Ein neuer M10 Motor entsteht... Tagebuch eines Motorbaus M10B24

[Red1600i]

August 2020

Motorenträume...

Seit mehreren Jahren geistert bei uns die Idee herum, einen größeren M10 Motor zu bauen. Einfach mehr als die üblichen 2 Liter, und auch mehr als die mit den S14 M3 Kurbelwellen aufgerüsteten 2,15L...

Vor ein paar Jahren wurde dann unsere Aufmerksamkeit durch einen Foreneintrag im E28 und E32 Forum auf einen Motorenbauer in Australien gelenkt: die Firma PPM = Pure Performance Motors

Der erste Eindruck durch ihre Homepage war nicht übel, da sind schon einige schöne Sachen drauf. BMW Motoren von einst und jetzt und wirklich appetitlich aufbereitet. Allein das Preisniveau schockt erstmal...

Als dann PPM auch auf Ebay aktiv wurde ... ja, dann wurde die Sache interessant. Ein M30 mit richtig üppigem Hubraum würde so manche Träume wahr werden lassen.

Und da war dann auch das Angebot: ein M30 Paket mit 4,2L Hubraum. Kurbelwelle mit Kolben und Pleuel. Wunderschön anzusehen...

https://...reperformancemotorsport.com/...34-m30-4-2l-stroker-kit.html

Damals sofort lieferbar, $ 12.000,- plus Versand plus Zoll... €18.000 später war das Teil da. Allerdings liegt das Teil immer noch im Lager und wartet auf seinen Tag. Einen geeigneten Motorenbauer für die ganzen Blockarbeiten und Zusatzwünsche hatten wir da noch nicht.

Aber das Teil hin und wieder anzusehen... hmmm, das bohrt schon etwas... 😉

Zwei Jahre später eine Sonderaktion...: fast schon ein Sonderangebot. Ein M10 Bausatz mit 2,4L...

https://...reperformancemotorsport.com/...0-2-6l-95mm-stroker-kit.html

Gerade mal die Hälfte vom M30. Ein Schnäppchen somit. Und noch dazu gerade mitten in der Planung für meinen E30 318i, seine Wiedergeburt. Das Tagebuch dazu ist ja hier online...

Bei der Bestellung ging leider einiges schief, mehr als schief... und die Firma schien einige Probleme zu haben. Mir ist bis heute nicht ganz klar, ob die drauf gegangen sind und die Website nur noch dem Kundenfang dient oder ob tatsächlich noch echt gebaut wird.

Jedenfalls: ich hab das Teil bestellt, mit 95mm Welle, 90mm Kolben für den Typ 121 und die 144mmm Pleuel sowie ganz explizit dem Wellenstumpf für den Serien M10, nicht S14.

Gekommen ist aber eine Welle mit S14 Stumpf... also dem vorderen Teil des M3 Motors. Eigentlich für Rennfahrer ein Traum, da es den Motor vorne stabiler macht. Nur fahren wir alle Fahrzeuge mit Klima Anlage (auch den 2002Tii...) und da passt das niemals zusammen... deswegen wollte ich den Serien M10 Stumpf.

Und bei den Kolben hatte ich irgendwie den Eindruck vermittelt bekommen: wenn ich 121 TII sage, meinen die Australier E12 Köpfe bzw. E12 Brennraumformen, es kamen sogar Bilder davon. Also bestellte ich genau das, was auf den Bildern zu sehen war... 121er. Das ist aber was anderes als E12... 121er Brennraum ist die Urform der Tii anno 1971, somit 2-Wirbelwanne mit 2 Quetschkanten.

Unbrauchbar für meinen 318i E30... den hätte ich ja auf die E12 Wirbelwanne dann umgerüstet. Somit verschwand der M10 Bausatz auf dem Dachboden für die nächsten 4 Jahre... und mein 318i bekam den im Tagebuch beschriebenen Zwoliter. Auch ein nettes Motörchen, geht echt gut, aber trotzdem nur ein Zwoliter...

Nachdem jetzt auch der 2002 Tii fertig ist und Eric damit rumfetzt ... auch ein Zwoliter mit so ziemlich allen Features hinterläßt offene Wünsche nach eben noch mehr. Und das Teil liegt auf dem Dachboden im Lager... jep, da kommt der Wunsch auf: jetzt machen wir das nochmal und jetzt richtig!

