ = π * (Bohrung/2)² * 8,89 cm * 4
* (Bohrung/2)² = 2000 / (π * 8,89 * 4)
* (Bohrung/2)² ≈ 2000 / 111,75
* (Bohrung/2)² ≈ 17,90
* Bohrung/2 ≈ √17,90 ≈ 4,23 cm
* Bohrung ≈ 8,46 cm
Das bedeutet, um auf 2 Liter Hubraum zu kommen, müsste die Bohrung von ursprünglich 79,4 mm auf ca. 84,6 mm erweitert werden. Das ist eine Differenz von **5,2 mm im Durchmesser**. Anders ausgedrückt: Jede Zylinderwand müsste um **2,6 mm im Radius** abgetragen werden. Hier beginnt die eigentliche technische Herausforderung.
### Die Kernfrage: Zylinderwandstärke und Blockintegrität
Die mit Abstand wichtigste und limitierende Größe bei einem solchen Projekt ist die Zylinderwandstärke des Motorblocks. Motoren werden von den Herstellern mit einem bestimmten Sicherheitsspielraum konstruiert, der jedoch selten Reserven für eine derart drastische Hubraumerhöhung durch Aufbohren bietet.
1. **Originale Wandstärke:** Die Wandstärke zwischen den Zylindern sowie zwischen Zylinder und Kühlmittelkanälen ist entscheidend. Beim Perkins A4.107 handelt es sich in der Regel um einen Motor mit **trockenen Laufbuchsen** (Dry Liners). Diese Laufbuchsen sind in den Motorblock eingepresst und nicht direkt vom Kühlwasser umspült. Der Motorblock selbst ist also die tragende Struktur, in der die Buchsen sitzen.
2. **Abtrag von 2,6 mm pro Radius:** Ein Abtrag von 2,6 mm pro Seite ist enorm. Standardmäßige Übermaße beim Aufbohren zur Instandsetzung liegen bei 0,25 mm, 0,5 mm oder maximal 1,0 mm. Eine Erweiterung um 5,2 mm im Durchmesser überschreitet diese Toleranzen bei weitem. Die Wahrscheinlichkeit ist sehr hoch, dass:
* Die **Zylinderwände zu dünn** werden. Dies würde die mechanische Stabilität der Zylinder beeinträchtigen und sie anfällig für Verformungen unter Kompressions- und Verbrennungsdruck machen.
* Die **Wand zwischen benachbarten Zylindern** oder zwischen Zylinder und Kühlmittelkanal durchbrochen wird. Dies würde zum Verlust der Wasserdichtigkeit führen und den Motorblock irreparabel beschädigen.
* Die **Kühlleistung** massiv leidet. Dünnere Wände könnten die Wärmeübertragung beeinträchtigen und zu lokalen Überhitzungen führen, auch wenn sie nicht direkt an Kühlmittel grenzen.
### Optionen für die Zylinderbearbeitung
Gehen wir hypothetisch davon aus, es *gäbe* genug Material im Block:
1. **Direktes Aufbohren des Blocks:** Dies wäre die einfachste Methode, wenn der Motor keine Laufbuchsen hätte oder die vorhandenen Buchsen so dünn wären, dass sie mitsamt dem umgebenden Material des Blocks aufgebohrt werden könnten. Angesichts der Konstruktion mit trockenen Buchsen ist dies nicht der primäre Weg.
2. **Auswechseln der Laufbuchsen:** Die vorhandenen trockenen Laufbuchsen würden aus dem Block entfernt. Anschließend müsste die Aufnahmebohrung im Block für die neuen, größeren Laufbuchsen entsprechend aufgebohrt werden. Dies erfordert immer noch eine massive Materialentnahme aus dem Block selbst. Danach würden **speziell angefertigte Laufbuchsen** mit dem neuen Innendurchmesser von 84,6 mm eingesetzt. Dies ist der realistischere Weg, wenn die Zylinderwandstärke des Blocks es überhaupt zulässt. Die neuen Laufbuchsen müssten ebenfalls eine ausreichende Wandstärke aufweisen, um stabil zu sein.
Die Herausforderung bleibt dieselbe: Der Motorblock des Perkins A4.107 wurde nicht für eine derart signifikante Vergrößerung der Bohrung konstruiert. Die Materialreserven sind äußerst begrenzt.
### Weitere technische Herausforderungen und Anpassungen
Selbst wenn das Wunder geschieht und der Motorblock das Aufbohren auf 84,6 mm zulässt, sind damit noch lange nicht alle Hürden genommen:
1. **Kolben:** Für die neue Bohrung von 84,6 mm müssten **Sonderkolben** angefertigt werden. Kolben dieser Größe sind für den A4.107 nicht von der Stange erhältlich. Dies ist ein kostspieliger und zeitaufwendiger Prozess, der eine präzise Abstimmung auf das Kolbenbolzenmaß, die Kompressionshöhe und das Gewicht erfordert.
2. **Zylinderkopfdichtung:** Eine größere Bohrung erfordert eine Zylinderkopfdichtung mit entsprechend größeren Brennraumöffnungen. Eine solche Dichtung müsste ebenfalls speziell angefertigt werden. Hierbei ist die Dichtigkeit der Stege zwischen den Zylindern und zu den Kühlmittelkanälen kritisch.
3. **Kurbelwelle und Pleuelstangen:** Da wir den Hub nicht verändern, bleiben Kurbelwelle und Pleuelstangen in ihren Dimensionen gleich. Allerdings führt der größere Zylinderdurchmesser zu einer größeren Fläche, auf die der Verbrennungsdruck wirkt. Dies erhöht die Belastung auf die Kurbelwelle und die Pleuelstangen, was deren Lebensdauer verkürzen könnte, wenn sie nicht für die höheren Kräfte ausgelegt sind.
