100Q Exklusiv Motorumbau NF->7A

[Morti]

Hallo und sorry, ich bin nicht mehr so oft hier im Forum unterwegs, deswegen die späte Antwort.

Der Wagen war fertig und lief, aber ja jetzt kommt das "große aber", mir gefiel nicht wie er sich anhörte. Als ich den 7a Motor über ebay gekauft habe hieß es er wäre komplett überholt worden. Ich war schon etwas skeptisch wie gut das gemacht wurde als ich sah, dass an etlichen Stellen falsche Schrauben steckten, so als hätte jemand alle Schrauben des Motors in einen Beutel geschmissen und danach nicht mehr gewusst wo was hingehört. Also hab ich alle Schrauben und Unterlegscheiben von Audi neu gekauft und dachte es wäre OK. Wie gesagt, er hörte sich aber nicht "gut" an, also hab ich den Motor ausgebaut und zerlegt. Kurz gesagt: es war schockierend! Die Highlights: zwei Lagerbrücken vom Zylinderkopf vertauscht montiert, Pleuel mit der Flex "optimiert", also grob drüber gerutscht und dabei Kerben reingeschnitten, die Kolben waren ebenfalls Schrott, der erste Kompressionsring hatte an jedem Kolben ca. 5/10mm vertikales Spiel, die Zylinder am OT waren so verschlissen, dass gerade so das zweite Übermaß ausreicht, hauptsache der "Erbauer" ist in den verschlissenen Zylindern mit einer Flexhone drübergerutscht. Ich könnte noch immer kotzen, wenn ich daran zurückdenke wie stümperhaft da jemand "gearbeitet" hat. Und dann auch noch die Dreistigkeit von einem komplett überholten Motor zu sprechen...

So kam ich zu der Gewissheit, den Motor muss ich selbst neu aufbauen! Aber wenn ich den Motor schon neu mache, dann will ich auch mehr Hubraum und Leistung, also hab ich Kolben und Ventilkataloge gewälzt. Da man bei sowas auch sehr übertreiben kann wird erstmal eine original aussehende Version vom 7a aufgebaut, die ist aber noch nicht fertig, erstens weil sowas viel Geld kostet und zweitens weil ich viel an anderen Autos gearbeitet hab. Also los gehts:

-7a Block auf zweites Übermaß aufbohren lassen, wegen der Freigängigkeit von der neuen Kurbelwellen, Pleuel, Kolbenkombination hab ich en einigen Stellen im Block Material abnehmen müssen. Alternativ wäre auch ein AAN Block zum aufbohren gegangen, der ist schon ab Werk mit diesen Aussparungen versehen, aber da keiner da war und es nur wenig Material ist das abgefräst werden musste hab ich den 7a Block hergenommen.

-H-Schaft Pleuel von pkm in 144mm und oberem Auge in 20mm, also Standartmaß. Die hab ich schon gekauft. Der Kopf muss wegen der Kolben auf Trapezform umgefräßt werden.

-Kurbelwelle in 95,5mm Hub, am besten mit der gleichen "Nase" vorne wie die Originalkurbelwelle, das ist wichtig weil ich nicht auf Keilrippenriemen-riemenscheibe umbauen will, also den originalen Schwingungsdämpfer weiterverwenden will. Da hab ich die Kurbelwelle vom AAB t4 Bus gekauft.

- Kolben in zweitem Übermaß von Mahle in weitestgehend passender Kompressionshöhe (29,6mm) kommen vom BWA. Um den gleichen Kolbenüberstand wie im original 7a zu erreichen wurden sie um 0,7mm abgedreht und neue Ventiltaschen eingefräst die zu den Einlassventilen im 7a Kopf passen. Diese Kolben sind sehr stabile Slipperkolben und doch noch leicht.

Diese Kombination verhilft dem 7a zu 2583 ccm Hubraum und einer ECHTEN Verdichtung von 10,8:1


Nun zum Kopf: zumindest der Zylinderkopf war rissfrei, also wird er weiterverwendet. Es bleibt beim Hydroventiltrieb, allerdings bekommt er 34mm Einlassventile mit 6mm Schaft von Mahle, und 29,5mm Nimonic Auslassventile mit 6mm Schaft ebenfalls von Mahle.
Manche würden aus den Teilenummern ein Geheimnis machen, ich hab schließlich auch lange in Katalogen gesucht, aber ein Forum lebt nunmal von Informationen also hier sind die Infos:

Das Einlassventil kommt ursprünglich von PSA und wird u.A im XU10J4RS Motor verwendet, ein toller Motor! 2.0l Sauger mit 163PS.
Das Ventil hat die Mahle Nummer 039VE30938000, der Schaft muss gekürzt werden und eine neue Nut (die Abmessungen sind im Kolbenschmidt Katalog ersichtlich)für die Ventilkegelstücke eingestochen werden, danach wird der Schaft induktiv gehärtet. Ich habe mich für klemmende Ventilkegelstücke entschieden z.b von KS die LK6.
Der Ventilteller wird geändert, eine Zeichnung hab ich angefertigt.