Nachdem der 318i Zwoliter bei Bamotec in Nürnberg entstand und perfekt bis ins Detail unseren Wünschen entsprach ... ja, dann kam die eine und andere Mail auf ihren Weg und endete gestern in einem Auftrag. Wir bauen den M10B24 in Nürnberg.

Vor zwei Wochen transportierten wir den ersten Teilesatz nach Nürnberg, einfach zur Begutachtung. Welle, Pleuel, Kolben... und jede Menge andere Motorenkram, auch mehrere Köpfe und Motorgehäuse, neu und alt.

Danach wurde das Projekt durchgesprochen, was da so alles rein soll, die Features usw.

Lenz versprach uns, einen alten Schrottblock zu zersägen und die Welle mal darin laufen zu lassen, nur um zu sehen ob das überhaupt gehen würde... 95mm Hub sind ja eine echte Ansage.

Unser Motor hat dann diese Daten:
- M10 2,415 Liter
- M10 Welle mit 95mm Hub, 8 Gegengewichte, 4340 Stahl...
- Pleuel 144mm H-Shaft mit ARP2000 Schrauben
- 90,0mm Kolben Typ 121 und Verdichtung 10:1 ... zumindest steht das so auf der Schachtel... es wird eher mehr...
- M10 Gehäuse eines 318i anno 84
- Kopf Typ 121 von anno 1971
- Nockenwelle 284 Grad Schleicher mit 11mm (!!!) Hub
- Einlassventil 46mm Auslass 38mm
- Schwungrad leicht modifiziert mit einer Sachs Sporting
- Kolbenboden Spritzöl Kühlung
... und jede Menge weiterer Krimskrams.

So, hier ein Video einer 95er Welle in einem 318i Kurbelgehäuse. Nach dem Bohren auf 90mm und etwas Freimachen... da wo das Pleuel sich der Büchse extrem nähert... geht die Welle tatsächlich frei. Es gibt kein Problem mit dem Ölkanal (auf der anderen Seite... nicht sichtbar..)

Somit gab es gestern ein "Start Frei" für den Auftrag. Der Motor wird gebaut.

Und hier das Video... 🙂

https://www.youtube.com/watch?v=8xHNvf2Wqi0&feature=youtu.be

https://www.youtube.com/watch?v=o1uLVBdNcsI&feature=youtu.be

[Sambaol2015]

Brillant diese Ordnung da kommt einfach ein wenig Neid auf wenn die Teile im Dornröschenschlaf auf ihren Einsatz warten. Ich bin gespannt und freue mich auf den ersten Fahrtbericht. Eine Frage hab ich mal was würde es kosten einen Motor zu überholen? Mein E21 (1,8) hat jetzt 180tkm runter und ich würde eine Überholung anpeilen.

[Red1600i]

Das kommt natürlich auf den Verschleißzustand an, ob es vorher ein gepflegter Motor oder ein runtergerittener Schrotthaufen war.

Ganz allgemein erstmal eine Motorzerlegung und Reinigung aller Teile. Das sind schon 10-20 Stunden Arbeit.

In aller Regel wird man ihn neu lagern, denn selbst wenn I.O.... wer würde gebrauchte Lager wieder einsetzen?

Dasselbe für das Thema Kolbenringe neu, plus durchhohnen. Und da wird's dann wichtig, ob gepflegt oder verschlissen. Denn wenn die Toleranzen nicht mehr stimmen, kommt Bohren und neue Kolben dazu. Das sind ganz schnell mal 2000,- dazu...

Ventile können auch nach 180.000km noch völlig ok sein, mein Zwoliter im 318i hat noch seine originalen Ventile drin, nach wie vor Neuzustand. Nur neue Führungen im Kopf... plus Zubehör natürlich. In einem anderen Kopf mit nur 60.000km waren sie komplett runter...

Komplette Dichtungen, Lackieren, Strahlen...

Also wenn du das machen läßt, sind 4-5000,- schnell erreicht, für einen verschlissen Block auch 8-9000,- ebenso. Da ist noch nichts mit Tuning oder so gemacht.

Das da oben... wenn er fertig ist wird er an der 25.000,- Grenze kratzen...

