R8-V8-Motor umrüsten auf Einzeldrosselklappen --> Oldtimerumbau

[GT69]

Hallo zusammen, 

wie im Thread mit den Verkokungen bereits angesprochen baue ich einen Antriebsstrang aus dem R8-V8 auf Einzeldrosseleinspritzung um.

Wieso das?

Die Einleitung dazu:

Ich bin gelernter Kfz-Mechaniker und Maschinenbauingenieur in der Fachrichtung Verbrennungsmotoren mit Fokus auf der Steuerung (Ruhr-Uni- Bochum).

Dabei war ich während des Studiums bei Audi in NSU in der ECU-Applikationsabteilung der V8- und V10-Motoren. Dort vornehmlich als Rechenknecht mit Matlab und mit Abschlussarbeiten am Prüfstand (Abgasvorausentwicklung) beschäftigt. Danach war ich bei Bosch um die Ecke als Applikationsingenieur von Ottomotoren angestellt. In der Zeit bin ich oft mit den Fahrzeugen in (Lenkrad)Berührung gekommen. Als ich bei Audi mal hinter einem R8 stand, war ich beim V8 verwundert wie kompakt der ist. Flugs am Prüfstand und an meinem langjährigen Oldie ausgemessen, da war die Idee endgültig geboren. Ich lasse mal bewusst das Modell des Fahrzeugs weg, da das hier nicht direkt hingehört und es evtl. etwas spannender macht :-D .

Der V8-Sound als Hochdrehzahlkonzept ist DER Motor für das Auto. In der Kombination leider nur für den Motorsport möglich. 

Mir geht es eigentlich auch nur darum, das Ganze zu bauen und es auch mal richtig fahren zu können. Habe bis jetzt keine großen Erfahrungen im Motorsport außer die FormulaStudent.

Aber dadurch hat man Freiheiten, die das Ganze spannend machen.

 

Der Umbau dauert nun schon insgesamt über 3 Jahre, da ich beruflich nicht so oft Zeit habe. Zusätzlich muss das auch noch mit der besseren Hälfte vereinbar sein ;-).

Dazu wird die Werkstatt nach und nach aufgerüstet.

Da ich Angestellter bin, muss natürlich der finanzielle Rahmen beachtet werden.

 

Das ganze Fahrzeug mit Gitterrohrrahmen und Fahrwerk wird hierbei quasi neu gebaut.

 

Nun zum geplanten Umbau des Motors: 

 

Bis auf den Grundmotor bleibt praktisch nichts vorhanden. Das heißt, ich nutze das Hardwarepotential und versuche mittels Einzeldrosselklappen vom E39 M5

(Durchmesser 50 mm) den Motor auf Saugrohreinspritzung umzubauen.

Die Injektoren wurden oberhalb des Metallkorpus abgetrennt und verschließen mit der Adapterplatte zu den EDK so den Brennraum.

Das Potential sehe ich bei mind. 450 PS mit wenig Aufwand. Das Fahrzeuggewicht wird hierbei bei schätzungsweise 1250 kg liegen.

Die Klopfregelung bleibt wahrscheinlich auf der Strecke, weshalb die Zündung etwas konservativer ausgelegt werden muss. Da der Zündwinkelwirkungsgrad bei den im Vergleich zu Turbomotoren frühen Winkeln nicht stark abfällt an der Klopfgrenze (kann ich gerne später mal drauf eingehem) sollte das in der Leistung nicht soo relevant sein. 

 

Zur Zeit habe ich zwei Antriebseinheiten, beide günstig bekommen. Ein Motor hat wie bereits im anderen Thread beschrieben einen Pleuellagerschaden. 

Falls jemand eine gute BYH-Kurbelwelle über hat, kann er sich gerne melden :-).

 

Das wars fürs erste. Falls jemand Fragen und/oder Anregungen hat, gerne her damit.

Gerne auch sagen, wenn es hier nicht hinpasst, dann spare ich mir das Schreiben :-/. 

