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Dokumentation: 1KZ-TE Zylinderkopf defekt/gerissen    

1996 - 2001

Dokumentation: 1KZ-TE Zylinderkopf defekt/gerissen

Postby VolkerJ » Mon 16. Jul 2018, 17:46

Hallo,

nachdem der Eine oder Andere hier auch schon mit einem defekten Zylinderkopf zu tun hatte, war ich bei ca 198.000km auch davon betroffen. Ist ein J95 von 12/1998, Modelljahr 1999


Riß im Ventilsteg zwischen den Ventilen von Zylinder 4
zylinderkopf_049.jpg


zylinderkopf_050.jpg


Die Wirbelkammern hatten auch alle den üblichen Riß, aber das ist ja nicht weiter schlimm.


Im Nachhinein ist es mir auch klar wann es passiert ist, nämlich bei einer Fahrt letzten Sommer mit einem ~3t Anhänger.
An dem Tag selbst war noch alles in Ordnung, 2 Tage später (2mal komplett abkühlen und erhitzen vom Motor) bin ich in der Stadt gefahren und trotzdem dann mit kochendem Wasser in eine Tankstelle gerollt.
Die Fahrten an den 2 Tagen danach waren ohne Last, nur mit 50km/h in der Stadt herum.

Da seit dem der Kühlwasserbehälter immer geblubbert hatte, hab ich dann eine CO Messung im Kühlwasser gemacht.

zylinderkopf_002.jpg


zylinderkopf_004.jpg

die blaue Testflüssigkeit war in einem Drittel der angegeben Zeit schon auf grün umgeschlagen --> Abgas im Kühlwasser.


Zu erwähnen ist, daß mein Zylinderkopf laut Fahrgestellnummer aus der "guten Charge" kommt.

Nachdem ich nun versucht habe rauszufinden wieso die Schäden auftreten, ist mir auch klar, daß auch gute Zylinderköpfe irgendwann einen Riß bekommen müssen.

Ich habe im Zuge der Reparatur einen Abgastemperaturfühler vor dem Turbo eingebaut. Die ersten Fahrten nach der Reparatur waren - interessant.

Stutzen für Abgastemperaturfühler
zylinderkopf_077.jpg


Das Abgas soll ja unter Last 700°C nicht überschreiten. Kurzzeitig darf es auf 750°C gehen, es ist aber nirgends definiert was kurzzeitig ist. Da die Turboladerhersteller oft 700°C als maximale Dauertemperatur angeben und je nach Datenblatt 1-5min bei 750°C, würde ich diese Werte mal als kurzzeitig annehmen.

Die Temperaturen sind:

Leerlauf: 150-200°C
Stadt rumgondeln: 350-550°C
zügige Beschleunigung durch die Gänge bis z.B. 100km/h: ca bis 650 °C
Landstraße konstant 80km/h : 400-550°C
Landstraße Vollgas Bergauf, Auto leer und kein Anhänger: innerhalb 3 Sekunden über 700°C und keine 10 Sekunden später bei 790°C hab ich dann aufgehört Gas zu geben. :shock:
Die von mir gemessenen Werte decken sich auch mit dem was man so bei IH8Mud in den Forenbeiträgen findet.

Die Einspritzpumpe ist werksoriginal, die Einspritzdüsen sind neu und Ruß (als Indikator für zu heiße Verbrennung) ist nicht zu sehen.

Da man beim Diesel - im Gegensatz zum Benziner - mit mehr Luft eine kühlere Verbrennung erreicht, hab ich die Wastegateansteuerung vom Kompressorgehäuse auf die gegenüberliegende Seite an Zylinder 1 Verlegt, wo auch der Ladedruck abgenommen wird. Das hat aber keine Verringerung der Abgastemperatur gebracht.
Dafür eine deutliche Verbesserung im Ansprechverhalten.

Die total verdreckte Ansaugung hatte ich vor dem Wiedereinbau schon ein paar Stunden im Ultraschallbad gereinigt, aber ich war erstaunt wie weit der Ansaugkrümmer zu war. Im Schnitt 5mm dicke Ablagerungen.
zylinderkopf_017.jpg




Hier auch noch andere Beiträge als Link

motorproblem-t25481-30.html#p391354

post632947.html?hilit=zylinderkopf#p632947


Gruß
Volker
Last edited by VolkerJ on Mon 16. Jul 2018, 19:25, edited 1 time in total.
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Re: Dokumentation: 1KZ-TE Zylinderkopf defekt/gerissen

Postby VolkerJ » Mon 16. Jul 2018, 18:26

die Zylinderkopfschrauben waren auf jeden Fall ordenlich fest. Mit einer 3/4 Zoll Rätsche hab ich die nicht aufbekommen.
Und eigentlich war ich mir sicher, daß die Schrauben abreissen beim Öffnen. Hat ziemlich gekracht und gequietscht.
zylinderkopf_031.jpg



Kopf ab
zylinderkopf_045.jpg


Die Zylinderkopfdichtung verschließt fast alle länglichen/ovalen Kühlwasseröffnungen bis auf 2 Stück.
zylinderkopf_042.jpg




Da ich sonst eher an Mercedes bis Bj 1995 schraube, war mir im Vergleich auffallend, daß insgesamt wenig bzw sehr kleine Kühlwasseröffnungen für die Durchströmung vorgesehen sind.
rot = Druckölzulauf
lila = Ölablauf
grün = Zylinderkopfschrauben
gelb = Kühlwasseröffnungen
zylinderkopf_048_farbmarkierung.jpg




da ich auch Wasser im Öl hatte, konnte man am betroffenen Zylinder Auslaß auch Öl feststellen im Vergleich zu den anderen Zylindern

zylinderkopf_069.jpg


zylinderkopf_067.jpg


Gruß
Volker
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Re: Dokumentation: 1KZ-TE Zylinderkopf defekt/gerissen