[KapitaenLueck]

Kurze Frage.

Auf deinem Bild 3 die 4 goldenen Patronen, was ist das, sind doch keine Ventilführungen? Zu kleiner Innendurchmesser. Kann es nicht zuordnen.

[Red1600i]

Das sind die Spritzdüsen für die Kolbenboden Kühlung. Ein kleines federbelastetes Kugelventil, es öffnet ab rund 2 bar Öldruck.

Es kommt dann in die Ölversorgung von jedem Hauptlager in den Lagerstuhl...

Die Bilder sind noch von meinem Zwoliter im Vorjahr...

[KapitaenLueck]

Ah so, hab ich noch nie gesehen die Teile.

Danke für die Auflärung.

[Red1600i]

Ende August 2020

Der harte Kern...

Heute wurde das Motorgehäuse fertig. Es wurde chemisch gereinigt, entlackt, alle Kanäle geöffnet und gespült. Jetzt sollte kein Dreck der letzten 30 Jahre in irgendeiner Ecke rumkleben.

Seine Bearbeitung:
- Planen aller Dichtflächen
- Ringnut für die Zylinderkopf Dichtung
- Bohrungen für Ölspritzdüsen
- neues Bohren der Hauptlagergasse mit höherfesten Schrauben
- Bohren der Zylinder für die 90er Kolben (Serie 89...)
- Freimachen für die 144er Pleuel
- und Lackierung

Das sieht dann so aus...

[holgertt-123]

Red, der absolute Hammer!!

Ich schreibe zwar nicht viel zu deinen Vorstellungen / Beiträgen, lese aber immer still u heimlich mit und verfolge alles.

Chapeau, weiter so!!!

[Red1600i]

Ende August 2020

Es geht rund...

Holger, danke für die Blumen 🙂

So, die Kurbelwelle ist ebenfalls fertig. Sie stammt ja von PPM Australia und mit der Firma hatte ich ja so gewisse Probleme. Erstmal wurde sie völlig entgegen meinem Auftrag mit einem S14 Stummel geliefert, den ich im 2002 absolut nicht gebrauchen kann. Der S14 hat am vorderen Kurbelwellenende einen deutlich größeren Wellendurchmesser und auch ein größeres Gewinde für die Verschlussmutter. Auf einem der Bilder sieht man beide Wellen im Vergleich... PPM zu 1.8i Welle

Einerseits ist das durchaus toll, macht sie den S14 dort deutlich stabiler bei höheren Drehzahlen. Der M10 hat nämlich genau dort eine Schwachstelle... oder eher ein Schwachstellchen. Bei extrem hohen Drehzahlen im Rennsport gab es dort vor 30-40 Jahren Schäden an der Welle. Da reden wir aber von Drehzahlen noch weit jenseits der 9000 Touren. Aber der S14 war/ist ja genau so ein Rennmotor oder zumindest seine Rennsportableger.

Blöd ist aber, daß beim 2002 genau vor der Keilriemenscheibe der Stabilisator läuft und jegliches Wachstum in diese Richtung verbietet. Das läßt sich nur mit dem "Turbo" Stabi umgehen, der ist etwas anders geformt und hat dort ein paar wenige Zentimeter Platz... gerade soviel, daß unsere Spezial Riemenscheibe gerade noch so reinpasst und den Klimakompressor versorgen kann. Und unseren neuen Schwingungstilger. Es ist ein gummigelagerter Zweimassen Tilger mit rund 2kg Gewicht, gerade recht für einen M10 Super Drehmoment Eta 😉

Auf einem der Bilder kann man die drangvolle Enge im Motorraum sehen, es sind nur 1-2 Zentimeter Freigang zum Stabi und den muß man haben, arbeitet der Vierzylinder doch deutlich mehr als jedes Sixpack. Es würde voll angehen...
Und ja, genau da kommt er Weihnachten rein. 😉

Der Stummel wurde bearbeitet auf Serienstand. Und das ging richtig gut. Das Material der Welle läßt sich excellent bearbeiten. Kein bröckeliger Span, sondern wunderbar schönes zähes Material mit einem herrlichen Span wie aus dem Bilderbuch, lang und biegsam... 🙂

So, wie war die Qualität der PPM Welle?

