Kompressorumbau die Zweite!

Hallo Zusammen!

Vor ca. einem halben Jahr habe ich mit der Abschlussarbeit im Bachelorstudium Maschinenbau begonnen und diese vor 2 Wochen abgegeben. Glücklicherweise konnte ich einen Professor für das Thema "Kompressoraufladung des A-Serie Mini Motors" begeistern.

Die Bachelorarbeit beschreibt die theoretische und praktische Umsetzung der mechanischen Aufladung am Beispiel eines A-Serie Mini Motors.
Ich werde hier nach und nach Text und Bilder Posten.

Zielsetzungen:

-Leistungs und Drehmomentsteigerung des Triebwerks durch den Einsatz eines "modernen" Verdichters

-Die Motorcharakteristik soll sich zugunsten niedrigerer Drehzahlen verschieben

-Umsetzung ohne tiefgreifende Änderungen der Karosseriestruktur

-sinnvolles Kosten-Nutzen Verhältnis

Konzept:

Aufgrund einiger Nachteile der Gemisch-verdichtenden Umbausätze aus England habe ich mich für ein Luft-verdichtendes Konzept entschieden. Durch den Einsatz eines Ladeluftkühlers kann das Geometrische Verdichtungsverhältnis höher ausfallen, bzw. mehr Frühzündung gefahren werden. Der Wirkungsgrad insbesondere in der Teillast steigt.

-Motorbasis: 1275er A+ Mini Motor (SPI)
-geometrisches Verdichtungsverhältnis: ca. 8,5:1
-Nockenwelle: Metro (60PS)
-Zylinderkopf: 12G940 mit 33mm EV und 31mm AV, doppelte Ventilfedern, Brennräume vergrößert, Kanäle geglättet
-Hubverhältnis: Satandard
-Kolben: +.040er Metro Turbo (1310ccm)
-Ölpumpe: Metro Turbo
-Gemischaufbereitung: Metro Turbo Vergaser (HIF44)
-Ansaugbrücke: Vergaser Cooper bearbeitet
-Abgasanlage: LCB 3in1 mit 2-Topf RC40
-Zündanlage: Megajolt mit MAP-Signal frei programmierbar
-Ladeluftkühler: Fiat UNO Turbo
-Kompressor: Eaton M24 vom VAG 1.4TSI Motor
-Ladedruck: max. 0,6 Bar Überdruck

Bei der Auswahl eines geeigneten Verdichters habe ich mich aufgrund der guten Verfügbarkeit für einen Eaton Roots Verdichter entschieden. Das Bekannte M45 Modell aus diversen Mercedes-Modellen bzw. der ersten Generation des BMW Cooper s fördert mehr Volumen, ist jedoch nicht so kompakt wie der M24 aus dem VW Motor. Laut Druckverhältnis/Volumenstrom-Diagramm ist der Wirkungsgrad des M24 Modells dem M45 Verdichter überlegen. Die VW Motoren verfügen über eine spezielle Variante des Eaton M24 Kompressors mit integrierter Getriebestufe. Zu Beginn habe ich mir eine Vorrichtung aus einem 4-Kant Rohr gebaut, um eine geeignete Position für den Kompressor zu finden. Die orange Schnur stellt symbolisch einen vorläufigen Riemen-Verlauf dar. Das Konzept sieht einen Antriebsriemen für sämtliche Nebenaggregate vor.

So, vorerst soll es das gewesen sein. Bevor ich es vergesse: Vielen Dank Alex (Bomb007) für die zahlreichen Informationen und netten Telefonate!

Gruß
Michael

to be continued...

Es geht weiter!

Die Bilder wollte ich direkt einbinden, dadurch ist gewährleistet dass die Fotos auch in ein paar Jahren noch sichtbar sind...

Positionierung des Kompressors:

Ziel war es den Verdichter eng an den Motor zu koppeln. Der Kompressor nimmt in etwa die ursprüngliche Position der Lichtmaschine ein. Diese wird durch ein sehr kompaktes Derivat vom Daihatsu Charde mit 60A ersetzt und "wandert" unter den Kompressor. Nach der Positionierung mussten geeignete Haltevorrichtungen konstruiert werden. Die obere Haltevorrichtung ist aus Flachstahl Halbzeugen gefertigt und wird an den Stehbolzen des Zylinderkopfes verschraubt. Die untere Haltevorrichtung stützt sich über zwei Stahlrohre an den Verschraubungen des Ölfiltersockels ab.

Der Riementrieb:

Der Antrieb des Kompressors erfolgt mit einem geeigneten Riementrieb. Ziel war es sämtliche Nebenaggregate inklusive Verdichter mit einem Antriebsriemen anzutreiben. Ich besorgte mir die Kurbelwellen- und Wasserpumpen-Riemenscheiben vom Mpi (5pk-Keilrippenriemen) und konstruierte geeignete Riemenscheiben für den Kompressor und die Lima. Die Welle-Nabe-Verbindung Des Kompressors wurde als Kraftschlüssige Übermaßpassung ausgeführt. Eine Mitnehmerscheibe aus Stahl wird einmalig auf das relativ kurze Wellenende aufgeschrumpft. Die Riemenscheibe aus Aluminium wird 4 mal an der Mitnehmerscheibe verschraubt. Ein Wechseln der Riemenscheibe zur Veränderung des Ladedrucks ist dadurch relativ unkompliziert. Die Riemenscheiben wurden nach dem Drehen harteloxiert.