 

Gruß aus Mainz, 

Stephan

 

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Hallo GT69,

 

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[JazP]

Hi Stephan,

 

ich fänds prima, wenn Du mehr Details verraten würdest. Was versprichst Du Dir beispielsweise von dem Umbau auf EDK? Die Frage stellst Du oben schon selbst, aber ich finde keine Antwort (außer um "das Ganze zu bauen und es auch mal richtig fahren zu können").

 

Ich lese, dass Du die EDK vom E39 an den Kopf vom BYH angeflanscht hast. Das hat doch bestimmt nicht plug&play gepasst. Wie hast Du das gemacht? Hast Du Fotos, damit man sich das vorstellen kann?

 

Warum kannst Du keine Klopfregelung einsetzen? Ich hätte erwartet, dass das Ansaugsystem nichts mit der Klopfregelung zu tun hat. Die funktioniert doch über eh nicht über den Frischluftpfad, sondern über die Zündung. (Den Vergleich Zündwinkelwirkungsgrad von Sauger / Turbo fände ich auch super interessant!)

 

Ich fänds klasse, wenn Du Dein Projekt (auch) technisch erklärst. Man findet auf Carpassion sehr viele Ausführungen zu automobilen Geldanlagen, Benimmregeln bürgerlicher Mittelschichten und Definitionen, was "guter Geschmack" ist. Ein technischer Thread wäre da geradezu eine Wohltat! Im Audi-Lager scheint sowas ja möglich zu sein (Stichwort "Leistungssteigerung R8 V8")

[GT69]

Hallo JazP,

 

1. Möchte ich die Steuergerätebedatung selbst machen, da ich das in Teilen bereits vorher beruflich gemacht habe. Dabei ist man aber an sehr viele Restriktionen gebunden. Deshalb bekommt der Motor eine frei programmierbare ECU (wobei ich mir einige Kandidaten angeschaut habe, aber noch nicht schlüssig bin welche ich nehme).

 

2. Deshalb ist eine Saugrohreinspritzung die einfachere und meiner Ansicht nach nicht schlechtere Wahl. Der Vorteil der Direkteinspritzung besteht im Wirkungsgradvorteil, da durch die Innenkühlung des Zylinders durch das Gemisch primär  eine höhere Verdichtung (bessere ThermodynamikPart1) und ein früherer Zündzeitpunkt realisiert werden kann (bessere ThermodynamikPart2). Wie hoch dieser Unterschied ist, ist Motor-abhängig. Ich gehe von weit unter 10% aus (In der Literatur wird immer die 15% Vorteil des BDE zum SRE genannt, die sind aber nicht überall vorhanden, wenn überhaupt). Eine höhere Anfettung kann das Ganze wahrscheinlich wieder komplett eliminieren (wenn angefettet wird, funktioniert sowieso kein Kat mehr signifikant). 

 

3. Zusätzlich muss gerade bei Maximalleistung kein Hochdruckeinspritzsystem mitgeschleppt werden. Wie hoch die Schleppleistung bei 8000/VL ist, weiß ich im Moment nur Gerüchteweise, Zahlen kommen evtl. noch. Es wird etwas von 20 PS gemunkelt - genau weiß das aber wohl nur der Pumpenhersteller Hitachi. Wichtig für den Hersteller ist der Wirkungsgrad in den unteren Lastpunkten, damit die Testverbräuche gering sind. Was oben rum passiert, geht dann im Rauschen unter m.E. 

 

4. Zusätzlich habe ich durch die EDK eine ziemlich freie Ansaugung für den Motor. Der niedrigste Querschnitt ist vor den Ventilen. Im Serien-R8 sucht Tom beispielsweise immer nach Restriktoren im Ansaugtrakt (welche weit geringer sind vom Durchmesser her als die bei den EDK). Das brauchte ich schon einmal nicht. Eventueller Nachteil durch keine Schwingaufladung in mittleren DRZ: Nehme ich in Kauf.