Überraschend gut, eigentlich überragend gut. Makellos gefertigt.
Kein Schlag der Welle, garnix. Perfekter Rundlauf, auch alle Maße der Lagerstellen sind voll in der Toleranz und sauberstes Nullmaß.
Das Material ist mit 4340 angegeben und auch somit vergütet. Hier ist der einzige Schwachpunkt der Welle. Sie ist stark, sehr zäh, hochfest. Aber sie ist nicht gehärtet. Die Oberfläche ist weich, sie ist definitiv nur für wenige Kilometer Einsatz gemacht.
Lebensdauer 100.000km? Nöööö, eher mal weniger... sie erreicht ab Werk keinesfalls die Daten der BMW Serienwellen. Die sind gasnitriert.

Deshalb wurde auch die PPM Welle nachträglich gasnitiriert. Somit hat sie eine richtig harte Oberfläche, verschleißfest für viele zigtausend Kilometer. Und die Lagerstellen poliert auf Endmaß, sie wächst ja beim Nitrieren minimal, sie nimmt ja den Stickstoff etwas auf...

Sie ist jetzt genau auf Sollmaß, genau Null, harte Oberfläche und zäher Kern. Ideal um hohen Belastungen lange zu widerstehen.

Ihre ehemals glänzende spiegelnde Oberfläche hat sich nun in eine matte graue Oberfläche verwandelt, das passiert beim Gasnitrieren. Und wunderschön polierte Lagerstellen.

So, mal wieder ein paar Bilder dazu... 🙂

[Red1600i]

Ende August 2020

Kopfarbeit

Der Zylinderkopf ist auch fertig geworden. Basis ist ein Typ 121 Kopf aus dem Jahr 1972. Er wurde gereinigt, abgedrückt, geplant, CNC bearbeitet und erhielt auch die großen Ventile seiner Nachfolger.

Der Kopf hat noch den Brennraum passend für den 121er, die alte 2-fach Wirbelwanne, er hat auch noch beide Quetschkanten behalten, wir haben ihn nicht auf Kugelbrennraum umgestellt. Nur sind jetzt alle Brennräume gleich groß und die Verdichtung ist definitiv nicht bei 9,3:1 ...

Die Ventile haben jetzt den letzten Stand des M10, Einlaß 46mm, 38mm Auslass. Die Sitzringe wurden erneuert, erhielten einen Dreifasenschnitt und auch der Kopf selbst ist Teil dieses Schnitts.

Die Ventilführungen sind neu, aber nicht gekürzt, sondern angespitzt. Damit bleibt die Qualität der Führung erhalten, auch die Kühlung des Ventils wird nicht verschlechtert... aber der Gasfluss hat weniger Widerstand, die Führung ist schlanker.

Das Ventil selbst ist auch bearbeitet, es ist etwas dünner, leichter und hat eine "Swirl" Bearbeitung. Das soll nochmals etwas für die Füllung helfen.

Als Nockenwelle wurde eine 284 Grad Schleicher gewählt, mit 11mm Nockenhub. Viel Grade sind es nicht, aber sehr viel Hub. Dafür wurde die Nockengasse größer gebohrt, da sie sonst nicht montierbar wäre.

Damit es keine Probleme mit der Dichtigkeit gibt, wurde der Kopf zusammen mit dem Stirndeckel geplant, sie bilden jetzt eine Einheit.

So sieht das dann aus... 🙂

[KapitaenLueck]

Bin ich auf das Video gespannt wenn der das erste mal angeschmissen wird.

Und dann natürlich auf die Werte was er auf dem Prüfstand drückt.

[Red1600i]

22.9.2020

Es ist angerichtet!

Heute war es soweit: Endmontage des Rumpfmotors.

Alle Teile liegen auf dem Tisch bereit um einen vollständigen Rumpfmotor zu ergeben. Einen nagelneuen M10B24.

Das ist sowas ähnliches wie Weihnachten wenn man vor dem Baum steht und die Geschenke davor.

Hier die vollständige Ansicht 🙂

[KapitaenLueck]

Auf geht´s.

Freue mich auf weiter Aufbau-Bilder.

[Red1600i]

22.9.2020

Lagerarbeiten...

