RN32 Motorschäden

[preuss]

Mich hat es in Misano auch erwischt. .....
Baue jetzt einen Rn65 Motor ein und weiter geht's.

Vom RN65 Motor passt aber nur das Unterteil. Zylinderkopf muss von RN32/49 sein. Sonst muss alles auf RN65 umgebaut werden. Sprich Drosselklappe, Airbox, Kabelbaum, Gasgriff etc...

Ich habe ein bisschen nach gelesen und zumindest in den USA und UK haben schon einige nur den Motor getauscht, in dem sie Adapter platten für die Einspritzung benutzt haben. Ich schau mir das einfach mal an wenn der Motor da ist.

[Knubbler]

Hey Mike/preuss,
Erstmal vielen Dank, dass Du die Schadensbilder mit uns teilst, ich finde das äußerst interessant!
Die zitierte Haltbarkeitsanalyse sehe ich auch eher kritisch, denn eine Simulation spuckt einem sehr schöne Bilder aus, hat aber wenig absolute Aussagekraft, wenn die tatsächlichen Randbedingungen unbekannt sind. Die Gegebenheiten genau zu kennen ist allerdings essenziell, um Dauerfestigkeit untersuchen und voraussagen zu können. Im Inneren des Motors, sind die Bedingungen im befeuerten Betrieb definitiv eine Unbekannte, was viele Messungen im Versuch gezeigt haben. Wenn ich CFD Analysen (numerische Strömungssimulation) durchführe, dann kommen dabei auch sehr schöne bunte Grafiken heraus, der tatsächliche Wahrheitsgehalt steht aber auf einem anderen Blatt. Es heißt nicht umsonst spöttisch "Colours For Directors"
Man bewegt sich da auf unglaublich komplizierten Gebieten und die Programme sind gewaltig in der Tiefe der Randbedingungen. Wer in ANSYS schon mal auf erweiterte Optionen geklickt hat, weiß wovon ich spreche.

Man müsste rauskriegen warum es so gut wie immer Zylinder 2 zerlegt.

Genau diese Frage hat mich beschäftigt. Was unterscheidet denn Zylinder 2 des R1 Crossplane von den anderen Zylindern und auch von Flatplane Motoren?
Thermisch höher belastet sind die inneren Zylinder ja bei allen Triebwerken, was man an den Zündungskennfeldern oft auch sieht. Aber bei einem normalen R4 reißen auch nicht vorzugsweise die inneren Pleuel ab und wenn sie es tun, dann eher in einer Art Knickbelastung oder eben klassischer Gewaltbruch nach Schädigung. Ich finde die Brüche der R1 Pleuel optisch eher ungewöhnlich aus und vor allem jetzt das Bild vom Carrillo Pleuel ist definitiv kein Bruch auf Druck Belastung. Es sieht eher nach Versagen auf Zug aus, doch wie kann das passieren? Wären der Motoren überdreht worden (Massenkraft des Kolben und oszillierender Pleuel Teil erzeugen Zugkräfte beim Abbremsen), dann würde auch andere Pleuel abreißen oder zumindest geschädigt sein. Das würde ich ausschließen, bzw. es wäre an den verbleibenden Pleuel messbar. Aus dem selben Grund würde ich auch ausschließen, dass die Yamaha Ingenieure einen Fehler bei der Auslegung der Titanpleuel gemacht haben und das über so viele Jahre nicht bemerkt hätten, denn auch das müsste man an den anderen Pleuel erkennbar sein, die noch ganz sind. Wenn ich das richtig verstanden habe, dann haben Leute sogar schon die äußeren Pleuel nach innen getauscht und trotzdem ist Zylinder 2 wieder gerissen. Was hat es also mit diesem Zylinder auf sich?

Ich möchte da nochmal meine Crossplane Mehr-Belastungs-Theorie heranziehen. Der zweite Zylinder bei der R1 ist der einzige, nachdem 90° später nochmal gezündet wird. Kein anderer Zylinder hat diese Eigenschaft und auch kein Flatplane Motor. Hier zur Verdeutlichung:

Quelle: Yamaha Motor Global, Youtube

Jetzt kann man sich denken "na und? Irgendwo muss ja gezündet werden?"
Stimmt, aber was macht das auf Dauer mit den Komponenten? Vielleicht muss ich meinen Gedanken noch etwas genauer ausführen. Dazu ein Bild zur Verdeutlichung, was passiert, wenn ein Kolben durch die Gaskraft nach unten geschoben wird. Der Zündzeitpunkt ist im Idealfall so gesetzt, dass der höchste Verbrennungsdruck kurz nach dem OT anliegt, über den Pleuelwinkel zum Kurbelwinkel ergeben sich radiale und tangentiale Kräfte, die Kurbelwelle wird beschleunigt. So weit alles logisch.