Da sämtliche Nebenaggregate starr mit der Antriebseinheit verbunden sind, erfolgt die Spannung des Riemens mit einer Exzenter-Spannrolle. Diese wird im Leertrum des Kompressors platziert und sitzt zwischen Verdichter und Lima. Eine Halteplatte aus 8mm Stahl fixiert die Lima und ist mit einer Gewindebohrung zur Verschraubung der Spannrolle Versehen.

...

Anbindung des Kompressors an den Luftfilter bzw.die Ladeluftleitung:

Der M24 Kompressor verfügt über eine relativ komplexe Geometrie im Bereich der Einlassöffnung und einen V-förmigen Auslass auf der Druckseite. Damit der Kompressor an relativ einfache Querschnitte angebunden werden kann, sind entsprechende Flanschplatten notwendig.

Einlass:
Die Flanschplatte ist aus einer Aluminiumplatte gefertigt. Die Einlassöffnung entspricht in etwa den Maßen der Einlasskontur des Kompressors. Um die Strömungseigenschaften zu verbessern wurde die Kontur mit einem Radiusfräser bearbeitet. Der Anschluss zum Luftfilter erfolgt mit einem Silikonschlauch der auf das angeschweißte ovalen Rohrstück aufgeschoben wird.

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Auslass:

Die Anbindung an die Ladeluftleitung erfolgt über einen runden Rohrquerschnitt. Aufgrund der limitierten Platzverhältnisse im Bereich der Fahrzeugfront wird die geförderte Luft unmittelbar nach der Auslassöffnung des Verdichters um 90-Grad umgeleitet. Die Flanschplatte ist aus Aluminium und im Bereich der Auslassöffnung mit einem umlafenden Radius versehen.

...

Hallo!

Die TÜV-Abnahme ist noch nicht erfolgt, ist jedoch schon in Arbeit. Ich spare gerade auf eine Metro Turbo Bremse und sammle diverse Unterlagen vom Metro-/bzw. ERA-Turbo...

Zur Leistungs- bzw. Drehmomentsteigerung wollte ich mich konkret erst gegen Ende des Themas äußern. Soviel vorweg: Ein serienmäßiger Metro Turbo würde mir ziemlich sicher nicht davon fahren:p

Im Anschluss gibts noch ein paar Bilder von der fertig montierten Antriebseinheit. Trotz der kompakten Bauweise des Verdichters ist es insbesondere im Bereich der Fahrzeugfront sehr knapp! Man könnte den Auslassflansch sicherlich "platzsparender" konstruieren, müsste aber evtl. Strömungsverluste in Kauf nehmen.
Ursprünglich wollte ich den mechanischen Lüfter durch den Elektrolüfter vom MPI ersetzten. Hatte auch schon sämtliche Anpassungen vorgenommen, jedoch wollte ich schlussendlich das Seitenstehblech nicht bearbeiten. Fahre jetz mit dem Serienlüfter und einem saugenden E-Lüfter von Spal (Audi Allroad).

...

Hallo Zusammen,

vielen Dank für das nette Feedback!

1252er:

Dein Einwand ist durchaus berechtigt! Ich war mir darüber im klaren, dass der M24 Verdichter relativ "knapp" ist für einen 1300er! Er ist aber für das angestrebte Druckverhältnis von 1,6 nicht zu knapp und hätte sogar noch eine kleine Reserve für ein etwas höheres Druckverhältnis. Die Angaben von Eaton bezüglich der maximal erlaubten Drehzahl unterscheiden sich ein wenig. Ich konnte Angaben von 17000 - 18000 1/min ausfindig machen. Mit einem Druckverhältnis von 1,6 (zeigt exakt der MAP-Sensor der Megajolt an) dreht mein Verdichter etwa 14800 1/min bei 6000 1/min Motordrehzahl. Der Wirkungsgrad kleiner 0,65 Tritt in der Tat bei hohen Drehzahlen auf. Mir war jedoch der Wirkungsgrad im mittleren Drehzahlbereich deutlich wichtiger und da spielt der "kleine" M24 Verdichter seine Stärken aus. Die Betriebslinie verläuft bei mittleren Drehzahlen im Breich der "Wirkungsgradmuscheln" 0,7 bzw. 0,75 und das ist für einen mechanischen Verdichter nach dem Roots-Prinzip gar nicht so übel. Ein Vergleich mit dem Kennfeld des M45 Verdichters macht die Vorteile in mittleren Drehzahlbreich deutlich.

