Głowice M20.doc

Głowice M20 - HORROR

      Temat zacząłem drążyć po pęknięciu którejś już głowicy z kolei w moim silniku M20 - opis na końcu artykułu, znajdziecie też tam słow kilka o pękających szpilkach. Zabrałem się naukowo do sprawy bo wydałem już na sprawdzanie głowic i głowice ponad 1000 zł i dalej stoję. Tych głowic nie da sie spawać ze względu na durną konstrukcję. Tak jak planowałem zrobić silnik na turbinie to mi właśnie się odechciało. Albo znajdę pancerną głowicę albo wezmę inny silnik. Na przykład taki:

      Na początek postaram się opisać różne typu głowic które występują z silnikiem m20.
      Kiedy BMW w 1977 roku zaczęła produkować małą szóstkę m20 głowica została zaprojektowana z małymi komorami spalania zgodnie z filozofią wysokiej sprawności termodynamicznej silnika. Mała i zwarta komora spalania pozwala na uzyskanie krótkiego płomienia spalania i sprawia że silnik jest odporniejszy na spalanie stukowe. Mogę to potwierdzić - odporność na spalanie stukowa jest wysoka, mój zapłon jest tak wczesny że mam problemy z zapalaniem - cofa mi tłoki - i nic się nie dzieje. Spalanie stukowe dostałem dopiero jak na chodzącym silniku przestawiłem zapłon jakieś 20 stopni przed ustawienie fabryczne i wciskałem gaz do oporu przy małych obrotach. Spod maski dobiegł tak potworny hałas że widziałem już w myślach pękające tłoki. Głośne metaliczne dźwięki usłyszałem też kiedyś po wlaniu paliwa na w cpn-ie w Rypinie, w takich samych warunkach tzn. obciążenie niskie obroty/duże obciążenie ale przy normalnym zapłonie. Winą było paliwo, strasznie śmierdziało "zbukami", jakoś do domu dojechałem uważając bo spalanie stukowe błyskawicznie jest w stanie zrujnować silnik i nie wolno do niego dopuszczać.

      Głowica jest wykonana ze stopów lekki tradycyjnie zresztą dla BMW, z przepływem poprzecznym i zaworami ustawionymi w V z jednym centralnie umieszczonym wałkiem rozrządu popychającym krótkie popychacze które wyglądają jak ślimaki :). Ta sama głowica była użyta do wszystkich wczesnych modeli włączając w to 320/6, 520/6 (e12) i 323i. Komora spalania miała objętość 37cc. To dawało w połączeniu z tłokami stopień sprężania 9.2:1 dla 2,0 litra oraz dla 323i 9,5:1. Zawory mają tam średnicę 40mm dolot i 34mm wydech.

      Kąt rozwarcia zaworów został zmniejszony do 2 x 22 stopni, w przeciwieństwie do silnika m30 (duża 6) i m10 4cyl w których kąt ten wynosi 2 x 26 stopni. Wałek rozrządu podparto w 7 punktach w łożyskach ślizgowych (duża szóstka pracuje tylko na 4). Duży wznios zaworów 10mm uzyskano za pomocą dźwigni popychaczy, krzywki na wałku mają mniejszą wysokość, był to ogólny trend w silnikach w latach 70/wczesnych 80. Taki układ pozwalał na uzyskanie większych przyspieszeń zaworów i skrócenie czasów otwierania i zamykania zaworów pozwoliło na skrócenie faz otwarcia zaworów do 260 stopni, w innych silnikach BMW było 264 i 270 stopni. Miało to pozwolić uzyskać większą sprawność silnika z jednostki objętości i "teoretycznie" lepszą elastyczność. piszę teoretycznie bo w praktycznym teście nie było różnic np.. między silnikami 320/4 i 320/6. Wynikało to z faktu że 320/6 jest minimalnie cięższy i pracował z dłuższym przełożeniem mostu. Porty dolotowe w tych wczesnych głowicach były małe, okrągłe o średnicy około 32mm. Te głowice były oznaczone numerem 1264200 od strony dolotowej. Model e21 323i używał strojonego kolektora ssącego o długości kanału 454mm, poszczególne kanały łączą się w małej komorze podciśnieniowej. BMW używało małych komór aby skrócić czas reakcji na otwarcie przepustnicy.

      W silniku 320/6 tłoki były płaskie i lekko wgłębione na środku. Tłoki w GPZ były ciut poniżej poziomu bloku silnika, odległość głowicy od krawędzi tłoka wynosiła 1mm. Komora spalania i kształt tłoka są tak spasowane że świeca odpala mieszankę w samym środku jej "sfery". w porównaniu do innych ówczesnych silników M20 były dużo lepiej zoptymalizowane termodynamicznie. Silniki 320i/6, 323i, 325e do 1987r miały podobnie rozwiązane komory spalania i odlew głowicy, silniki 325i oraz 325e powyżej 1987r miały przekonstruowane tłoki ponieważ ich głowice miały większą komorę spalania i tłoki musiały wystawać z bloku i "wchodzić" w głowicę aby utrzymać stopień sprężania. Ale o tym później.