Quelle: Dr.-Ing. Steffen Rödling, Experimenteller Betriebsfestigkeitsnachweis Kurbeltrieb

Bei einem normalen Flatplane Motor sind die Hubzapfen bekanntlich um 180° versetzt. Das bedeutet, wenn ein Zylinder zündet und die Kurbelwelle beschleunigt, dann stehen alle anderen nahe UT/OT. Somit rühren sich die Pleuel in Ihrer Höhe kaum vom Fleck, selbst wenn man die Kurbelwelle mit dem Vorschlaghammer beschleunigen würde, sind die Pleuel Beschleunigungskräfte sehr klein. Jetzt zur Crossplane Welle, da wird Zylinder 2 ganz normal gezündet, die Kurbelwelle wird beschleunigt, alles gut. Dann wird allerdings 90° später der Zylinder 4 gezündet und das ist der Moment, auf den ich aufmerksam machen möchte. Denn da steht das Pleuel von Zyl.2 annähernd tangential zum Kurbelradius und bekommt die extra Kurbelwellen Beschleunigung als vollen Zug gegenüber den oszillierenden Massen ab. Eine einzigartige Situation, die nur am Crossplane Zyl.2 entsteht. Diese Zugkraft ist natürlich meilenweit davon entfernt, das Pleuel in einem Ruck abzureißen. Bedeutet, ich möchte Yamaha in keinster Weise unterstellen, dass sie Ihre Hausaufgaben in der Elastostatik Auslegung der Pleuel nicht gemacht hätten. Wie die Analysen zeigen, werden die internen Spannungen zu keinem Zeitpunkt überschritten und doch reißen die Pleuel ab. Das ist ein deutlicher Hinweis, dass wir uns im Thema der Dauerhaltbarkeit bewegen. Das Pleuel von Zylinder 3 steht natürlich auch in dem Moment tangential, wird allerdings nur abschwächt mit der Druckkraft belastet, wofür es mit der Gaskraft designed wurde. Nicht alle Materialien reagieren auf Zug und Druck gleich.
Ich vermute daher, würde man einen R1 Rennstrecken Motor nach 2000km zerlegen, wo sich die Pleuel in Richtung 10^7 Lastspiele bewegen und eine Schwingfestigkeits-Analyse an Ihnen durchführen, dann würde das Zyl.2 Pleuel in der resultierenden Wöhlerkurve einen deutlich geschwächten Verlauf aufweisen. Und das resultiert darin, dass es unter normalen Lastbedingungen bereits brechen kann. Die Mehrbelastung durch die tangentiale Beschleunigung würde sich daher in der Logik decken, dass es signifikant Zylinder 2 trifft und selbst getauschte Pleuel von anderen Zylindern dort brechen.
Das sind jedoch im jetzigen Stadium nur Gedankenspiele und ersetzt keine wissenschaftliche Analyse des Problems. Es kann sich durchaus um ein komplexes, mehrschichtiges Problem handeln und sich beispielsweise mit Schwingungen paaren. Ich gehe jedoch nicht davon aus, dass es ein rein thermisches Problem ist oder an der Auslegung liegt, das wäre deutlich zu einfach.

[MadMike323]

Mich hat es in Misano auch erwischt. Gegengerade kurz vor der Curvone.

Rn32 Motor hatte aber jetzt auch schon 26.000km drauf, aber auch schon den zweiten Service. Gerade 1200km her. Alle Lager neu, pleuel neu, Kolben neu, rn49 Ventilfedern neu.

Ich hatte sie aber auch ein paar mal für ein paar sek. im Drehzahl-begrenzer. Könnte mir vorstellen dass dem Motor das nicht gefiel.

2 auslassventile krumm, kolbenbolzen und Pleuel-auge sehen noch top aus. Die Lager auch alle noch wie neu...

Baue jetzt einen Rn65 Motor ein und weiter geht's.

Vom RN65 Motor passt aber nur das Unterteil. Zylinderkopf muss von RN32/49 sein. Sonst muss alles auf RN65 umgebaut werden. Sprich Drosselklappe, Airbox, Kabelbaum, Gasgriff etc...

So hatte ich das gemacht. Nagelneuer RN65 Motor und dann einen 32er Kopf drauf. Ventile, Nocken, Federn usw kann man alles von der 65er nehmen.
Wobei ich auch sagen muss: RN32 Motor hielt 12tkm, RN65 Motor 4400km

[Henning #17]

Ich habe ein bisschen nach gelesen und zumindest in den USA und UK haben schon einige nur den Motor getauscht, in dem sie Adapter platten für die Einspritzung benutzt haben. Ich schau mir das einfach mal an wenn der Motor da ist.

