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MINI² motor für Diskussionen über Motor, Getriebe, Kupplung, Chiptuning
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#1
Alt 15.06.2009, 18:51
herbi
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R53 Tuning - Zylinderkopf

Zylinderkopf

Bei der Anhebung der Leistung des R53 ergibt sich die Wahl zwischen
der Erhöhung der Verdichtung über die Anhebung des Ladedrucks aus dem Kompressor, je nach Grad mit gleichzeitiger Vergrößerung des Brennraumes durch eine geänderte Gestaltung des Zylinderkopfes ,
der Erhöhung der mechanischen Grundverdichtung ( Kompression )
oder Beidem.

Die Legierung des Cooper S-Zylinderkopfes unterscheidet sich von der Legierung der Köpfe für Mini One und Cooper. Ebenso sind bei fast identischer Formgebung die Auslasskanäle des „S“ angeblich 30 % größer bzw. durchlässiger, jedoch fehlt der Nachweis.

Die Brennräume im Zylinderkopf verfügen serienmäßig über sog. Quetschkanten, da die Gussformen der Köpfe des Mini One, Cooper und Cooper S aus Gründen der Produktionskosten identisch sind. Der Cooper ist 10,5:1 verdichtet. Dies impliziert, dass der Kolben bei Höchststand sehr nahe an die Quetschkanten des Brennraumes kommt und diese bei der Verbrennung wirksam werden lässt. Diese Quetschkanten sind für Cooper und One zur Verkürzung der Flammwege sinnvoll, der „S“ hat mit seiner sehr niedrigen Grundverdichtung am höchsten Punkt des Kolbens aber einen Unterstand von ca. 4,5mm unterhalb der Oberkante des Motorblocks. Der sich daraus ergebende – relativ zum Cooper – sehr große Brennraum macht die Quetschkanten wirkungslos. Aber natürlich reduzieren sich die Produktionskosten bei identischen Gussformen für alle 3 Motortypen.

Es ist bekannt, dass die beiden horizontalen Fräsflächen des Mini-Zylinderkopfes ( Ventildeckelrand und Planfläche zum Block ) in ihrer Parallelität oftmals um 2 – 3 Zehntel mm abweichen. Da unklar ist, welche der beiden Flächen nun gerade und welche schräg ist, bleibt der Verdacht, dass die Brennräume von Zylinder 1 bis 4 differente Brennrauminhalte erhalten.
Aus diesen beiden Gründen ( Unterschiede und Quetschkanten ) Ist eine nachträgliche – maschinelle – Bearbeitung der Brennräume sehr sinnvoll, wenn Mehrleistung durch starke Erhöhung des Ladedrucks erzeugt werden soll. Hierdurch lassen sich absolut identische Brennräume herstellen, die Quetschkanten abtragen und die mechanische Grundverdichtung reduzieren.
Diese Massnahmen erlauben dann, die Verdichtung insgesamt über eine höhere Leistung des Kompressors anzuheben ohne in den Bereich der klopfenden Verbrennung zu gelangen. Die Gleichmäßigkeit der Brennräume begünstigt auch die Drehzahlzunahme ( Hochbeschleunigen ) und die max. Drehzahl, zusätzlich werden Schwingungen wegen ungleichmäßiger Verbrennungsdrücke reduziert.

Im Vergleich zu der einfacheren Art der Verdichtungsreduzierung per dickerer oder zweiter Zylinderkopfdichtung ergibt sich zudem der Vorteil, die Gesamtverdichtung aus mechanischer Grundverdichtung und Vorverdichtung durch den Kompressor besser über die Größe des Pullys regulieren zu können ohne jeweils den Zylinderkopf erneut abnehmen zu müssen. Weiterhin sind den Kosten der mechanischen Brennraumbearbeitung die Kosten für eine oder zwei neue Kopfdichtungen und deren Wechsel gegenüberzustellen.

Die von der Serie abweichende Gestaltung / Umformung der Brennräume ist durch den Guss und die Wandstärken des Zylinderkopfes limitiert. Glücklicherweise lässt sich jedoch aus der Brennraumform im Zylinderkopf des Mini-Motors eine ( fast ) halbkugelförmige – hemisphärische – Form herausarbeiten / herausfräsen. Durch diese Maßnahme vergrößert sich der Brennraum um etwas mehr als 3 ccm und damit reduziert sich die Verdichtung auf 1:8,0. Dies erübrigt andere Maßnahmen zur Reduzierung der Verdichtung.
Positiv wirkt bei dieser Brennraumgestaltung die nicht ganz mittig sitzende, aber doch recht zentrale Lage der Zündkerze.