 

5. Thema Klopfregelung: Eine Abstimmung der Klopfregelung ist sehr sehr arbeitsintensiv und kann richtigerweise auch nur mit einem Indiziersystem (Zylinderinnendruckmessung) gemacht werden, das ist sehr aufwändig und teuer. Für die Serie dauert so etwas Monate (mit diversen Schleifen).

 

6. In Bezug auf die Klopfregelung zum Zündwinkelwirkungsgrad: Prinzipiell ist das thermodynamische Optimum bei einem Hubkolbenmotor erreicht, wenn etwa 50% der Energie kurz nach OT umgesetzt sind.

In einem bestimmten Last-DRZ-Punkt ist das erreichbare Drehmoment ja davon abhängig, wo der Zündzeitpunkt (ZZP) liegt.

Nach vorne ist er durch die Klopfgrenze begrenzt, nach hinten, also nach OT, ist er einerseits durch die Brennbarkeit eingeschränkt, zum anderen durch die Temperatur für folgende Bauteile (Kat, Turbo etc). Diese Kennlinie ist nicht linear und hat in der Mitte einen starken Abfall (bei dem man mit dem Turbo schnell ist, mit dem Sauger ist man in einem relativ flachen Abfall).

Beim Turbo wird in Leistungsregionen mit einem relativ schlechten Wirkungsgrad gefahren, weil man sonst klopft. Das macht die größere durchgesetzte Luftmasse pro Nm wieder wett.

Als Beispiel: Bei 6000 VL liegt der ZZP bei

   - einem Turbomotor etwa bei +10 °KW vOT.

   - einem Sauger bei ca. + 40 °KW

 

Die optimalen ZZPe liegen zwar nicht auf gleichem Niveau (dafür müsste ich mich nochmal tiefer einlesen), aber so kann man schon einmal sehen, welchen Unterschied die beiden Konzepte haben (immer im Kopf: 50% Umsatz kurz nach OT, die Brenngeschwindigkeiten sind ähnlich).

 

 

7. Fotos von den Adaptern kommen noch, die Prototypen sind optisch nicht ansprechend.

 

 

So viel mal auf die Schnelle.

 

[TomSchmalz]

Hi

 

Ein weiterer Nachteil durch die frei programmierbar ECU ist die nicht mehr vorhandene

Nockenwellenverstellung, die einem im Teillast durch Frühverstellung einen nicht unerheblichen

Drehmomentgewinn bringt.

Vorteil ohne Nockenwellenverstellung ist die Wahl des EÖ/ES durch starre Kettenräder

für den Nockenwellenantrieb.

Mein Tipp dazu, bau die Verrohrung für Wasserkühlung auf RS5 um und du hast

immer einen freien Zugang zu den Kettenkästen ohne das man das Kühlwasser ablassen muß.

Wichtig dazu sind natürlich auch die RS5 Kopfdichtungen für den umgedrehten Kühlwasserstrom !

 

Tom

[GT69]

Danke für den Hinweis, da ich das nicht angesprochen hatte. Die NW wollte ich schon verstellbar lassen. Gibt da ECUs die das können. Regelgüte aber unbekannt. 

Btw.: ECU - Empfehlungen? 

 

 

[JazP]

Warum ist die SRE besser geeignet? Wegen des Timings? Ich kenne mich mit Aftermarket-ECUs nicht aus. Sind die nicht schnell genug? Oder scheust Du einfach den Appliaktionsaufwand?

 

Von BDE auf SRE wechseln und gleichzeitig die Klopfregelung entfernen klingt sportlich. Du musst die Einspritzmenge sehr konservativ wählen (viel Reserve). Wenn ich das richtig sehe, ist der Motor auch noch 12,5:1 verdichtet. Der wird in der TL so viel verbrauchen wie in der VL 

 

Warum hast Du die Injektoren nicht im Brennraum gelassen? Du kannst doch trotzdem im Homogenbetrieb fahren und den ganzen Ansaugtakt über einspritzen. Oder öffnen die Injektoren unter ihrem Arbeitsdruck nicht?