Ja, damit kannst du die 32'er Airbox usw. auf dem 65'er Motor nutzen:

[MadMike323]

Richtig gut. Sowas gabs, 2020 als ich den Umbau machte, noch nicht

[saflo]

@knubbler: Deine Analysen, oder wie Du es nennst, Deine Gedanken, sind für den Halb-Profi/Semi-Laien verständlich aufbereitet - danke dafür!!!

Grüße -Stefan

[DaveMave]

Bei einem normalen Flatplane Motor sind die Hubzapfen bekanntlich um 180° versetzt. Das bedeutet, wenn ein Zylinder zündet und die Kurbelwelle beschleunigt, dann stehen alle anderen nahe UT/OT. Somit rühren sich die Pleuel in Ihrer Höhe kaum vom Fleck, selbst wenn man die Kurbelwelle mit dem Vorschlaghammer beschleunigen würde, sind die Pleuel Beschleunigungskräfte sehr klein. Jetzt zur Crossplane Welle, da wird Zylinder 2 ganz normal gezündet, die Kurbelwelle wird beschleunigt, alles gut. Dann wird allerdings 90° später der Zylinder 4 gezündet und das ist der Moment, auf den ich aufmerksam machen möchte. Denn da steht das Pleuel von Zyl.2 annähernd tangential zum Kurbelradius und bekommt die extra Kurbelwellen Beschleunigung als vollen Zug gegenüber den oszillierenden Massen ab. Eine einzigartige Situation, die nur am Crossplane Zyl.2 entsteht. Diese Zugkraft ist natürlich meilenweit davon entfernt, das Pleuel in einem Ruck abzureißen. Bedeutet, ich möchte Yamaha in keinster Weise unterstellen, dass sie Ihre Hausaufgaben in der Elastostatik Auslegung der Pleuel nicht gemacht hätten. Wie die Analysen zeigen, werden die internen Spannungen zu keinem Zeitpunkt überschritten und doch reißen die Pleuel ab. Das ist ein deutlicher Hinweis, dass wir uns im Thema der Dauerhaltbarkeit bewegen. Das Pleuel von Zylinder 3 steht natürlich auch in dem Moment tangential, wird allerdings nur abschwächt mit der Druckkraft belastet, wofür es mit der Gaskraft designed wurde. Nicht alle Materialien reagieren auf Zug und Druck gleich.
Ich vermute daher, würde man einen R1 Rennstrecken Motor nach 2000km zerlegen, wo sich die Pleuel in Richtung 10^7 Lastspiele bewegen und eine Schwingfestigkeits-Analyse an Ihnen durchführen, dann würde das Zyl.2 Pleuel in der resultierenden Wöhlerkurve einen deutlich geschwächten Verlauf aufweisen. Und das resultiert darin, dass es unter normalen Lastbedingungen bereits brechen kann. Die Mehrbelastung durch die tangentiale Beschleunigung würde sich daher in der Logik decken, dass es signifikant Zylinder 2 trifft und selbst getauschte Pleuel von anderen Zylindern dort brechen.
Das sind jedoch im jetzigen Stadium nur Gedankenspiele und ersetzt keine wissenschaftliche Analyse des Problems. Es kann sich durchaus um ein komplexes, mehrschichtiges Problem handeln und sich beispielsweise mit Schwingungen paaren. Ich gehe jedoch nicht davon aus, dass es ein rein thermisches Problem ist oder an der Auslegung liegt, das wäre deutlich zu einfach.

Moin Knubbler, deine Beiträge sind ziemlich cool.
Die Erklärung finde ich tatsächlich sehr einleuchtend, allerdings frage ich mich dann warum 90° V2/V4 Motoren nicht in der Frequenz hochgehen. Da müsste doch auch immer ein Hubzapfen der gegenüberliegenden Bank orthogonal zur Kolbenachse stehen wenn gezündet wird oder nicht?

[woofi]

@Knubbler, sehr guter Beitrag.
Vielleicht reicht es ja nur an Zylinder Nr. 2 ein Pankl Pleul zu verbauen...
Würde vielleicht wirklich funktionieren. Pankl ist Gewichtsmäßig identisch zu OEM.

[Knubbler]

Moin Knubbler, deine Beiträge sind ziemlich cool.
Die Erklärung finde ich tatsächlich sehr einleuchtend, allerdings frage ich mich dann warum 90° V2/V4 Motoren nicht in der Frequenz hochgehen. Da müsste doch auch immer ein Hubzapfen der gegenüberliegenden Bank orthogonal zur Kolbenachse stehen wenn gezündet wird oder nicht?