Das Auslassventil kommt vom M272 Motor von Mercedes, mit der Mahle Nummer 001V31253000, der Teller ist aus Nimonic bzw. "I" für Inconel und hat 30mm Durchmesser.
Da werde ich 0,5mm abdrehen lassen, ebenso lasse ich den Schaft kürzen und eine neue Nut für LK6 Ventilkeile einstechen, also das gleiche Programm wie beim Einlassventil.

Ventilführungen kommen entweder welche in der originalen CuZnAl Legierung von z.B KS rein. Die 6mm Führungen von den neuen 5V und TFSI passen übrigens nicht, da nur 11mm breit, also mal im Katalog gesucht und passende gefunden: von KS mit der Nummer 81-33113, diese haben die Maße 12,06x5,99x36,4 oder 81-33113 mit den Maßen 12,08x5,98x36.5. Das muss der Motorbauer entscheiden, der presst sie schließlich ein und reibt sie dann mittels Reibahle auf Maß. Bevor er das macht werden die Führungen von meinem Dreher bearbeitet, die für die Einlassventile werden eingeschnürt, die für die Auslassventile bekommen eine Bullet-form.
Es wäre auch möglich Ventilführungen aus ampco 45 herstellen zu lassen, das ist eine NickelAluminiumBronze und perfekt für diesen Einsatzzweck, besser wäre wohl nur noch Berylliumkupfer, das ist aber giftig.

Ventilsitzringe werden ich wahrscheinlich welche aus dem KS Programm einpressen lassen, entweder die HT oder HT plus. Natürlich kann man auch Berylliumkupfer nehmen, aber ich wollte ja nicht übertreiben... Die Kontur hab ich schon aufgezeichnet.

Die Kanäle werden von mir bearbeitet, sie sind in der Form sehr schlecht für einen leistungsstarken Sauger, da der engste Bereich der Ventilsitzring ist, davor sind sie allerdings zu groß. Ich will jetzt nicht nochmal so viel schreiben wie geradeeben, also hier die Kurzversion: Für eine gute Füllung insbesondere bei einem leistungsstarken 4V Sauger sollten die Kanäle vom Ansaugtrichter bis zu den "trouserlegs" in der Größe immer mehr abnehmen und danach zum Ventilsitz wieder größer werden. Natürlich muss man die Strömungsgeschwindigkeiten und Druckwellen im Auge behalten. Siehe z.B. die S14, S38, S50, S54 Zylinderköpfe von BMW, man lese die Beiträge von "TK" bei performanceforums.com und man sollte über "pressure recovery" bei speedtalk.com lesen, ausserdem sind die Beiträge von Erland Cox sehr interessant. Schaut auch mal den Thread von flyfaen und seinem Volvo 940 an, besonders was er über Kanäle und Ventilsitze schreibt.

So jetzt hab ich kein Bock mehr weiter zu schreiben, aber ich stell die Tage noch ein paar Fotos von Motorteilen ein.

Gruß Karsten

[audiavus]

ja, da bin ich auch gespannt was dann am Ende rauskommt. Mein Coupe hatte am Ende 220 PS @ 250NM bei 12,2 Verdichtung. Der kopf war schräggeplant und die Originalen Ventile und Führungen umgearbeitet. Dazu 276/272 NW von Dbilas. KW hatte ich auch die AAB und dazu 16V kolben die etwas bearbeitet wurden. Am Block musst ich nicht viel machen, da ich bei den Serienpleueln geblieben bin. Schwung hatte 6,7 Kg.

bin gespannt wie es weitergeht bei dir

@ Stefan: Ja, der rote Avant sollt endlich mal wieder auf die Straße

[mattes30]

ja, da bin ich auch gespannt was dann am Ende rauskommt. Mein Coupe hatte am Ende 220 PS @ 250NM bei 12,2 Verdichtung. Der kopf war schräggeplant und die Originalen Ventile und Führungen umgearbeitet. Dazu 276/272 NW von Dbilas. KW hatte ich auch die AAB und dazu 16V kolben die etwas bearbeitet wurden. Am Block musst ich nicht viel machen, da ich bei den Serienpleueln geblieben bin. Schwung hatte 6,7 Kg.

bin gespannt wie es weitergeht bei dir

@ Stefan: Ja, der rote Avant sollt endlich mal wieder auf die Straße

Das ist blöd gelaufen mit deinem Motor. Die 95,5 Welle habe ich auch bei meinem 7a verbaut. Und die bwa Kolben auch. Der Motor läuft seit letzten Samstag. Ich bin mal gespannt wie der Läuft.. Viel Erfolg bei deinem 7a

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[audiavus]

Wieso blöd gelaufen, war doch alles Top am QP. Hab das Auto allerdings inzwischen ja verkauft..