 

Hast Du Dir mal überlegt, die Benzineinspritzung vom Rest zu trennen? So ähnlich, wie die alten BOSCH Jetronics das machen. Du könntest die Audi ECUs beibehalten (und damit bspw. auch die Klopfregelung oder die von Tom erwähnte Nockenwellenverstellung). Er darf halt nur nicht in den Notlauf gehen.

 

 

Deine Ausführungen zum ZZPe klingen interessant, aber ich habe sie nicht verstanden. Warum fällt denn jetzt die Kurve beim Turbo so steil ab? Einfach, weil mehr Gemisch im Brennraum ist? Vergleichst Du in Deinem Beispiel gleichen Hubraum oder gleiche Leistung?

[GT69]

Hallo JazP,

 

Wieso SRE statt BDE? 

- Weil die HDPs dann raus sind  --> Reibleistung;

- weniger verfügbare ECUs für BDE,

- weniger Applikationsarbeit,

- simpleres System,

- schlussendlich sogar geringeres Gewicht ;-)

 

Wieso ist die Klopfregelung auslassen in Verbindung mit BDE-->SRE "sportlich"?

Klar hat man eine hohe Verdichtung, aber das können auch andere Motoren in Verbindung mit SRE. Ist doch alles eine Frage des Zündwinkels. Einige namhafte Hersteller von Sportmotoren setzt auf SRE (McLaren (hab lange genug im P1 gesessen, um zu merken, dass das nicht verkehrt sein kann ;-)), Koenigsegg, Bugatti)

Was meinst du mit Reserve?

Dass der Motor dann in der TL sehr viel mehr verbraucht als vorher und ähnlich wie in der VL (auch im Scherz gelesen) ist wirklich nicht richtig. Woher soll das kommen? Natürlich leidet der TL-Verbrauch darunter, aber das sind doch keine Welten.

Wenn Du die KL vom Zündwinkelwirkungsgrad nicht kennst, obwohl Du an modernen BDE arbeitest (so lese ich zwischen den Zeilen), macht mich stutzig ;-). Falls nicht, vergiss es :-).

vor 3 Stunden schrieb JazP:

Warum hast Du die Injektoren nicht im Brennraum gelassen? Du kannst doch trotzdem im Homogenbetrieb fahren und den ganzen Ansaugtakt über einspritzen. Oder öffnen die Injektoren unter ihrem Arbeitsdruck nicht?

Wie meinst Du das?

Die bleiben ja drin (aber logischerweise nicht angesteuert, sondern nur als Brennraumverschluss). Es wird nach meinem Wissen bei allen FSI-Motoren homogen (im Vergleich zu magerem Schichtbetrieb) gefahren. Da läuft normalerweise nix mit mager (Lambda > 1,05) fahren. Ein Hinweis dafür ist die Sekundärlufteinblasung. Auch wenn das Schichtfahren in der SW vorgehalten wurde. Bitte nicht mit der Einspritzart verwechseln (bspw. Split). Nehme gerne Gegenteiliges mit Beweis an :-).

 

vor 3 Stunden schrieb JazP:

Hast Du Dir mal überlegt, die Benzineinspritzung vom Rest zu trennen? So ähnlich, wie die alten BOSCH Jetronics das machen. Du könntest die Audi ECUs beibehalten (und damit bspw. auch die Klopfregelung oder die von Tom erwähnte Nockenwellenverstellung). Er darf halt nur nicht in den Notlauf gehen.

Nein, habe ich nicht. Das klingt abenteuerlich, habe ich keine Ahnung von wie das gehen soll, Du? :-). Finde ich auch erstmal nicht sinnvoll, da ich alles in einer ECU machen kann, sogar eine Klopfregelung light. Aber wie schon gesagt, die Abstimmung ist sehr aufwändig (V8 HDZ-Serie hat btw nur eine ECU, der V10 hat 2) oder halt mit etwas Minderleistung. Die Nockenwellenverstellung soll ja auf jeden aktiv bleiben.