Eins der ersten Dinge waren die Spritzdüsen für die Kolbenbodenkühlung. Sie sind direkt im Lagerstuhl eingesetzt und werden über die Hauplager versorgt. Die Düsen stammen auch aus dem BMW Fundus... der neuere M42/44 Vierventiler hat sie drin. Verbaut wie Serie. Sie haben ein Federventil, Öffnung ab 2,5bar Öldruck. Sie sind also nur dann aktiv, wenn der Motor ausreichend Öldruck hat und diese Kühlung auch brauchen kann. Sie mindern damit nicht in einer kritischen Situation die Ölversorgung.

Der Lagerstuhl bekommt eine Bohrung mit Bund und dort die Düse im leichten Press Sitz reingedrückt.

Das sieht dann so aus...

[Red1600i]

22.9.2020

Ein Lagerarbeiter ... 😉

Als nächstes zieht die Kurbelwelle an ihren späteren Arbeitsort ein. Die Lagerschalen werden eingelegt und etwas beölt. Trockenlauf mögen sie ja nicht...

Hauptlager, Axiallager in der Mitte... usw...

Die Kurbelwelle hat 95mm Hub, die damals größte Zwoliter Serie mußte sich mit 80mm begnügen... also ein ganz krasser Langhuber. Sie stammt von PPM Australia und ist aus 4340 Stahl gefertigt. Sie ist maßhaltig und sehr schön gemacht. Einziges Manko: sie ist seitens PPM nicht gehärtet, sie ist weich.

Deshalb wurde sie nachträglich gasnitriert, somit in der Oberfläche superhart. Sie würde damit dem Serienstand entsprechen und gehärtet nun für eine sehr lange Laufzeit vorbereitet sein. Nach dem Nitrieren wurde sie noch auf Endmaß poliert und feingewuchtet... 100 Milligramm Unwucht. Und auf perfektes Null Maß.
Ich denke, das wird man spüren bzw. eben nicht mehr spüren. Er wird hoffentlich wie sein Zwoliter Vorgänger vom letzten Jahr genauso seidenweich laufen 🙂

So, Kurbelwelle einlegen, die Lagerstühle einsetzen und verschrauben. Die Schrauben sind keine normalen M10 10.9er mehr, es sind 12.9er. Mehr Drehmoment, mehr Steifigkeit. Und der Lagerstuhl wurde in der Vorbereitung des Gehäuses damit bereits verschraubt und kerzengerade bearbeitet. Jeglicher Verzug der Lagergasse in den letzten 36 Jahren des Gehäuses sind damit weg...

Die Welle läuft seidenweich in ihren Lagern, kein bißchen ecken oder kanten... butterzart. Schöner geht es nicht. 🙂

Im Anschluß noch das Axialspiel geprüft... 7 Hundertstel. Passt. Welle drin 🙂

[Red1600i]

22.9.2020

Ölarbeiten...

Die M10 Ölpumpe zählt in den 60ern und 70ern nicht unbedingt zu den Berühmtheiten. Eigentlich eher zu den Unrühmlichkeiten...

Damals lief die Ölpumpe vollständig in einem Aluminium Gehäuse... und das ist weich. Viele Pumpen verloren durch Einlaufen des Stahl Rotors in das weiche Aluminium stetig an Förderleistung bis hin zur Mangelversorgung. Was dann abrupt so manches M10 Leben auslöschte...

Erst relativ spät erhielten die M10 Pumpen eine harte Stahlverstärkung, die das Einlaufen des Rotors in das Alu beendete. Und diese Pumpe eines E30 hat diese Verstärkung drin. Wir haben die Pumpe eines originalen 71er M10 mit den bestens erhaltenen Teilen eines 84er E30 M10 kombiniert und somit haltbar gemacht. Maximale Förderleistung und auch Druck für ein langes Motorleben... 🙂

Was wir bis dahin nicht wußten: es geht voll an der Kurbelwellenwange an. BOOOONG !!!

Die 95mm Hub sind da nicht ohne Folgen geblieben. Kollision mit der Wange... aber wofür gibt's eine Fräsmaschine. 30 Minuten später ging's weiter. Wir haben den Halter für die Pumpe befräst und den Freiraum damit geschaffen, auch mußte die Pumpe selbst am Gehäuse noch ganz leicht bearbeitet werden.

Problem erledigt, die Welle dreht frei.