Het type-4 motorblok van de VW T3
Auteur: ir. L.P.V.M. van Rijn
Omstreeks 1966 werd het Volkswagen duidelijk dat het enige motorblok wat zij bezaten, het keverblok, de grenzen van zijn groei had bereikt. Er moest een groter, sterker motorblok komen.
VW raadpleegde Porsche, die een ca 30% grotere uitvoering van het Kever-motorblok tekende. De carterkast was nu van aluminium in plaats van het tot dan toe gebruikte magnesium. Aluminium is hoger belastbaar bij verhoogde temperaturen.
De motorische toekomst van de VW 411 / 412 serie, d.w.z de Opel Rekord concurrent, was daardoor zeker gesteld. Ook kon dit motorblok dan in de T2-bus worden ingebouwd, waar het met 1,7 liter en 68 pk een duidelijke verbetering was t.a.v. het kortademige 50 pk keverblokje met AD en AS code.
De pk-race ging echter rapido voort. In het eind van de zeventiger jaren bezat VW niet de goede motoren om het op stapel staande T3 model voort te stuwen. Er was immers veel meer vermogen nodig: de CW waarde van de “brick” was 0,44 ; slechter dan die van de T2, en hij was nog groter ook. Dat resulteerde in een weerstandsoppervlak ( de Cw * S waarde) van 3,05. [ Cw *m2 ].
Omdat in dit type 3, de T3 dus, ongeveer 17 motortypes zijn gebruikt geeft dat aan dat de motorenafdeling van VW ‘behoorlijk’ de koers kwijt was. In principe heb je maar vier motoren nodig. Benzine met en zonder turbo, en dito in diesel-uitvoering.
Dit artikel gaat over het CU-motorblok wat in de T3 van 6-1979 tot 9-1983 leverbaar was.
Voorbeeld. CU motorblok nr 039387, afgeleverd 3-7-1980 in Hannover.
Randvoorwaarden en ontwerpkeuzes
In de zestiger- en zeventiger jaren waren twee benzine’s leverbaar, RON 88, oftewel ”normaal” met 88 octaangetal. Super werd destijds ook “super” genoemd en had 98 octaan. Beide benzines waren loodhoudend(!) en bevatten geen alcohol. Het CU-motorblok is gebaseerd op RON 88 benzine. (88 octaan)
De luchtkoeling heeft hetere cilinderkoppen tot gevolg, ze kunnen tot 225 graden Celsius heet worden. Het z.g. pingelen, de ongewilde detonatie, treedt dan sneller op vergeleken met een watergekoelde cilinderkop. VW koos voor een compressie verhouding van 1 : 7,3 een naar huidige maatstaven lage waarde. Voordeel is goed starten en een nadeel is de lagere efficientie van het motorblok. Met een geforceerde luchtkoeling (een fan) en een grotere oliekoeler zou het blok een langere levensduur hebben vergeleken met het Keverblokje.
VW gaf zelf 90.000 km levensduur aan voor het Keverblok en 150.000 km voor het type 4 blok.
De keuze voor luchtkoeling is al ver voor 1966 gemaakt en ze zijn er op gaan doorborduren. Nadelen zijn de vele ingewikkelde beplatingsdelen en deeltjes die de lucht in de juiste hoeveelheden moeten verdelen over de cilinderkoppen.
Verder is een heel mooi magnesium gietdeel aanwezig, waar de luchtwaaier in zit.
De romp van het blok en de krukas zijn tamelijk overwoestbaar, ze kunnen diverse revisies mee. Toch heeft dit blok een flinke achilleshiel, lees verder.
Ontwerpkeuzes / 1
Nokkenas
VW of Porsche heeft in al zijn wijsheid een besparing toegepast op de nokkenas.
De nokkenas heeft maar 4 nokken, terwijl andere 4 cilinder motoren normaliter 8 nokken op de nokkenas hebben.
