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5 Zylinder 2,5l 20V Turbo

5 Zylinder 2,5L 20V Turbo

Audi S4 /Audi S6 Modell C4 Basismotor 2,2l 20V Turbo MKB: AAN
 
 
Wie alles begann:
 
Angefangen hat alles mit einem Restposten an Kubelwellen der Fa. Oettinger, die ich mit einem Kollegen gekauft habe. Es handelte sich um die aus Chrom Molybdänstahl gefertigte Kurbelwelle mit einem Hub von 94,5mm (Serie 86,4). Die Besonderheit dieser Welle ist, dass sie die Pleuelzapfen der ersten 5 Zylindergeneration hat (46mm), die sind etwas kleiner als die der 2. Generation (ca.47mm).
Nun gut jetzt hatten wir diese schönen und schweren Kurbelwellen und ich durfte mir nun Gedanken machen, wie  diese Kurbelwellen zum Einsatz kommen können. Eine interessante Herausforderung, denn weder Kolben noch passende Pleuel oder Lagerschalen zum Adaptieren von neuerenPleuels, die Oettinger vor Jahren im Programm hatte, gab es jetzt jedoch nicht mehr.
 
Dennoch stand fest es geht nach vorn und sie werden sich drehen. Als Motortypen wollten ich dann 2 oder 4 Ventiler Saugmotoren bauen. Mit einem Hub von 94,5, und einer Bohrung von 82,5mm wäre ein Gesamthubraum von 2524 cm³ entstanden. Mit so einem Hubraum und einer min Verdichtung von 10:1 wäre schon ein schicker Motor entstanden. Der sowohl Leistung als auch über ein sattes Drehmoment verfügen würde.
 
Aber es stellt sich die Frage, wie haltbar würden die Motoren sein. Um diese Frage beantworten zu können wollte ich es unter Bedingungen testen die ein Saugmotor nie erreichen würde. Also stand fest es wird ein Turbo, als Versuchsträger fiel mir dann gleich ein C4  S4 Automatik ins Auge, so rein Zufällig. Dieses Fahrzeug verfügte auch über eine LPG Gasanlage, womit die ganze Sache noch interessanter wurde.
Und schon wieder stellten sich neue Fragen, wie wird dieses Konzept als  2,5l mit Automatik, Allrad und Gasanlage laufen? Wie würde der Verbrauch aussehen und wie ist der Wagen überhaupt fahrbar, wie würde er laufen wenn er einem schweren Anhänger ziehen muss? Läuft er leiser weil die Kurbelwelle schwerer ist? Geht der Verbrauch runter weil der Hub größer ist? Kann man den Kick Down Schalter ausbauen weil er auch so gut genug durchzieht? Merkt man überhaupt noch das es ein Turbomotor ist?  Ich war mir sicher, dass es ein schicker Motor wird der einem  Freude machen wird.
 
Bild: 1
 
 
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Netter Gedanke, ich habe dann bei Oettinger angerufen und gefragt, ob es irgendwelche Erfahrungen mit dieser Kurbelwelle und einen 20V Turbo Konzept geben würde. Daraufhin sagte man mir, dass es nur einen Test mit einem WR (Audi Quattro) gegeben hat aber nie mit einem 20V Turbo. Man könnte mir auch nicht sagen, ob das funktioniert. Ok, dass reichte mir dann auch als Info.
Ich war überzeugt, dass diese Kurbelwelle mehr kann als sie bis jetzt zeigen durfte. Also war die Entscheidung gefallen einen 2,5L 20V Turbo zu bauen. Und jetzt ging es ans Eingemachte, denn jetzt gab es wieder sehr viele Fragen, die zu beantwortet waren.
Die Grundsatzfragen waren:
Welche Eigenschaften soll dieser Motor später haben?
Wie konstruiere ich diesen Motor und welche Kompromisse kann ich  akzeptieren?
Was darf dieser Motor kosten?
 
 
Nun ging es ans Eingemachte und die erste Frage die sich gleich stellte, welchen Motorblock verwende ich jetzt, den Serien AAN- Block oder den 5 Zyl. TDi-Block? Beide Blöcke haben ihre Vorteile. Nach einigem hin und her habe ich mich für den AAN-Block entschieden. Es standen auch die Kosten und der Einbauaufwand im Vordergrund. Hinzu kam, dass ich gern, soweit es möglich war, alle Serienanbauteile weiter verwenden wollte. Auch der Wartungs- und Instandsetzungsaufwand sollte gering bleiben, so dass der Wagen auch woanders ohne Probleme hätte instandgesetzt werden können. Schließlich kann ja immer mal etwas kaputt gehen.  
Der AAN-Block hat auch schon ab Werk im Kurbelgehäuse Aussparungen, die einen Freilauf der Oettinger Kurbelwelle garantieren. Somit entfielen schon einmal die aufwändigen Fräßarbeiten, die zugleich auch den Block schwächen würden.
 
