M138 Motor

[Stefan]

Ich werde hier nach und nach einiges über den M 138 Motor veröffentlichen.

Es ist der Motor, der in 2002 im Spyder debütierte.
Motor : Ferrari M 138 V8 4V mit 4244 ccm
M = 451 Nm
P = 390 PS / 287 KW bei 7000 U/min

Bohrung : 92 mm
Hub : 79,8 mm
E Ventil : 2 * 36,3 mm
A Ventil : 2 * 33,6 mm

E Nockenwelle : 261° / E ö bei -15° v oT
A Nockenwelle : 221° / A s bei 0° in oT

Saugrohr : 420 mm /
mittlerer Durchmesser 36 mm
Auslasskanaldurchmesser 36 mm

Mit diesen Angaben habe ich eine eindimensionale Gaswechselsimulation nach der finite Elemente Methode aufgesetzt und veröffentliche die hier. Was auffällig ist und was daraus z.B. für die Wahl von Abgasanlagen folgt, werde ich hier ebenfalls nach und nach veröffentlichen. Vorab : dieser Motor reagiert sehr allergisch auf erhöhten Abgasgegendruck !  

[Stefan]

Was zeigt das Bild :
Verschiedene Drücke im Staugrohr, vor dem E Ventil, im Brennraum, die Gasgeschwindigkeit im Saugrohr (blau) und am Ventilteller (magenta) sowie die E Ventilöffnungsfläche (grün) und schließlich kumulativ in rot den Füllungsgrad des Brennraums.
All diese Parameter sind über Kurbelwellenwinkel dargestellt. In der Eingabe -u Ergebnissleiste sind wesentliche Eingabe Parameter und der Gasdurchsatz in g/s zu ersehen.
Griass , Stefano

[Stefan]

Das Geräusch ist ungefährlich und rührt nicht von Fehlzündungen


Zur Klärung der Geräuschursache und deren Charakteristik hat uns Mauro Rioli diese dafür wesentlichen Grunddaten des 136R Motors geschaffen:
A Einleitung
a) V8 mit 5 Hauptlagern und 4 Hubzapfen, die modulo 90° Hubzapfenversatz aufweisen, die Pleuel 2 er Zylinder, 1 von jeder Bank, sitzen gemeinsam auf einem Hubzapfen.
b) Zündfolge : 1-8-6-2-7-3-4-5
c) Saugrohrlänge = 424 mm
d) Kein Schaltsaugrohr
e) P = 287kW / 7000 U/min
f) M max = 451 Nm bei 4500 U/min
g) M (2000U/min)= 300 Nm
h) Einlaßnockenwellenverstellung , Verstellbereich = 50° KW
i) Auslassnockenwelle ohne Verstellung
j) V max = 285 km/h bei 7500 U/min
Aus c) und d) folgt, daß das Saugrohr einen Kompromiss darstellt, der sowohl für gutes Drehmoment im unteren Drehzahlbereich als auch für e) max. Leistung im Bereich von e) und h) sorgen muß. Das verlangt nach einer relativ langen Öffnungsdauer der Einlaßventile, die Nockenwelle dürfte ungefähr über 240° … 260° Öffnungswinkel verfügen, damit im Drehzahlbereich von e) und h) der Füllungsgrad hoch genug ist um die Leistung e) zu gewährleisten. Um nun auch der Forderung g) des Lastenhefts zu genügen, hat Seniore Rioli die Einlassnockenwellenverstellung h) implemntiert und leider auf i) verzichtet.
B Kennlinienfelder der Nockenwellenverstellung
1. Voraussetzung für e) und j) ist später Einlaßschluß
2. Im Drehzahlbereich knapp über Leerlauf g) bis etwa zur Drehzahl des max Drehmoments f) kommt nun die Nockenwellenverstellung zum Einsatz. Um Füllung und damit Drehmoment zu erhalten, ist ein früher Einlaßschluß erforderlich
3. Im Leerlauf wird für stabilen und ruhigen Leerlauf speziell vor dem Hintergrund des sehr geringen Massenträgheitsmoments des 136R Motors auf Ventilüberschneidung weitgehend verzichtet. Daraus folgt der Kompromiss später Einlaßschluß, aber eben auch wenig Drehmoment.
Um nun die Forderung g) zu erfüllen, wird knapp oberhalb der Leerlaufdrehzahl die Nockenwelle mittels h) auf frühen Einlaßschluß verstellt, bei g) dürfte der max Wert des Verstellbereichs erreicht sein mit dem Nebeneffekt, das in dem Bereich 2000 U/min +/- 500 Umdrehungen die Ventilüberschneidung im Gaswechsel OT ein Maximum erreicht. Da es nun keine Nockenwellenverstellung für die Auslaßwelle gibt, kann hier eben auch nicht mit frühem Auslaßschluss die Ventilüberschneidung vermieden werden, wie es z.B. VW bei deren VR6 3.2 4V tut. Ab 2000 U/min beginnt nun die Nockenwellenverstellung den Einlaßschluß Richtung späterem Einlaßschluß zu verlagern und verringert so die Ventilüberschneidung . Hintergrund ist die einsetzende Gasdynamik im Ansaugtrakt. Die etwa lineare Verstellung Richtung spätem Einlaßschluß hat den Zweck, die Druckamplitude im Saugrohr der Länge c) zu nutzen, um die Zylinderfüllung zu maximieren, um zwischen g) und f) ein Optimum an Drehmoment zur erzielen
Soweit oberflächlich zum Thema Optimierung des Füllungsgrades und somit auch des Drehmoments. Wie aber kommt es nun zu diesem Geräusch, das auf Änderungen im Abgastrakt reagiert?
C Die Entstehung des Geräuschs
Nimmt im Fahrbetrieb der glückliche Maserati Eigner Gas weg, entsteht nach dem Schließen der Drosselklappe erheblicher Unterdruck in den Saugrohrarmen und im Sammler. Tut er das unterhalb von 1500 U/min oder Oberhalb von ca. 2500 U/min so ist nichts ungewöhnliches zu hören. Bei 2000 +/- 500 U/min öffnet das Auslaßventil des betreffenden Zylinders kurz vor UT (unterer Totpunkt) und schiebt das kaum vorhandene Abgas aus. Deutlich vor OT öffnet nun das Einlaßventil, es beginnt die Phase der Ventilüberschneidung, die wegen 2) vergleichsweise lang ist. Das bedeutet aber, das der Saugarm der Länge c) für diesen Zeitraum mit der Abgasseite quasi kurzgeschlossen wird. Die Unterdruck führende Saugseite saugt über diesen Kurzschluß zwischen Saugrohr und der am Ausgang an Umgebungsdruck angeschlossenen Abgasanlage verbranntes Restgas zurück, die Amplidude des Vorganges erreicht ca das 0,9 fache des Umgebungsdrucks. Dieser Unterdruckstoß regt die Abgasleitung zu Schwingungen an. Weiterhin ist die Zündfolge b) entscheident, denn die legt fest ob die Anregungsamplitude in die linke oder die rechte Abgasanlage induziert wird. Die Zündfolge und die Wahl der Kurbelwelle a) sorgt also für das typische V8 Gebrabbel bei 2000 U/min .
D Beeinflussung des Geräuschs
Mauro Rioli hätte durch den Einsatz einer
1. Auslassnockenwellenverstellung: Mauro Rioli hätte durch den Einsatz einer Auslassnockenwellenverstellung i) die Option gehabt durch frühen Auslaßschluß den Kurzschluß zu minimieren. Hat er aber nicht.
2. Kats : Kat’s bedämpfen den die induzierten Druckwellen über den gesamten Frequenz (oder Drehzahl-) bereich. Wird also durch andere Kats der Durchfluß erhöht, sinkt der Durchflußwiderstand und damit auch die Dämpfung. So wird das Geräusch lauter.
3. Entfernen der Vorschalldämpfer sollte wegen deren Auslegung als Absorptionsdämpfer und geringem Volumen eher geringen Einfluß haben.
4. Vergrößern der Rohrdurchmesser der nach Vorkat liegenden AGA verringert den Durchflußwiderstand und verschiebt die wirksame Tiefpasseckfrequenz zu höheren Frequenzen. Das Klangbild wird lauter und heller. Das fragliche Geräusch eben auch
5. Endschalldämpfer (ESD) Neben den Kat’s hat der ESD entscheidenden Einfluß auf das Geräuschbild im Schiebenbetrieb um 2000 U/min. Wird ein Absorptionsdämpfer statt der Serien ESD verbaut, sinkt der Strömungswiderstand deutlich und die Dämpfungseigenschaften werden von breitbandiger Dämpfung auf ungedämpft bei niedrigen Frequenzen und Drehzahlen umgestellt. Mit Absorptionsdämpfern ballert der V8 in diesem Drehzahlbereich besonders intensiv.