[StefanR.]

@Karsten
Immer wieder beeindruckend was du da an Wissen zusammenträgst. Bezüglich des Einlasskanals kannst du da das Problem beim 20V Kopf mal graphisch darstellen Dann kann man es sich evtl. besser vorstellen.

@AudiAvus
Das stimmt. Ich würde im Frühjahr gern weitermachen.

[audiavus]

jetzt weißt ja wie man günstig an 2,5er baut. H-Schaft Pleuel sind aber beim Sauger meiner Meinung nach net nötig, da nimmst die Leichten vom RS2 oder 1,8t die wiegen nicht mehr als H-Schaft. musst halt noch das Gewicht angleichen und und auch das Verhältnis Kolbenbolzenauge/Kurbelwellenteil ausmitteln. Die Leichten Pleuel bekommt ma schon für 25€/Satz (klar die Arbeit spart ma sich mit H-Shaft)

Kolben könnt ich dir abfräsen, die Ventiltaschen muss ich noch gucken ob das klappen würd....

[Morti]

Hi, ich hab mir die Mühe gemacht und ein paar Fotos hochgeladen die euch hoffentlich helfen einen starken 16V oder 20V zu bauen.

Hier sind verschiedene Einlassventile mit Motorbezeichnung, Maßen und Gewichten zu sehen:

und hier im Profil:

Lasst euch nicht täuschen, das Ventil vom N52 ist am Teller großzügig ausgedreht. Ich persönlich tendiere zum PSA Ventil, es hat nur eine kleine Mulde in der Unterseite des Tellers und kann, so bearbeitet wie ich es mir vorstelle, auf um die 46g kommen.

Hier kann man den 16V/20V im Querschnitt sehen:

Es ist deutlich ersichtlich, dass der Kanal insgesamt zu groß ist und der Ventilsitz die Engstelle darstellt.

So würde ich den Kanal gestalten, wenn ich die Höhe wegen dem originalen Ansaugkrümmer beibehalten müsste.

Ich will jetzt nichts davon hören, dass man die Kanäle so groß wie möglich machen sollte, denn so verschenkt man Geschwindigkeit und damit Leistung. Wenn man sich die ersten Generationen des STW 16V Kopfes von Audi ansieht, haben sie genau diesen Fehler gemacht. Sie haben den 027 Kopf genommen, also der mit dem schmalen "Steg" und 50x31mm Flansch, zudem frästen sie die Kanäle bis zu den Grenzen des Gußes auf. Das sah gewaltig aus, brachte aber nicht die gewünschte Leistung. Die späten STW Köpfe bauen von den Kanälen her auf den PT Köpfen auf. Der PT Kopf hat 3mm höher liegende Kanäle mit 27mm Höhe und hat zudem mehr Material in den Kanälen um sie so zu formen wie die Entwickler es sich vorstellten. Bei den letzten STW Köpfen haben die "trouserlegs" ca. 27-28mm Durchmesser, der Flansch des Kanals ist 50x30mm groß und befindet sich 3mm höher als bei "unseren" Köpfen. Viele Zylinderköpfe von Hochdrehzahl-Saugern sind so aufgebaut. Klar die Japaner machen bis jetzt riesengroße Kanäle, aber um die geht es hier nicht.
Der S50B32 hat am Flansch 52x27mm große Kanäle, in 2x 27mm geht es die "trouserlegs" runter, etwa auf Höhe der Ventilführung werden die Kanäle grösser und schließlich folgen 2 35mm große Einlassventile. Aber man muss auch bedenken, dass die Kanäle sehr steil und gerade sind. Daher profitieren sie besonders von hohen Strömungsgeschwindigkeiten

So in etwa sieht es beim s50 aus

Also man rechnet grob die Strömungsgeschwindigkeit aus die man an verschiedenen Stellen der Kanäle wünscht und dimensioniert sie dann entsprechend. Klar, man kommt nicht um reale Tests herum, aber es ist ein guter Anfang.
Hier sind z.B gemessene durchschnittliche Gasgeschwindigkeiten eines S54B32 bei 7900 1/min (also bei der höchsten Leistung):
am Flansch: 110m/s, trouserlegs: 119m/s, throat: 93m/s
Hiermit kann man grob die Durchschnittsgeschwindigkeit ausrechnen: (ccm eines Zylinders x Drehzahl x VE*) / (3000 x angestrebte Geschwindigkeit in m/s) = Querschnitt in mm^2
* VE=volumetric efficiency

Natürlich muss man auch die Länge des Kanals beachten, sucht mal bei speedtalk.com nach "pressure recovery".