 

vor 3 Stunden schrieb JazP:

Deine Ausführungen zum ZZPe klingen interessant, aber ich habe sie nicht verstanden. Warum fällt denn jetzt die Kurve beim Turbo so steil ab? Einfach, weil mehr Gemisch im Brennraum ist? Vergleichst Du in Deinem Beispiel gleichen Hubraum oder gleiche Leistung?

 

Genau das hat mit dem Zündwinkelwirkungsgrad zu tun.

Ich mache mal noch eine kleine Zeichnung, damit man das Prinzip sehen kann.

Beim Turbo musst Du doch immer später zünden, wegen des sehr viel höheren Verdichtungsenddrucks bei Aufladung und der damit hohen Klopfneigung.

Da man nicht im thermodynamisch optimalen Zeitpunkt zünden kann, hat man einen Wirkungsgradverlust (gleichzeitig heißeres Abgas).

Die Beispielwerte sind erstmal unabhängig von der Motorgröße.

Bitte nicht drauf festnageln, jeder Motor hat eine andere Charakteristik. Es gibt auch Turbos mit 25° ZW bei 6000/VL, genauso wie nicht jeder Sauger bei 40° KW zündet. Aber eine Differenz gibt es. Diese ist dann der Wirkungsgradunterschied.

Wenn man die gleiche Füllung (einfach mal 100%, bei Sauger und Turbo) nimmt, sind die Zündwinkel recht ähnlich bei vergleichbaren Motoren.

Aber das ist ein so komplexes Thema, das können wir noch Jahre ausdiskutieren, und jeder Motor wird etwas anders sein.

 

Gruß

 

 

[JazP]

Du, Brennverfahren sind nicht meine Spezialität. Meine Fragen darfst Du daher nicht als Anregungen verstehen, sondern wirklich als das, was sie sind: Fragen.

 

vor einer Stunde schrieb GT69:

Es wird nach meinem Wissen bei allen FSI-Motoren homogen (im Vergleich zu magerem Schichtbetrieb) gefahren. Da läuft normalerweise nix mit mager (Lambda > 1,05) fahren.

Das ist auch mein Kenntnisstand. Die NOx machen im Schichtbetrieb Probleme. Unter anderem deshalb ist die anfängliche Euphorie, als man BDE Ende der 90er endlich reif für die Großserie hatte, ja auch wieder abgeflaut.

 

vor einer Stunde schrieb GT69:

Nein, habe ich nicht. Das klingt abenteuerlich, habe ich keine Ahnung von wie das gehen soll, Du? :-). Finde ich auch erstmal nicht sinnvoll, da ich alles in einer ECU machen kann, sogar eine Klopfregelung light.

Ich sehe mehrere Möglichkeiten:

1) Du nimmst eine frei programmierbare ECU und machst alles neu.

2a) Du nimmst die bestehende ECU und versuchst sie umzuapplizieren (den Funktionsrahmen kennst Du ja möglicherweise aus Deiner vorherigen Tätigkeit).

2b) Du nimmst die bestehende ECU und versuchst Dich irgendwo über einen Hook mit reinzuhängen, um eigenen Code auszuführen (ähnlich Microautobox).

3) Du behälst die bestehende ECU und manipulierst das Einspritzsignal, so dass es zur SRE passt.

 

Bei 2) brauchst Du halt entsprechend viel Know How zu den Internas. Falls das nicht vorhanden ist und Du eine der anderen Varianten wählen musst, ist bei 3) der Vorteil, dass Du Dich auf Dein eigentliches Vorhaben konzentrieren kannst. Bei 1) musst Du hingegen alles neu machen.

 

 

In jedem Fall hast Du ein spannendes Projekt und ich finds prima, wenn Du näher beschreibst, was Du machst und warum. Den passenden Hintergrund dazu hast Du ja.

[GT69]

Hi,

Ich plädiere immer noch stark für Version 1 ;-).