      Model E30 320i/6 i 323i otrzymał delikatnie przekonstruowaną głowicą. Nadal 320i/6 i 323i używały podobnego odlewu głowicy - numer 1264731 - który miał taką samą komorę spalania ale powiększone porty dolotowe do średnicy 36,5mm. Stopień sprężania w obu modelach wynosił 9.8:1. Słyszałem że czasy otwarcia zaworów zostały w nich zmniejszone, ale miałem okazję porównywać różne wałki i nie było różnicy, kąt wzniosu krzywki wynosił 110 stopni. Inny za to wałek jest użyty w 325e i 525e. Silniki te korzystały z odlewu głowicy numer 1264200 (tego z małymi portami) i miały stopień sprężania 8,0:1 na rynek USA (do ich niskooktanowego paliwa) i 11:1 na rynek europejski. Trzy z łożysk wałka rozrządu zostały usunięte aby zredukować tarcie. Sprężyny zaworowe są bardziej miękkie, tak miękkie że obroty maksymalne ustalono na 4800, powyżej zawory się "odklejeją". Kąt krzywki został zredukowany do 102 stopni z czasem otwarcia 236 stopni i krótkim "przedmuchem". Długość kolektora zwiększono do 553mm. Na bazie silnika m2o BMW wypuściła Diesla o symbolu M21.

Posiada on tłoki o średnicy takiej 80mm i wał od 325e co daje w rezultacie 2,4L. Używał ten silnik przekonstruowanej głowicy o symbolu 1275551. Nie mam danych na jej temat.

      Prawdziwą rewolucję w głowicy zrobiono w silniku 325i. Głowica o numerze 1705885 miała duże porty w kształcie litery U ponad 37x37mm i trochę większą i zrobioną według nowych założeń komorę spalania o objętości 40cc. Zawory powiększono do 42 i 36mm. Komora spalania miała sferyczny kształt, była bardziej zwarta i miała większą prędkość spalania oraz większą odporność na spalanie detonacyjne i dobrą efektywność. W głowicy 1705885 jest miejsce dla wypukłego tłoka, który ma niecentryczne sferyczne wgłębienie. Najprawdopodobniej inżynierowie BMW zrobili to tak bo nie mogli bardziej centrycznie ustawić świecy zapłonowej co jest podyktowane warunkami termodynamiki, zachowując taką samą konfigurację cylindrów ale przenosząc komorę spalania "wokół" świecy zapłonowej za pomocą wgłębienia w tłoku i współpracującej z nim wnęki w głowicy. Dało to w efekcie "kopa" i pozwoliło w modelu 325i na skrócenie skoku tłoka w stosunku do modelu 323i, powiększono średnicę tłoka wszystko to po to aby zmniejszyć tarcie i zwiększyć moment obrotowy przy dużych obrotach. Stopień sprężania ustalono na 9.8:1 i 8.8:1 na rynek USA. Kąt krzywki zaworu zmniejszono do 108 stopni. Późne Ety po 1987 korzystały z odlewu tego samego co 325i 1705885 zwane często jako supereta. Nie wiem jak wygląda tam wałek rozrządu i sprężyny zaworowe ale odlew jest taki sam.

      Głowice BMW mają opinię pękających przy przegrzaniu. Mogę tu wtrącić swoje trzy grosze: pękają jak wściekłe i nie zależy to od przegrzewania. Mój pierwszy 1979 rekin 320/6 miał skatowany silnik ale głowicę całą. Drugi rekin 323i 1981 (ale wszystko wskazywało że było to 1979) miał też już dojechany motor ale był mocny, palił gumy, ścigał się, zagotowany był wiele razy na skutek uszkodzonego korka wlewu wody. Potem głowicę ściągałem, zrobiłem uszczelniacze, założyłem i jeździłem kupę czasu i nie wiedziałem o żadnych kłopotach z głowicą. Teraz mam silnik 325e 1986r. Pękła mi głowica 1264200 - objawy wciągał wodę do oleju. Pęknięcie wzdłuż całej długości po kanale wodnym od strony dolotu. Tego nie ma sensu spawać, bo przeszkadzają łożyska wałka rozrządu. Tam też może pęknąć.

      Kupiłem głowicę 1264200 - okazała się pęknięta na 5 garze na kanale wodnym - wszystkie tak pękają. wziąłem kolejną 1264731 - pęknięcie wokół mocowania zaworu na 5 garze na dolocie. Wziąłem kolejną 1264200 - cała. Założyli mi ją, pochodziła 2 tygodnie i pękła na kanale na 5 garze. Kupiłem kolejne 2, jedna pęknięta po całości kanału dolotowego i przez środek do korka 1264731, druga 4,5,6 gar na kanale (1264200). Teraz badam 1264200 i czekam na jeszcze jedną taką i na 1705885. HORROR. Nie chce chce znowu zakładać i czekać aż pęknie. Problem małych portów rozwiązuję za pomocą wiertarki i frezu do aluminium. Przykładam uszczelkę kolektora dolotowego i rozwiercam.

      Szczególnie złą sławą cieszą się głowice 1275551 od Diesla i 1705885 od 2,5. Diesle kompletnie nie wytrzymują obciążeń, głowica od 2,5 pęka częściej ze względu na cieńsze ścianki kanałów skutkiem zastosowania w niej większej komory spalania.

      Głowice do BMW można kupić w Hiszpanii, produkowane są przez firmę AMC i nie mają nic wspólnego z oryginalnymi głowicami. Są zoptymalizowane i nie pękają. Ceny około 600 euro - tyle że ten silnik nie jest tyle warty....

      Kolejny ważny problem to szpilki - te ze zwykłym szesciokątnym łbem kochają się urywać. jak się urwie to leci woda do oleju i/lub pęka głowica. Po 1988 roku BMW wprowadziła nowe szpilki z łbem typu torx, te się już nie urywają. Jeśli macie stare szesciokątne szpile to radzę wymienić. W      nioski końcowe:

      Do silników 320/6, 323i i "stara" eta pasują jakakolwiek głowica od m20. Do 2,5 oraz nowej ety tylko od 2,5. Starą od nowej najprościej rozróżnić po tłokach - w starej nie wystają ponad blok, w nowej wystają. Tylko co z tego wszystkiego - wygląda na to że jedyne co możemy robić to zakładać kolejną głowicę i czekac kiedy pęknie.