Het flat-four concept laat echter toe dat een paar nokken zowel de linker- en de rechterkant bediend. Dat is goedkoper te maken, het scheelt 4 nokken.
Dat nokkenpaar moet echter wel tweemaal zo hard werken als in een “gewone” auto, en slijt dus tweemaal zo hard. Heeft de VW bus 200.000 km gereden dan heeft de nokkenas ‘400.000 km’ gezien.
De kwaliteit van de nokkenas is echter doorsnee, niet speciaal in eniger mate; en relatief spoedig versleten d.w.z. na ca 150.000 tot 200.000 km is de dunne geharde laag, de nitreerlaag, op de nok doorgesleten.
Een andere onjuiste keuze
De nokvolgers dragen ook niet voor de volledige diameter op de nok. Deze keuze zou het ronddraaien van de nokvolger tot gevolg hebben en de slijtage dan gelijkmatig verdelen. Deze keuze is zeldzaam, want andere auto’s hebben dat niet, en het hoeft dus niet. De excentrische positie van de nokvolger bevordert het insnijden van de nokvolger op de nokkenas.
Deze ontwerpkeuze resulteert in forse nokslijtage en een uiteindelijke nokhoogte van bijvoorbeeld 2 mm (was oorspronkelijk 8 mm) Met deze setting kan je heel goed stationair draaien en parkeren, maar harder dan 60-70 km gaat de bus niet meer.
Foto: Na het verwijderen van de cilinder en zuiger is diep in het blok de des-axatie van de
nokvolger (= offset) en het kerven van de nokkenas goed zichtbaar.
Foto: Versleten harde laag op de nokken van de nokkenas. Nadat de harde laag doorbroken is gaat de slijtage veel harder voort en de nok wordt steeds ronder. Bij doorrijden van nu af is na 10.000 km de nok geheel rond gesleten.
De nokvolgers vinden de ruwheid op de nokkenas ook niet leuk:
Foto: Oude en nieuwe nokvolger.
Het weggesleten ijzerpoeder is blijkbaar in de oliefilter verdwenen, en gedeeltelijk als sludge op de bodem van het blok te vinden.
Ontwerpkeuzes / 2
Carburatie
Twee carburateurs zijn toegepast, een voor de linker cilinderbank, een voor de rechter-.
De Solex 34 PDSIT 2 / 3 is ongeveer het eindpunt van de carburateur ontwikkeling.
Milieuregels werden omstreeks 1980 steeds strikter en er zitten diverse temperatuur sensoren op de carburateurs, dat duidt op de T in PDSIT.
Er is gekozen spiegel-symetrische carburateus te maken, dus aparte types voor links en rechts. Dat is hier niet nodig geweest, het zou ook met 2 identieke types gekund hebben.
We zien dus ook dat de gloeispiralen van de automatische chokes links- en rechtomdraaiend zijn, het zijn verschillende types.
De cilindrische doorlaat is 34 mm, maar de venturi (het kleinste gedeelte in de keel) is ongeveer 26 mm. 70 pk wordt met 2 maal 26 mm doorlaat gerealiseerd.
Twee-en een halve carburateur op de T3
Om het afstellen makkelijker te maken zijn diverse buizen tussen de linker- en rechter cilinderbank toegepast.
Er is een verbindingsbuis die de inlaatspruitstuk-druk tussen links en rechts nivelleert. Die buis is naar voren aangesloten op de remkracht versterker, maar verder dicht.
Foto: De plastic buis links gaat naar de remkracht versterker en de aftap via het rubberen T stuk naar de andere carburateur.
Een andere verbindingsbuis voedt een mengselbuis tussen de linker- en de rechter carburateur. Bovenop de linker carburateur heeft hij 2 stelschroeven, een voor de lucht- en een voor mengselregeling. Dat is een hulpje voor het centraal afstellen van alle 2 de carburateurs te gelijk.
We hebben dus eigenlijk “twee-en-een-halve carburateur“ in de bus.