Es hört sich zwar nicht sooo aufwändig an, was unter 2 und 3 laufen soll, aber das ist im Gesamtpaket immer gefrickelt. Zusatzlich müsste ich mich da einarbeiten. In die SW einhooken ist nicht mein Metier (das ist dann wohl Dein Spezialgebiet, oder? ;-) ).

Dazu kommt: Mein originales Luftmodell stimmt ja hinten und vorne nicht mehr. Wie bringe ich das HFM-Signal in sinnvolle Bahnen? DAS ist ja gerade die Engstelle. Ich werde außerdem kein EGas haben.

Sowohl die Ansaugung ist signifikant anders, als auch der Abgastrakt. Die Nockenwellen müssen also auch anders stellen. Das müsste auch "mal eben" angepasst werden. Original ist deshalb definitiv nicht immer das Beste (nach dem Motto: "Die Lambdaregelung macht das schon") ;-).

 

Ich habe nochmal geschaut, die dickste ECU von Haltech bietet mir recht viel. Mal sehen.

 

 

[GT69]

Anbei noch eine quick and dirty MiniZeichnung bezüglich der Wirkungsgradkennlinie.

Zur Erklärung: wenn man unten auf der X-Achse (Abstand vom optimalen ZZP) links anfängt, ist man bei maximalem Wirkungsgrad. Gleichzeitig muss man dafür bei dem Zündwinkel zünden, bei dem die 50% kurz nach OT umgesetzt sind. Dieser Punkt kann des öfteren nicht real gefahren werden (klopfen).

Deshalb muss man schon von vorneherein einen thermodynamischen Verlust hinnehmen.

Wenn man innerhalb der ersten 15 ° bleibt, ist das noch wenig. Danach wirken sich nur wenige Grad sehr stark aus. Stichwort Turbo und erhöhte Klopfgefahr.

 

 

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Hallo GT69,

 

schau doch mal hier zum Thema Audi R8 (Anzeige)? Eventuell gibt es dort etwas Passendes.

 

Der V16 Motor zum Selberbauen (Anzeige) ist auch genial.

[G1zM0 CO]

Wow! Was für ein tolles Thema über meine große Liebe. Leider kann ich hier nicht mehr all zu viel Beitragen, euer Detailwissen übersteigt meine HTL, Wirtschafsting Ausbildung und Praxiserfahrung doch bei weitem. Aber ich versuche euch so gut es geht zu folgen und daraus zu lernen. 

Eine Bitte hätte ich, könnt ihr die Wörter voll ausschreiben oder eine Erklärung für die Abkürzungen einfügen. Bei vielen ist es zwar logisch oder man kommt mit nachdenken drauf. Aber für den Laien wird das lesen dadurch um einiges einfacher und nachvollziehbarer. 

 

PS: Danke und nur weiter so!

[TomSchmalz]

Hallo Stephan

 

Hier mal die Fächerkrümmer V8 die ich mit meinem Bekannten mal gebaut habe,

die Sammler 4 in 1 sind auch mit dabei.

 

Material der Rohre ist 1.4828 und im Markt kaum zu bekommen.

 

Tom

[SManuel]

Gibt es dazu was Neues ?

[GT69]

Bald... :-) Fahrzeug musste erstmal vom Käfigbauer zurück kommen.

Dann das Fahrwerk so umsetzen (also alle Querlenker, Pushrods und Hebel) dass ich damit erstmal zufrieden bin.

Jetzt steht alles auf den Rädern und ich komme zum Motor.

Bin bzgl. ECU jetzt bei einer Bosch MS6.1. Nicht günstig, aber sollte die beste Wahl sein.

[Thorsten0815 VIP CO]

Nun gönne uns doch bitte mal ein paar Bilder.

Ich platze fast vor Neugier.

[GT69]

Ist halt noch viel Arbeit.

Man kann die Karosserie mit Sicherheitszelle abnehmen, so dass der Rahmen mit Fahrwerk und Antrieb stehen bleibt.