Ich hoffe ich konnte euch ein wenig helfen,

Gruß Karsten

P.S. Ich werd die Tage mal ein paar Fotos von meinem S50b32 Zylinderkopf reinstellen. Ebenso stell ich noch ein paar Fotos von TFSI Kolben, Trapezpleueln und genaue Abmessungen der Ventiltaschen rein.

[StefanR.]

Hallo Karsten,

die 20V Köpfe beim 5 Zylinder sind vom Aufbau her sehr nahe am 027er Kopf. Sag mal meinst du man kann den Kanal anpassen an das was du da skizziert hast ? Aufschweißen solle ja kein Problem mehr sein. TK Motorsport baut auf die Weiße STW Köpfe nach. Die modelllieren auch die Brennräume um das Sie denen der letzten ausbaustufen entsprechen.

Welchen Ventilschaft würdest du nehmen ? 7mm oder 6mm ? Und welche Ventilform ?

Danke schon mal.

[audiavus]

Das was Karsten Beschreibt ist natürlich die Quintessenz wenn man auch das letzte aus dem Motor rausholen will. Das ist aber kaum bezahlbar.

An meinem QP hatte ich 220PS bei 250NM, der Kopf War leicht Schräggeplant und Konventionell bearbeitet, mit bearbeiteten Serienventilen und 276&272 NW. Die DK wurde leicht geweitet, ansonsten war der Ansaugtrakt komplett Serie! Block war der Standard 7A mit der 95,5er Dieselwelle und Serien 16V Kolben etwas bearbeitet, damit die Verdichtung etwas runterkam (auf 12,2) und die Ventile nicht Küssen konten. Auch die Einspritzanlage war mit Ausnahme der Boschdüsen Serie!
Mein Kumpel hat an seim t81 noch ne Freiprogrammierbare und Einzeldrossel verbaut und kommt damit auf über 250PS!

Erst wenn einem DAS nimmer langt, kann man mal über Karstens neumodellierung nachdenken, find ich. Also der Step bis 220 PS war mit ca. 1500 - 1800€ recht günstig meiner Meinung nach....

@ Karsten: Sind das dieselben TFSI Kolben, die in den Serienmotoren für die Massiven Ölverbräuche verantwortlich sind (mit den zu klein geratenen Ölabstreifern die dann verkoken)? oder sind das schon andere Kolben? weil sonst hätt ich ehrlich gesagt etwas Bauchweh die zu verbauen

[Morti]

Hallo,
hab ganz vergessen die Fotos reinzustellen.

Also hier ein echtes Sahnestück, der Zylinderkopf des S50B32:

Ja, so sieht er serienmäßig aus . Die Einlasskanäle sind steil und gerade, sie zeigen direkt auf die Einlassventile.
Die Ventilwinkel sind: 15,5° Einlass und 17,5° Auslass.

Und um zu zeigen, wie wenig der "S" 6-Zylinder mit den Brot und Butter Modellen gemeinsam hat, hier noch Fotos vom M52B28 Zylinderkopf:

Hier haben wir einen Ventilwinkel von 20,25° Einlass und 19,25° Auslass.

Ausserdem, was den Einlass des Serien-S50B32 Zylinderkopf angeht übertrifft dieser auf der Fliessbank den FSI 4-Zylinder mit 1mm grösseren Einlassventilen und
cnc-bearbeitung. Das alles mit 2x27mm großen Kanälen .

@Audiavus:

Die Kolben die ich verbaue sind die neueren vom BWA, die haben soweit ich weiss keine Probleme. Von den älteren AXX habe ich gehört, dass sie Probleme mit Kolbenringflattern gehabt haben, und deshalb die Kolben geändert wurden, das sind allerdings keine Infos aus erster Hand.
Wenn ich dazu komme stelle ich Fotos von den AXX Kolben rein und ebenso von den dazugehörigen Trapezpleueln.

Gruß Karsten

[mc2226]

tolles Projekt, meinen vollen Respekt!

zu den AXX Kolben kann ich was sagen, ich hab die für meinen 10v Turbo umbau genommen (hab die aber mit Detonationsnuten versehen um gegen Blowby und Kolbenringflattern entgegenzuwirken) und kann nur sagen, dass ich die Entscheidung nicht bereut habe.. der Motor verbraucht keinen Tropfen Öl..

Wichtig ist hauptsächlich gutes Öl (Vollsynthetisch). Das mit den verstopften/verkokten Ölabstreifringen ist meiner Meinung nach die Schuld der Longlife Öle und nicht der Schuld des Kolbens (wie gesagt, bei mir absolut kein Ölverbrauch seit einem Jahr und ich bin keiner der den Motor schont oder wenig km im Jahr fährt)

Sorry für OT, wollte nur ne Info abgeben
Gruß