Als de basis-instellingen van de carburateurs goed zijn, wordt alleen met deze centrale regeling de afstelling ingesteld.
Met nadruk wordt gesteld dat alle verbindingen van de vele buizen en hun aftakkingen potdicht moeten zijn om een betrouwbaar stationair lopen te garanderen.
Basis instellingen carburatie
In de RON 88 tijd (tot ca 2000) was de instelling eenvoudig. Na 2020 werd de E10 ingevoerd, die E95 genoemd wordt (95 oktaan, 10% ethanol) . Deze benzine vereist een andere carburateur instellling die later wordt besproken.
De standaard instellingen van de carburateurs zijn in diverse technische handboeken beschreven. (de RON 88 instelling is altijd bedoeld)
In de carburateur bij de vlinderklep zitten 5 kleine gaatjes, die brandstof in het inlaatkanaal toelaten. Ze zijn van belang bij stationair lopen en het deellast gebied dat daaraan grenst.
Foto: De 5 gaatjes, waarvan er bij gesloten gasklep 4 onder de gasklep liggen. In het bovenste gaatje is de tip van de tapse regelnaald net zichtbaar.
Het bovenste gaatje bevat de tapse stationair regelschroef, die normaal door de fabrikant afgesloten is met een plastic plugje.
Als de standaardinstelling verloren is gegaan, dan is de start-instelling: helemaal in draaien, en dan anderhalve slag (1,5) uitdraaien.
De vlinderklep (gasklep) heeft een stelschroef die de ruststand bepaald. De vlinderklep moet het eerste gaatje met de regelstroef vrijlaten, maar precies op het 2e gaatje staan. Zodra de vlinderklep een fractie open draait komt dat gaatje vrij, en daarna komen de andere 3 ook vrij. Dit regelt het mooi overnemen vanaf stationair draaien.
–Al deze 5 gaatjes krijgen hun brandstof via de electrische afslagklep, die tevens de stationair sproeier is. Het overnemen wordt ook door deze klep bepaald.–
De elektrische klep heeft een sproeier maat 055, en is nog te koop.
Het afstellen met een versleten gasklep-as-lager dat speling heeft, is lastig zo niet onmogelijk.
Uitgesleten gasklep lagerbusje zijn zelf te vervangen. Een messing busje met een 8H7 passing voldoet. Realiseer ook een goede uitlijning met de tegenoverliggende bus.
Er zijn ook nieuwe gasklep-huizen te koop, het is n.l. een losneembaar deel van de carburateur.
Zorg er verder voor dat de linker- en en de rechtercarbuarateur precies gelijk in beweging komen bij intrappen van het gaspedaal. Er zijn afstel-stangetjes voor die daarvoor zijn.
Als het ontstekingstijdstip goed staat, de ontsteking in orde is, de kleppen gesteld zijn, wordt de stationair instelling met de 2 schroeven op de verbindings buis verder op orde gebracht. Dat staat ook in vele boeken beschreven.
Na 2020 hebben veel bus-eigenaren en ander oldtimer bezitters veel last met netjes lopen van hun voertuigen. Dit komt door de E10 brandstof, en het ligt nergens anders aan.
Het oktaan getal (95) zou hoog genoeg zijn, maar het werkt niet lekker.
Omkatten van het CU blok naar E10 brandstof
Theorie
Laten we even terug naar de scheikunde-les gaan en bekijken hoeveel zuurstof de oude benzine nodig heeft om geheel te verbranden. Daarna vergelijken we dat met de hoeveelheid zuurstof die E10 nodig heeft.
De oude RON 88 bestond voor een groot deel uit iso-oktaan en zijn broertjes, zijn derivaten. E10 bestaat voor 10% uit ethanol, en de rest is benzine.
Om 1 molecuul iso-oktaan om te zetten schrijven we
C8 H18 + 25 O = 8 CO2 + 9 H2O
Om 1 molcuul ethanol om te zetten:
C2 H5 OH + 6 O = 2 CO2 + 3 H2O
We zien dat alcohol al zuurstof bij zich heeft (!) dat meedoet in de verbranding en er waarschijnlijk minder zuurstof (=lucht) nodig zal zijn voor volledig verbranding.