Es gibt auch Stimmen gegen die (fast) hemisphärische Brennraumgestaltung. So wird angegeben, dass sich mit dieser Brennraumform zwar die Abgaswerte reduzieren lassen, aber mit einer geringeren Brenngeschwindigkeit ( die Ausbreitung der Flammen nach der Zündung dauert länger, weil der Brennraum durch die Entfernung der Quetschkanten größer wird ) und mit höherer Klingelneigung einhergeht. Mit der nahezu halbkugelförmigen Form ergibt sich aber die mit Abstand kleinste Oberfläche im Verhältnis zum Rauminhalt und damit unter thermischen Aspekten die Idealform.
Bei dieser Brennraumform sind die Strömungsverhältnisse sowohl auf der Einlassseite als auch auslassseitig sehr gut, da sich der Gasstrom im Brennraum unmittelbar nach dem passieren des Sitzrings ausbreiten kann und nicht durch die wirkungslosen Quetschkanten behindert wird bzw. von dort abprallt und durch Verwirbelungen beim Eintritt in den Brennraum reduziert wird. Durch die freiere Lage der Ventilteller des geöffneten Ventils ist definitiv eine bessere Füllung des Brennraumes mit Gemisch die Folge, ebenso strömen die Abgase ungehinderter in den Auspufftrakt. Diese Aussage gilt global auch noch, falls bei sehr hohen Einströmungsgeschwindigkeiten der Strom am Ventiltellerrand abreißen sollte. Selbstverständlich ist dieser verbesserte Ladungswechsel sehr leistungsträchtig und er kann durch eine erweiterte und optimierte Form der Ventilsitzringe vergrößerte Ventiltellerdurchmesser mit entsprechenden Sitzringen noch zusätzlich verstärkt werden. Die serienmäßigen Sitze der Einlassventile können um 2 mm aufgebohrt werden. Danach ist ein neuer Schnitt der Ventilsitze entsprechend der Kontur der Ventiltellerränder erforderlich, der gleichzeitig die Strömung des Gemischs in den Brennraum begünstigt.
Die Auslasskanäle bedürfen nach dem Aufbohren der Auslassventilsitze / -sitzringe um ebenfalls 2 mm natürlich einer Anpassung an diesen vergrößerten Querschnitt. Darüber hinaus müssen die Konturen gerundet und der gesamte Querschnitt vergrößert werden. Eine Glättung sollte ebenfalls erfolgen. Natürlich soll auch hier der Kanalübergang in den Auspuff ohne jede Stufe, Verengung oder Erweiterung erfolgen ( = wie EIN Rohr ).

Erzeuger von Zylinderköpfen mit dieser Brennraumform ist die Fa. engine+ / http://www.engineplus.de



Der andere Weg zur Steigerung des Verbrennungsdrucks führt über höhere Kolben, deren obere Fläche ( Kolbenboden ) die Quetschkanten des Brennraumes im Zylinderkopf spiegelbildlich wiedergibt und damit kurze Flammwege ermöglicht. Die dadurch erzeugte mechanisch höhere Kompression setzt natürlich der noch zusätzlichen Anhebung des Ladedrucks Grenzen. Zudem ist dieser Umbau eigentlich nur sinnvoll, wenn Spitzenleistungen um die 300 PS erzeugt werden sollen, da erhebliche Kosten für Teile und Montage ( s. „Motorblock“ ) entstehen.

In jedem Fall ist natürlich eine Software-Anpassung bei den beschriebenen Änderungen zwingend. Der Mini-Motor hat keinen Luftmengen- bzw. Luftmassenmesser; die Benzinbeimessung erfolgt u.a. über die Werte des Ladedrucksensors im Einlasskrümmer. WENN ABER ein verbesserter Zylinderkopf mit vergrößerten Einlassventilen und / oder besseren Einlasskanälen installiert wird, sinkt durch eine bessere Füllung der Brennräume der Ladedruck in Einlasstrakt und damit das Luft/Kraftstoff-Gemisch in Richtung mager !!!!


Die Kipphebel für die Betätigung der Ein- und der Auslassventile sollten – wenn überhaupt - zur Minderung der Bruchgefahr bei höheren Drehzahlen nur überpoliert werden, eine Materialreduzierung sollte im Interesse der Stabilität unterbleiben.

Eine testweise Erweiterung des Einlasskrümmers um 25% und die Angleichung der Übergänge zum Einlasskanal im Kopf ergab keinen Leistungszuwachs; der Ladedruck gleicht sogar die suboptimale Gestaltung der Einlasskanäle im Zylinderkopf aus.

Geändert von herbi (17.06.2009 um 08:53 Uhr).
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#2
Alt 03.07.2009, 10:52
docdent
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Hallo, ich möchte mit meinem Zylinderkopf ein bißchen was machen.
Leider bin ich da kein Spezi.
Was sind Quetschkanten?
Wenn die Ventilsitze um 2 mm aufgeweitet werden, braucht man doch auch neue Ventile,oder?