Bild: 4
 
Das Foto zeigt sehr schön diese Vertiefungen. Auf dem nächsten Bild....
 
Bild: 5
 
 
...sind die beiden Kurbelwellen zu sehen. Oben ist die Serien Kurbelwelle und unten die von Oettinger. Allein die Optik zeigt schon, dass die Oettinger Kurbelwelle sehr massiv gebaut ist. Auf den folgenden zwei Bildern sind beide Kurbelwellen im Block zu sehen.
 
Bild: 6
 
Bild: 7
 
 
 
Nun kam ein weiterer Punkt, der mir sehr viel Kopfschmerzen bereitete:
Wie löse ich das Problem mit den Kolben und den Pleuel? Sollte ich nur für einen Motor extra Pleuel anfertigen lassen oder gibt es andere Möglichkeiten. Die Kosten schienen schon hier langsam aus dem Ruder zu laufen, denn wirklich sicheres Material war für diese kleine Stückzahl einfach zu teuer. Und was ist, wenn etwas nicht passt, was dann? Ich informierte mich dann bei verschiedenen Fachleuten und entschied mich für Teile aus dem Originalersatzteilbaukasten, die für dieses Motorkonzept verändert zum Einsatz kommen sollten.  Die Pleuel, die original für den 46ger Pleuelzapfen waren, wurden leicht bearbeitet.
Mit den Kolben sah es schon anders aus. Sie stellen eine echte Herausforderung dar, denn sie mussten gleich mehrere Anforderungen erfüllen. Zum Einen durften sie wegen des großen Hubs nicht zu lang unterhalb des Kolbenbolzen sein, denn mit den kurzen Pleuel und dem großen Hub war nicht mehr viel Platz im UT bis zu den Gegengewichten der Pleuelzapfen und zum Anderen war der Platz nach oben auch begrenzt.
 
Bild:8
 
 
Und nicht nur das, es sollte auch noch ein besonderer Brennraum geschaffen werden, mit dem eine bestimmte Verdichtung umgesetzt werden sollte, auch der Gasbetrieb musste  berücksichtig werden. Weil es im Gasbetrieb zu anderen Verdichtung- und Verbrennungstemperaturen kommt, sollte der Kolben kritische Bereiche der Kopfdichtung  abdecken.  Es entstand ein Kolben, der weit aus dem Block durch die Kopfdichtung bis in den Zylinderkopf ragte. Das war nicht so einfach denn auch der Zylinderkopf musste jetzt Exakt den Rundungen des Kolbens angepasst werden. Hinzu kam das die Platzverhältnisse sich mit zunehmender Temperatur im Brennraum verändern denn wo im kalten Zustand noch Platz ist, kann es im warmen Zustand zu eng werden. Auch war zu beachten, dass der Kolben bei hohen Drehzahlen einen andern Weg beschreitet als wenn man den Motor von Hand dreht. Das haben Versuche gezeigt. Das alles war bei der Bearbeitung des Kolbens zu berücksichtigt. So wurde der Kolben und sein Umfeld Stück für Stück angepasst, als der erste Kolben fertig war wurden die anderen nach seinem Vorbild bearbeitet. Mein Ziel war es die Verbrennung Central in die Brennraummulde und weg von den Kritischen Zonen zu legen. Ein weiterer Punkt war der, dass dem Kolben so wenig wie möglich abgenommen werden sollte, so das eine Optimale und standfeste Führung in den Zylindern sicher gestellt war. Denn diese mussten mit dem deutlich größeren Hub und dem kürzeren Pleuel deutlich größere Seitenkräfte aufnehmen.
 
Hier nun ein paar Bilder.
Als die Kolben ihre Grundform erhalten hatten, wurden sie in den Motorblock eingebaut jetzt konnte ich zum ersten Mal sehen ob wirklich alles passt. Die Ventiltaschen sind hier noch nicht vorhanden.
 
Bild:9
 

AAN Motor

 

Um prüfen zu können ob die eingearbeiteten Ventiltaschen korrekt sitzen und genügend Freiraum bieten, habe ich um den 1. Zyl. die Kopfdichtung entfernt, so konnte ich durch den verbleibenden Spalt prüfen ob alles nach meinen Vorstellungen passt.
 