Als we een brandstof nemen met 10% ethanol is er kort-door-de bocht genomen 8,2 % minder zuurstof nodig voor de verbranding van dat volume brandstof. (Dichtheid benzine en alcohol even gelijk gesteld, ze zitten dicht bij elkaar)
Een carburateur is een klein fabriekje dat een volume aan vloeistof mengt met een volume lucht en dat noemen we: “mengsel“ .
Als we een brandstof nemen die minder lucht nodig heeft, dan weet de carburateur dat niet, en die mengt er dezelfde hoeveel lucht bij en dat is teveel. We maken het mengsel dus ‘te arm’. Bewijs zien we aan de witte isolatoren van de bougies, die op een te arm mengsel duiden.
Bewijs van een arm mengsel bij rijden op E10.
De Solex carburateur op de T3-bus heeft in principe 3 gebieden waar we op moeten letten: stationair-, middengebied- en vollast gebied. Alle 3 de gebieden moeten we rijker gaan maken als we op E 10 willen rijden. Details over carburateur-werking laat ik even weg.
Na enig rekenen aan sproeiermaten en testen kon ik een goed rijdende bus realiseren.
| Sproeierbezetting 34 PDSIT /2 /3 | |||
| Type brandstof | Stationair sproeier | Remluchtsproeier | Hoofdsproeier |
| RON 88 | 055 | 140 | 132.5 |
| (De standaard instelling in 1980) | |||
| E10 | 060 | 120 | 137.5 |
Met de laatste instelling rijd de bus goed op E10. Het midden gebied is nog redelijk schraal afgesteld, dat wordt het meest gebruikt. Een instelling die wat beter “ aan het gas hangt ” zou zijn:
| Type brandstof | Stationair sproeier | Remluchtsproeier | Hoofdsproeier |
| E10 | 060 | 110 | 137.5 |
Hier is het middengebied rijker afgesteld en dat wordt het meest gebruikt. De bus rijd goed, maar gebruikt fractioneel meer benzine dan in afstelling met de 120 sproeier.
Hordes die te nemen zijn
De elektromagnetische afslagklep met sproeier grootte 55 is elektrisch gemaakt om na-dieselen te voorkomen. Uitzetten van het contact sluit de benzine af.
Crux van deze klep is dat hij de stationair instelt maar ook het begin van het overneemgebied door middel van de 5 gaatjes in het gasklephuis.
De sproeiermaat moet vergroot worden, maar de sproeier zit vast in de klep. Een sproeiermaat 60 is niet leverbaar.
De sproeier moet worden vergroot, en kan worden opgeboord.
Met een boortje van 0,6 mm (Euro 1,10) en een handboor-handvat voor kleine boortjes kan de sproeier van 0,55 mm naar 0,60 mm worden vergroot.
Wel moeten we de klep met 12 Volt van een accu open zetten, en dan pas gevoelig gaan boren.
Na het boren persen we met een slangetje en injectiespuit met kracht wasbenzine door de boring van 0,6 mm, zo worden de messing metaalschilfertjes weggespoeld. Ook dit moet in de ‘open’ klepstand gebeuren.
We persen uiteraard tegen de normale richting in omdat de 4 benzine entree-gaatjes in de klep groter zijn dan de boring van 0,6 mm.
Dit opboren is de lastigste stap in de E10 ombouw.
P.S. Deze methode van schoonblazen van de klep kan ook worden gebruikt als deze gewoon “verstopt” is, het werkt uitstekend.
De andere sproeiers zijn geen hordes, ze zijn gewoon te koop bij de diverse VW-kever shops of carburateurwinkels.
Hoofdsproeiers hebben M5 draad, remlucht sproeiers M6 draad. Je kan ze niet verwisselen.