Viele Grüße
__________________
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#3
Alt 03.07.2009, 11:16
herbi
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Zitat:
Zitat von docdent Beitrag anzeigen
Hallo, ich möchte mit meinem Zylinderkopf ein bißchen was machen.
- WAS willst du machen ?
- Was willst du erreichen, was soll das Ziel sein ?
- Hast du ein Gesamtkonzept? Oder soll die Modifiaktion(en) am Zyl.kopf eine Einzelmaßnahme bleiben ?
Zitat:
Zitat von docdent Beitrag anzeigen
Leider bin ich da kein Spezi.
Das sind die wenigsten, aber man kann sich zusammenhängendes Wissen durch nutzen der Suchenfunktion und entspr. Literatur anlesen.
Zitat:
Zitat von docdent Beitrag anzeigen
Was sind Quetschkanten?
Formgebungen in den Brennraum hinein, welche die Flammwege nach der Zündung verkürzen . Schau dir fotos in den mini-foren an.
Zitat:
Zitat von docdent Beitrag anzeigen
Wenn die Ventilsitze um 2 mm aufgeweitet werden, braucht man doch auch neue Ventile,oder?
JA, dann brauchst du Ventile mit größerem Ventilteller. Grob gesagt : Der Außendurchmesser der Ventlteller und der Innendurchmesser der Ventilsitzringe müssen zueinander pasasen, sonst können die Ventile nicht dicht schließen und es ist keine Kompression möglich.

Generell wäre es sinnhafter, einen 2. Kopf zu bearbeiten / bearbeiten zu lassen und diesen nachher nur zu tauschen. Es sei denn , du kannst einige Wochen auf deinen Mini verzichten...............
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#4
Alt 03.07.2009, 15:45
docdent
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das ging ja fix!!

also habe einen mini challenge und fahre damit gelegentlich auf Rennstrecken, das soll aber noch professioneller werden.
gemacht habe ich am Wagen bisher:
quaife LSD
Uniball an den Querlenkern
dicker Stabi hinten
nun hab ich mir nen neuen Kopf aus einem Worksumbau geschossen
praktisch neu für unter 100 Euro.

Der soll jetzt gemacht werden in Verbindung mit:
anderer Kompressorübersetzung
und geändertem Fächer und Kat sowie DME Anpassung.
dann wohl mit zusätzlichen Ölkühler und oder größerer Wasserkühler.

So:
Was am Kopf ist sinnvoll?
nur Ausgänge und Brennräume nacharbeiten
oder Nockenwelle und größere Ventile dazu?
Welche Nockenwelle? Schrick von der Stange oder vorhandere umschleifen? das weiß ich nix mehr was Öffnungwinkel Abgasverhalten usw. angeht.
Raus sollen 250 Ps kommen mit akzeptablem Leerlauf bei OBD tauglichem Kat.
Besten Dank für Hinweise.
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#5
Alt 04.07.2009, 16:23
herbi
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Zu den 250 PS gewünschter Leistung führen mehrere Wege. DAS Nadelöhr sind die Auslasskanäle, die geglättet und leicht vergrößert werden sollten. Die Enge der Einlasskanäle wird durch erhöhten Ladedruck kompensiert. Im Sinne einer besseren Zsylinderfüllung können die Ventilsitzringe strömungsgünstiger geschnitten werden ohne die Serienventile wechseln zu müssen.

Bei 250 PS stellt sich schon die Frage nach der Ladeluftkühung und ob ein WLLk im Budget noch enthalten wäre ?

Zu den Nockenwellen im Groben : Die meistverwendete CatCam ist eher drehmomentorientiert; die Schrick-Nw eher endleistungstauglich nd nur sinnvoll, wenn auch die Drehzahlanhebung bis 7.200 1/Min erfolgen soll.

Insgesamt und gerade unter dem Aspekt der Kosten würde ich dir eine Rücksprache bei Krumm-Motors.de empfehlen.
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#6
Alt 04.07.2009, 23:33
docdent
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Vielen Dank, das werde ich auch tun.

Viele Grüße
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#7
Alt 27.02.2012, 21:16
gEHTnETT
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Ist zwar schon etwas länger her, aber bin imo in der situation wie du.
hab einen neuen kopf und will größere auslassventile und die kanäle erweitern und eventuell eine ander nockenwelle.

nun wollt ich mal nachfragen wie bzw was du jetzt gemacht hast bzw dir krumm empfohlen hat. oder vielleicht kann mir hier jemand anders weiterhelfen. wo bekomme ich größere auslassventile her. und hat jemand eine adresse wo ich die catcam nockenwelle herbekommen kann?

vielen dank im voraus
gEHTnETT ist offline   Mit Zitat antworten
#8
Alt 27.02.2012, 21:31
2mD
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ich hab meinen kopf damals von endyn machen lassen.

was die welle angeht: krumm kann dir die besorgen.
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#9
Alt 27.02.2012, 22:14
gEHTnETT
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wer oder was ist endyn? hab zwar gegoogelt, aber nicht wirklich was gefunden, hast du einen link bzw eine adresse?
ja und bei krumm, geht keiner ans tele ;(
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#10
Alt 27.02.2012, 22:20
vmax
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Der hier ist der "ENDYN": http://www.theoldone.com/

Der macht auch Schmiedekolben mit Übermaß für den Mini. Aber die haben bei manch einem den Motorblock aufgeschlitzt
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Plopp Plopp
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