Grüß Dich Dave,
Das ist ein ziemlich guter Einwand
In die Richtung hab ich tatsächlich beim Schreiben auch gedacht, der Text sollte aber nicht noch länger werden. Wollte damit nicht sagen, dass die Zugkraft von Zylinder 4 an Pleuel 2 in der Lage wäre, das Pleuel einfach so abzureißen, das ist sie bei weitem nicht. Es gibt jedoch eine Häufung an Hinweisen, dass die Dauerfestigikeit viel früher Einbußen hat, als Yamaha/Carrillo das eingeplant haben, sonst würden sie nicht abreißen. Es gibt sowohl Stahl als auch Titan Legierungen, die im Gegensatz zu Aluminium (**), ein Dauerfestigikeits-Plateau erreichen.

IMG_20230816_014821.png (91.91 KiB) 358 mal betrachtet

Quelle: syncro-fahrzeugeinrichtungen.de

Je nach Stärke und Häufigkeit der Lastspiele, muss das bei der Auslegung auch mit berücksichtigt werden. Aber wie schon erwähnt, ist es garnicht so leicht die tatsächlichen Bedingungen im Motor zu erfassen. Die Basis Auslegung der Massen- und Gaskräfte ist da vergleichsweise einfach und da hat Yamaha/Carrillo sicherlich keinen Fehler gemacht.
Jetzt nehmen wir mal ein Kontrast Beispiel, die Ducati Panigale V4R. Warum reißen da nicht die Pleuel ab, trotz 90° Pleuel Winkel? Also erstens wird da nicht in die Verbrennung des vorherigen Zylinders hinein gezündet direkt 90° danach, sondern es wird der lange Abstand gewählt. Beispielsweise die SV hat 270/450° Zündungen. Den 90° Grad Abstand hat der Crossplane mW. ganz alleine. Aber selbst wenn die Panigale so zünden würde, dann würde es dem Titan Pleuel wohl deutlich weniger ausmachen als der R1. Die Ducati begrenzt bei 16500rpm und die R1 müsste bei 14500(?) stoppen. Das wären quadratisch gerechnet 30% mehr Zugbelastung durch Massenkräfte am Panigale Pleuel. Es muss also mindestens um diesen Teil stabiler sein. Die Gaskraft ist aber so ziemlich die gleiche bei beiden Motoren, somit tut es dem V4R Pleuel weit weniger.
Zurück zur R1. Die Antwort zur Lösung habt ihr ja bereits genannt, die stabileren Pankl Pleuel (alle vier tauschen, Gewicht mag gleich sein, aber die oszillierende Verteilung sicher nicht bei dickerem Schaft). Wenn diese nicht brechen, dann ist es ein weiteres Indiz, dass es nicht an der Temperatur liegt, sondern eine gewisse Sonderbelastung am Zyl.2 vorhanden ist. Das Pankl Pleuel leidet darunter genauso, doch solange die verbleibende Festigkeit höher ist, als die Belastung, kommt es nicht zum Versagen. Wie bereits gesagt, bräuchte es genauere Untersuchungen um wirklich Fakten zu schaffen, aber die Hinweise zeigen zumindest in eine Richtung und das wollte ich damit aufzeigen.

** jetzt könnte man natürlich einwenden, wie kann Aluminium nicht Dauerfest sein, es sind doch so viele wichtige Bauteile aus Alu? Dann müssten ja alle Flugzeuge vom Himmel fallen.
Die Antwort dazu ist tatsächlich, lass die Flugzeuge nur lange genug fliegen (ohne Wartung/Prüfung/Austausch) und sie werden unweigerlich durch Brüche vom Himmel fallen. Die Begründung dafür ist, würde man ein Flugzeug komplett aus Stahl bauen, dann könnte es entweder garnicht mehr fliegen mit dem Gewicht oder eben keine Nutzlast mehr transportieren. Dazu kommen noch die Kosten, um 1000kg mehr, unnötig eine Tankstrecke weit zu fliegen, werden zusätzlich ~500 Liter Sprit verblasen. Von daher ist es ein Muss auf konsequenten Leichtbau zu setzen. Die Alu und Composit Bauteile werden genaustens ausgelegt und bekommen eine Lebensdauer, werden danach ausgetauscht und davor immer wieder überprüft. Obwohl eine Tragfläche dazu verdammt ist, irgendwann abzubrechen, lässt man es nicht so weit kommen. Das ist der Verdienst unzähliger Ingenieure und Materialwissenschaftlern. Meiner Meinung nach, könnte sich der ganze Fahrzeugsektor eine große Scheibe davon abschneiden.

[doctorvoll]

Knubbler eine Frage zur R1: Würde eine Veränderung des Zündwinkels/ eine spätere Zündung etwas verändern?