4. **Kompressionsverhältnis:** Die Hubraumerhöhung durch Aufbohren verändert das Verhältnis von verdrängtem Volumen zu Brennraumvolumen. Ohne Anpassungen am Zylinderkopf (Brennraumvolumen) würde sich das Kompressionsverhältnis leicht verändern. Bei Dieselmotoren ist das Kompressionsverhältnis entscheidend für die Selbstzündung. Präzise Berechnungen und gegebenenfalls Anpassungen des Brennraumvolumens (z.B. durch andere Kolbenform oder Zylinderkopfbearbeitung) wären notwendig.
5. **Kraftstoffeinspritzung und Luftversorgung:** Mehr Hubraum bedeutet, dass der Motor bei jedem Arbeitstakt mehr Luft ansaugt und mehr Kraftstoff benötigt, um eine effiziente Verbrennung zu gewährleisten. Die originale Einspritzpumpe und die Einspritzdüsen wären wahrscheinlich nicht ausreichend, um die benötigte Kraftstoffmenge präzise zu liefern. Eine **Überarbeitung oder Anpassung der Einspritzanlage** ist unerlässlich. Auch das Ansaugsystem und die Abgasanlage könnten Engpässe darstellen und müssten gegebenenfalls angepasst werden, um den erhöhten Gasdurchsatz zu bewältigen.
6. **Kühlung:** Wie bereits erwähnt, könnte eine reduzierte Zylinderwandstärke die Wärmeableitung negativ beeinflussen. Selbst bei ausreichender Materialstärke könnten die thermischen Belastungen des Motors so stark ansteigen, dass das originale Kühlsystem an seine Grenzen stößt. Eine **optimierte Kühlung** wäre möglicherweise notwendig.
7. **Betriebssicherheit und Lebensdauer:** Ein derart modifizierter Motor ist eine Eigenkonstruktion. Die Dauerhaltbarkeit und Zuverlässigkeit des Motors wären stark kompromittiert. Die Betriebssicherheit wäre geringer, und die Lebensdauer im Vergleich zum Serienmotor drastisch reduziert, da Komponenten an ihre mechanischen und thermischen Grenzen gebracht werden.
### Die Kosten-Nutzen-Rechnung
Die Kosten für ein solches Projekt wären enorm. Sonderkolben, individuelle Laufbuchsen, angepasste Zylinderkopfdichtung, eventuelle Bearbeitung des Zylinderkopfes und der Einspritzanlage, sowie die hochpräzisen Arbeiten am Motorblock würden schnell in den vier- oder sogar fünfstelligen Bereich gehen. Im Verhältnis zur erwarteten Leistungssteigerung (die bei einem reinen Saugdiesel durch Hubraumerhöhung zwar spürbar, aber nicht extrem ist) und den gravierenden Einbußen bei der Zuverlässigkeit und Lebensdauer, ist der Nutzen fragwürdig.
### Alternativen zur Hubraumerhöhung durch Aufbohren
Wenn das Ziel eine Leistungssteigerung des Perkins A4.107 ist, gibt es technisch sinnvollere und oft kostengünstigere Alternativen:
1. **Turboaufladung:** Die Nachrüstung eines Turboladers ist eine gängige Methode, um die Leistung von Dieselmotoren zu erhöhen. Durch die erhöhte Luftmenge kann mehr Kraftstoff verbrannt werden, was zu einer deutlichen Leistungssteigerung führt. Dies erfordert jedoch Anpassungen am Ladedruck, der Einspritzung und oft auch eine Verstärkung interner Komponenten.
2. **Optimierung der Einspritzanlage:** Eine präzise Einstellung oder Überarbeitung der Einspritzpumpe und der Düsen kann bereits eine spürbare Leistungssteigerung bewirken, ohne die mechanische Substanz des Motors anzugreifen.
3. **Motor-Swap:** In manchen Fällen ist es sinnvoller und wirtschaftlicher, den gesamten Motor durch ein leistungsstärkeres Aggregat zu ersetzen, das von Werk aus die gewünschten Leistungsdaten bietet.
### Fazit: Technisch machbar, aber kaum praktikabel
Ist es technisch machbar, den Perkins A4.107 durch Aufbohren auf 2 Liter zu bringen? Die kurze Antwort lautet: Theoretisch ja, praktisch extrem schwierig und mit erheblichen Kompromissen verbunden.
Die primäre Hürde ist die unzureichende Zylinderwandstärke des originalen Motorblocks, die ein Aufbohren um 5,2 mm im Durchmesser mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht zulassen würde, ohne die Integrität des Blocks zu zerstören. Selbst wenn es gelingen würde, stünden weitere kostspielige und aufwendige Anpassungen an Kolben, Dichtungen, Einspritzung und Kühlsystem an. Die resultierende Betriebssicherheit, Lebensdauer und die enormen Kosten machen ein solches Vorhaben in den meisten Fällen unwirtschaftlich und unvernünftig.
Für den passionierten Ingenieur, der vor keiner Herausforderung zurückschreckt und das Projekt als reine Machbarkeitsstudie betrachtet, mag der Weg offen sein. Für den praktischen Anwender, der seinen Perkins A4.107 dauerhaft und zuverlässig betreiben möchte, sind jedoch andere Wege zur Leistungssteigerung oder eine Motorumrüstung die wesentlich klügere Wahl. „Hubraum ist alles” mag eine verlockende These sein, aber in diesem spezifischen Fall stößt sie an die physikalischen und konstruktiven Grenzen eines bewährten, aber eben nicht unendlich modifizierbaren Motors.