Carburateurs schoonmaken in een trilbad heeft zijn nut, maar lost het slecht lopen op E10 niet op, sproeiers vergoten doet dat wel.
Opvoeren van het CU blok richting economie, onder gebruik van E10
Het is bekend dat de benzine gedreven T3 bus een flinke slok brandstof lust. Dat komt door de originele lage compressie verhouding van 1 : 7,3 en de slechte aerodynamica van het voertuig. Als we de compressie verhouding verhogen wordt de motor beter, d.w.z gaat meer vermogen leveren bij gelijk verbruik.
Ervaring met een luchtgekoelde BMW R100RS motorfiets geeft aan dat een compressie verhouding van 1: 9,2 nog met beleid en E10 bruikbaar is.
De luchtgekoelde 2.0 ltr Limbach vliegtuigmotor, die gebaseerd is op het keverblok, draait met een compressie verhouding van 1: 8,4 , waarbij ze minimaal 1200 draaiuur garanderen.
De schrijver heeft goede ervaringen (+100.000 km) met een compressie verhouding van 1 : 8,8 in het CU blok. Goed afgesteld werkt het ook samen met de E10.
Het opvoeren is eenvoudig
Er zijn 2 methodes, een goedkope en een duurdere.
1. Vervang de standaardzuigers met de holtes (z.g. Mulde-kolben) door zuigers zonder holtes (z.g. Flach-kolben). Ze zijn in ruime mate nieuw op het internet te vinden, voor schappelijke prijzen.
De vervanging waarbij de ringen tussen de cilinders en de koppen in stand blijven levert 8,8 – 9,0 als compressie verhouding. Zonder de ringen van 0,7 mm dikte wordt de compressie verhouding 1: 9,5 en dat is te hoog voor E10, super 98 is dan nodig.
Meestal hebben die Flach-kolben twee holtes waar de kleppen in passen als de zuiger in zijn bovenste dode punt staat. (zie foto)
Ook worden er uit Brazilië cilinderkoppen geleverd waarbij de ring van 0,7 mm al vast in de kop zit als integraal aluminium gedeelte.
Methode 2, die is bewerkelijker.
2. Gebruik de normale zuigers en frees de verbrandingskamer van de standaardkoppen 1,5 mm dieper uit. Houdt de ringen tussen de kop en de cilinder in stand. De compressie verhouding wordt 1 : 8,4 met ringen en is dus milder. Zonder ringen wordt het ca 1 : 9,0. Nadeel van deze methode is de benodigde freesbewerking, en de zuigers moeten kleine maantjes krijgen om de kleppen te accomoderen. (zie foto). Bij volledig geopende kleppen en de zuiger in de bovenste stand moet minimaal 0,5 tussen de klep en de zuiger aanwezig zijn.
Een verbrandingsruimte die 1,5 mm is verdiept, en de kop is ook 1,5 mm is verlaagd. De verbrandingskamer holte is kleiner geworden. Een bijpassende ‘muldekolben’ gemodificeerd met klepmaantjes.
Resultaat.
Beide methodes zijn beproefd, en werken prima.
Het motorblok is merkbaar levendiger. De norm die ik hanteer is of de bus met 100 km/h de Brienenoordbrug op kan, of dat de bus in z’n derde versnelling de Geisslingersteige na Stuttgart kan nemen met 70 km/h. Beide motoren kunnen dat.
De gemeten compressie verhouding met de compressiemeter was 12 bar, d.w.z ca 1 : 9.0 geometrisch. De originele carburateurs zijn gebruikt.
Bij 80 km/h constante snelheid is het brandstof verbruik dan 1:10, zelfs 1:11 is aangetipt.
Wrap-up Type 4 motorblok.
- Door overdreven besparingsdrift bij VW (een nokkens-as met 4 nokken) werd het type 4 motorblok in levensduur beperkt. De dubbele levensduur was mogelijk geweest voor een paar Euro meer. Andere delen van het motorblok zijn onproblematisch gaan veel langer mee. We kijken naar een duidelijke ontwerpfout.