Bild 10
 

AAN Motor 10

 

 

Hier kann man jetzt noch einmal den Kolbenüberstand sehen. Die Ventiltaschen sind jetzt auch vorhanden. Die 45° Kannte rund um den Kolben sollte die Bildung von möglichen Klingelnestern vermeiden. Der Quetschbereich im Bereich der Einlassventile wurde komplett genutzt. Die Distanz zwischen beiden Flächen wird durch die Kopfdichtung vorgegeben. Um eine klopfende Verbrennung auch hier zu vermeiden, wurde der Abstand im Quetschbereich auf ca. 1,4mm gehalten

Bild: 11

AAN Motor 11

 

 

Hier ist auch noch einmal der Überstand mit der Metallkopfdichtung zu sehen. Da sie aus mehreren Lagen besteht entspannt sich die Dichtung etwas. Somit ragt der Kolben etwas weiter durch die Dichtung wenn der Zylinderkopf montiert wird.

Bild:12

AAN Motor 12

 

Und nun sind die Kolben auch im ausgebauten Zustand aus verschiedenen Winkeln zu sehen.

Bild:13                Bild:14                  Bild:15

AAN 2,5l 20VT 13   AAN 2,5l 20VT 14  AAN 2,5l 20VT 15

 

 

Bild: 16

 AAN Motor 16

 

Die Kolben sind sehr robust Gebaut. Aufgrund der Konstruktion des Kurbeltriebes, müssen sie mehr seitlichen Druck aushalten. Die kleine Aussparung unten am Kolben, ist für die Düse der Kolbenbodenkühlung. Die Düse ist auf Bild 4 sehr gut zu sehen.

Bild:17

 

AAN Motor 17

 

 

 Bild: 18

 

 

 

 

Bild: 20

 

Der Zylinderkopf wurde in der ersten Stufe nur leicht bearbeitet.

In der 2. Stufe wurden größere Einlassventile und auch andere Auslassventile verbaut. Der Ventilschaft wurde von 7mm auf 6mm veringert. Auf dem folgendem Bild ist gut zu erkennen um wieviel größer der Querschnitt geworden ist. Die Kante die man sehen kann ist der ursprüngliche Durchmesser im Zylinderkopf 20VT Kopf 1 Nach dem Anpassen sind keine Übergänge mehr vorhanden.  20VT Kopf 2  2,5l 20VT Kopf 

Der Wagen wurde in der ersten Ausbaustufe gemessen. Außer dem geänderten Motorblock waren alle anderen Teile im Serienzustand. Auch am Steuergerät wurde nichts verändert. Der Testwagen war mit einer Automatik ausgestattet. Wodurch die Messungen noch schwieriger wurden. Nach mehreren Versuchen sollte der Motor eine Leistung von ca. 270 PS haben. Was jedoch am meisten beeindruckte, war der Durchzug aus dem Stand. Mit diesem Konzept sprach der Turbolader deutlich früher und beeindruckender an und das mit Serien Ladedruck. Die Messungen wurden im Gasbetrieb durch geführt. Für den täglichen Einsatz war das Serien Automatik Getriebe zu kurz übersetzt. Diese Konzept kommt sehr gut mit Übersetzungen zurecht, wie sie auch beim TDi verwendet werden. Überholvorgänge wurden entspannt aus dem Drehzahlkeller vorgenommen. Der Kick Down Schalter war bei diesem Motor völlig überflüssig. 

2,5l 20VT 4  2,5 20VT  3  2,5l 20VT  Gas 2,5l 20VT Gas 2   

Nach einer Testdauer von 12 Monaten waren die Versuche abgeschlossen und der Motor wurde anschließend verkauft. In dem folgendem Fahrzeug wurde auch gleich ein TDi Quattro 6-Gang-Schaltgetriebe und auch ein geänderter Chip verbaut. Die Durchzugswerte hatten sich damit nocheinmal deutlich verändert. Und bei ruhiger Fahrweise, konnten Wert von unter 7 Liter gefahren werden. Wollte man über 10 Liter kommen, musste man schon etwas zügiger unterwegs sein. Normale Reisegeschwindigkeiten zwischen 130 und 160km/h konnten entspannt noch mit unter 10l Verbrauch gefahren werden. 

 

http://www.myvideo.de/watch/8423462/20V_Turbo_2_5L_Kaltstart_Milan_center_de

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