Einen schönen Sonntag wünscht

Stefano Dance

[Stefan]

Hier das Bild des Querschnitts

[Stefan]

Hier noch interessante Messergebnisse von Supersprint auf einem Maha 3000 Rollenprüfstand. Dieser Rollenprüfstand ist sehr genau und als einziger bei z.B. Audi akzeptiert, falls die Motorleistung moniert wird.
In den Daten steckt jede Menge an Information. Diese Auswertung werde ich nach und nach veröffentlichen.

Griass, Stefano
un jeza a guads Hopf Weissbier ...

[gs-spyder]

Hallo Stefan,

eine Frage zu den Messergebnissen von Supersprint:

Was genau wurde an der Abgasanlage zur Serienversion verändert ?

Kann bei der Bezeichnung "Tubi ant. sost.kat principali, t.cent."X",post.dx-sx Supersprint" nur raten:

Nach-Katalysatoren durch KAT-Ersatzrohre getauscht, X-Pipe statt Mittelschalldämpfer, sowie Supersprint Endschalldämpfer statt serienmäßigem Klappenauspuff des Gransports, richtig so ?

Gruß, Leo

[gs-spyder]

Würde dann ja bedeuten, daß sich durch die oben genannten Veränderungen der Abgasanlage laut den Diagrammen ca. 5,5 bis 6 PS Mehrleistung erzielen lassen, etwas abhängig natürlich von der Serien-Ausgangsleistung des Fahrzeugs.

Aber ich denke, die meisten Fahrer des 4200 ändern den Abgasstrang sowieso weniger aufgrund zu erwartender PS-Steigerung, sondern vielmehr um ein besseres Klangbild zu erhalten.
Die dadurch erreichte Mehrleistung ist da m.E. eher ein netter, aber im Fahrbetrieb wohl kaum spürbarer Nebeneffekt.

Ein paar Kilo Gewicht spart man natürlich auch noch ein, wenn man die Nachkat's und den Mittelschalldämpfer rausschmeisst und gegen Ersatzrohre sowie X-Pipe ersetzt....