- Het gebruik van E10 brandstof eist een andere sproeierbezetting, maar rijdt verder probleemloos.
- Het verhogen van de compressie verhouding tot maximaal 8,8 – 9,0 verhoogt de efficiëntie van het motorblok aanzienlijk en is goed bruikbaar met E10 brandstof. Het is een economische stap door lager verbruik en goedkopere brandstof.
Naschrift
Alle uitgevoerde veranderingen zijn uiteraard voor eigen verantwoording.
Meer dan 400.000 km CU-blok ervaring van Schotland tot Italië, via RON88 benzine naar E95 en later E10 zijn probleemloos verlopen.
Het luchtgekoelde motorblok werkt met hoge temperaturen en daarom degradeert de olie snel. Vervang de olie en oliefilter steevast elke 10.000 km. De oliefilter krijgt n.l. heel wat ijzerpoeder te eten, zie de foto van de ingekorte nokvolgers, en dat zijn er 8. Dat poeder moet niet tussen de krukaslagers komen.
Indien consequent onderhouden gaat een CU motorblok in een camper 225.000 km mee voordat revisie nodig is.
Hopend uw CU blok weer op krachten te hebben gebracht en ‘Salonfähig’ te hebben gemaakt.
Door: L.P.V.M. van Rijn (ir-ing)
(Technisch ontwerper bij de vliegende-auto fabriek PAL-V. Werkte vroeger bij VolvoCar Technologie in Helmond.)
Beknopte foute analyse CU motorblok, carburatie / brandstof gerelateerd.
- Motor liep altijd goed stationair met 900 tpm maar ‘hinkelt’ nu met 500 tpm in de stationair. Zeer waarschijnlijk is een van de elektrische stationaire afslag kleppen verstopt. Doorblazen in tegengestelde richting met wasbenzine maakt de dure klep weer bruikbaar.
- Motor loopt lastig stationair en gaat dat steeds lastiger doen in de tijd. Er ontwikkeld zich ergens een luchtlekje. Het kan het rubber T-stuk zijn wat aftapt naar de remkracht versterker. Maar ook andere lekken zijn mogelijk in de pijpen die de motor omringen. Soms heeft de grote stationaire-luchtklep die alleen op de linker carburateur zit een uitgelubberde draad, die is M11 bij 1 mm.
- Motor houdt in bij een langere bergklim. Vermoedelijk is de tankuitgang verstopt, er is te weinig benzinetoevoer. Trek de slang onder de auto bij de tank los, er moet een flinke straal uitkomen. De benzinepomp–drukstift kan versleten zijn, die moet 139,75 mm lang zijn. De benzinefilter kan verstopt zijn, of verzadigd met water.
- Motor houdt in vooral bij rit in de regen. Via de slangetjes en de ontluchtingskastjes in de voorste wielkasten loopt er water in de tank. De rubbertjes op de tanktop zijn niet lekdicht meer. Dit water verstopt de benzine filter, die sterk in doorlaat teruggaat. Krik de auto een de linker punt hoger op en tap wat benzine af aan de tank rechts achter. Komt er bruin water mee, dan is dat de oorzaak.
- Motortoerental vliegt omhoog bij overschakelen naar een andere versnelling, maar auto rijdt verder normaal. De vacuum-klep op de leiding naar remkracht versterker is kapot. Zit links hoog in de motorruimte. De norm die ik stel voor het vasthouden van het vacuum in die leiding is een verlies van 0,01 bar per seconde in een afgedichte leiding.
- Carburateurs zijn nat, of olieniveau stijgt miraculeus en is weer laag na een lange rit. Vlotternaald-ventielen in de carburateur deksel sluiten niet goed af. Deksels van de carburateurs welven zich in de tijd, en sluiten ondanks een nieuwe pakking niet goed af. Remedie: deksels vlakken.