Ein Ladeluftkühler vom Fiat UNO Turbo ist Bestandteil des Gesamtkonzepts. Dieser Ladeluftkühler baut sehr kompakt und konnte unter Weiterverwendung des Bremskraftverstärkers im Motorraum untergebracht werden. Den LLK vom Audi TT 1.8T wollte ich ursprünglich verbauen, der war aber doch größer gedacht...
Der Wischwasserbehälter wird demnächst in den Innenraum verlegt. Wahrscheinlich in die Seitentasche hinter dem Beifahrersitz.
Zu den Ladelufttemperaturen komme ich später noch...

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Zusammenbau / Ladeluftführung:

Damit der Kompressor samt Auslassflanschplatte im Motorraum montiert werden konnte, musste die Quertraverse im Bereich der Haubenverriegelung beschnitten werden. Da mein Mini schon vorher Motorsport-Haubenverschlüsse mit Zugfedern im vorderen bereich hatte, war das kein Problem. Die Abdeckung der runden mittigen Öffnung im bereich der Spritzwand wurde leicht bearbeitet, damit die Druckkammer vom Turbo Vergaser ausreichend Platz hat.

Ladeluftführung:

Die Ladeluftleitung habe ich aus Aluminium-Rohrstücken mit einem Durchmesser von 50mm angefertigt. Die Silikonverbinder sind vom Turbozentrum. Es gibt dort sämtliche Durchmesser, Krümmungsradien und Reduzierungen zu relativ günstigen Preisen. Auf jeden Fall günstiger als das meist blaue Benchmark-Produkt...

Im Bereich des originalen Bremskraftverstärkers ist die Rohrführung etwas eng, die Bremsleitungen mussten dazu ein wenig gebogen werden.

Der Anschlussstutzen der Druckkammer verläuft original in einer Krümmung Richtung Abgasturbolader. Ich habe die Krümmung gerade abgesägt, anschließend nach innen abgerundet und dann einen Silikonbogen aufgeschoben.

Die Regelung des Ladedrucks erfolgt über ein Bypass-Ventil. Dazu ist vor dem Vergaser ein Aluminium T-Stück verbaut. Den Unterdruckanschluss habe ich von der BKV-Unterdruckleitung abgezweigt.
Anfangs hatte ich ein Aluminium Blow-off-Ventil aus dem Tuningsektor Verbaut. Die Geräuschkulisse war jedoch unerträglich laut !
Jetzt arbeitet ein Ventil vom Mitsubishi Lancer Turbo. Auf die Auslassöffnung habe ich dann noch einen Schlauch aufgeschoben. Die Geräuschemissionen sind jetzt deutlich angenehmen ;).

Der Ladeluftkühler wird zu einem Großteil durch die Öffnungen des Kühlergrills angeströmt. Im oberen Bereich war der Kühler von der Motorhaube verdeckt. Eine kleine zusätzliche Öffnung im Bereich der Motorhaube soll den Wirkungsgrad des LLK weiter steigern.

...

Hallo,

vorab vielen Dank für die positiven Kommentare! Freut mich, dass der Umbau positiv ankommt.

@ jack union: Hört sich nach einer sauberen Lösung für mein Problem an!

Bezüglich der Bremsanlage bin ich schon über die Verkaufsanzeige gestolpert... Die gefrästen Bremssättel aus Aluminium gefallen mir schon immer sehr gut:thumpsup:

Bisher hatte ich an die originale Turbo Bremse gedacht:
http://www.minispares.com/product/Classic/Brakes/Front/C-AJJ4029.aspx?0401&ReturnUrl=/shop/classic/Brakes/Brake~Kits.aspx|Back%20to%20shop

Wobei die Aussicht auf eine mögliche 10 Zoll Bereifung auch eine prima Sache wäre...

Kein Thema! Ich bin absolut offen für konstruktive Kritik...

Thema Kurbelgehäuseentlüftung:

Die Entlüftung erfolgt über die originalen Öffnungen, einmal oben am Zwischenradgehäuse und dann noch einmal bei der Abdeckung der Steuerkette.

Da im Bereich des BKV absolut kein Platz für die original verbaute zylindrische "Dose" war, habe ich diese bis zur Flanschplatte abgesägt und den Schlauch-Stutzen direkt aufgeschweißt. Die beiden Öffnungen werden mit Schläuchen über ein T-Stück verbunden und gehen in einen Catch-Tank in den Radkasten.

Blow-Off:

Die Lösung mit dem angeschweißten Rohr direkt an der Druckkammer habe ich mir auch schon überlegt...
Im Endeffekt habe ich mich dann für die T-Stück Lösung entschieden, da es noch einfacher in der Umsetzung war. Hatte einen relativ hohen Zeitdruck bei der Realisierung dieses Projekts... Das Ventil arbeitet in der T-stück Variante einwandfrei.

Wo genau sind die Vorteile der Positionierung an der Druckkammer?

Luftfilter:

Den flachen Luftfilter hatte ich noch im Regal liegen. Es war der einzige Luftfilter den ich noch unter die Haube gebracht habe

Ich wollte eigentlich einen Zylindrische K&N Filter unterhalb des Kompressors verbauen. Der Anlasser und die Abstützung des Verdichters machten diese Lösung hinfällig...