Postby isegrim » Mon 16. Jul 2018, 18:30

Das schreit ach einem riesen Ladeluftkühler und einen möglichst offenen Auspuff.
Ist da ein Nachrüstkat verbaut?
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Re: Dokumentation: 1KZ-TE Zylinderkopf defekt/gerissen

Postby VolkerJ » Mon 16. Jul 2018, 18:51

Zylinder 4 war im Vergleich zu den anderen 3 deutlich weniger verdreckt. Eventuell durch Wasserdampf wegen dem Riß

Zylinder 1-3
zylinderkopf_060.jpg



Zylinder 4
zylinderkopf_063.jpg



ab dann wieder Zusammenbau, von den Laufspuren/Honbild her war der Block noch ganz gut in Schuß. Es waren eigentlich nur ein paar etwas polierte Stellen sichtbar
zylinderkopf_095.jpg


Als Zylinderkopfdichtung habe ich die dickste verfügbare Variante verwendet mit 5Löcher-Markierung. Original war eine Mittlere mit 3 Löchern drin. Dadurch fällt die Kompression rechnerisch von 1:21,2 auf 1:19,8
Der Unterschied ist aber nur 1 Zehntel mm. Das heisst die Einsparung bei der Hitzeerzeugung dürfte, wenn überhaupt, marginal sein.



beim neuen Kopf habe ich mich dann für einen fertig Bestückten aus dem Zubehör von AMC entschieden. Der wird soweit ich weiß auch von manchen auf Landcruiser spezialisierten Werkstätten verwendet.

zylinderkopf_105.jpg


Zylinderkopfschrauben natürlich neu
zylinderkopf_106.jpg



Gruß
Volker
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Re: Dokumentation: 1KZ-TE Zylinderkopf defekt/gerissen

Postby VolkerJ » Mon 16. Jul 2018, 18:55

isegrim wrote:Das schreit ach einem riesen Ladeluftkühler und einen möglichst offenen Auspuff.
Ist da ein Nachrüstkat verbaut?


Nein, ich habe keinen Kat. Die Abgasanlage ist noch die im Werk verbaute.
Aber unter Anderem die Beiträge auf IH8Mud legen nahe, daß die originale Auspuffanlage sich mit der Zeit durch Ruß zusetzt. Mal schauen wie das ist, wenn mein neuer Auspuff drin ist.

Gruß
Volker
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Re: Dokumentation: 1KZ-TE Zylinderkopf defekt/gerissen

Postby VolkerJ » Mon 16. Jul 2018, 19:22

Was ich auch noch gemacht habe, ist ein australisches Thermostat zu verbauen.
In Europa werden 82°C verbaut, Australien bekommt 76°C Thermostate.

Die Toyota Nummer für das 76°C Thermostat für den 1KZ-TE ist 90916-03119 ca 100Euro!
Herth + Buss Jakoparts Nr J1532020 ca 30Euro

Allerdings empfiehlt sich eine originale Dichtung dazu zu kaufen. Das Herth+Buss Thermostat sieht qualitativ gut aus, die mitgelieferte Dichtung taugt aber nichts!

Da die originale Kühlwasseranzeige so genau ist, daß man sie auch hätte weglassen können, habe ich auch noch an Zylinder 1 am Wasserauslass einen Temperatursensor nachgerüstet.
Der Wechsel auf das 76°C Thermostat hat ca 10°C weniger Kühlwassertemperatur gebracht.
Das heisst 90°C unter Last statt 100°C.

Das Thermostat ist am 1KZ-TE ja komischerweise auch in der kalten Leitung vom Kühler. Wenn der Motor also heiß genug ist um das Thermostat zu öffnen, umspült kaltes Wasser das Thermostat und kühlt es gleich wieder ab. Dadurch macht es dann auch gleich wieder zu.
Erst wenn der Grauguß-Motorblock und das Wasser dort wieder heiß genug ist, geht es wieder auf. Wer weiß auf wieviel Grad der Alu-Zylinderkopf oben dann schon ist.

Die Motoren die ich sonst so kenne, da sitzt das Thermostat in der Ausgangsleitung vom Zylinderkopf zum Kühler. Und solange dort heißes Wasser aus dem Kopf kommt, bleibt das Thermostat auch offen.

Soweit erstmal. Wenn ich weitere Daten habe wie z.B. vom Auspuff, schreibe ich nochmal was.

Was mir auch noch eingefallen ist. Die Einspritzpumpe im 1KZ-T und 1KZ-TE regelt ja viele Funktionen mit dem Pumpeninnenraumdruck.
Unter Anderem die Spritzverstellung früh/spät.
Wenn der Innenraumdruck zu stark fällt, dann könnte sich dadurch der Einspritzzeitpunkt nach spät (zu spät) verlagern. Und eine späte Einspritzung erzeugt auch Hitze.

Gemessen habe ich noch nichts, aber einen Doppel-Kraftstofffilter für weniger Unterdruck in der Spritleitung habe ich schon angedacht. Versuche an anderen Motoren haben da schon deutliche Änderungen ergeben. (1-2 bar mehr Druck in der Pumpe durch parallelen Doppelfilter)

Gruß
Volker
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Re: Dokumentation: 1KZ-TE Zylinderkopf defekt/gerissen

Postby tentoyo » Wed 18. Jul 2018, 20:14

Hallo Volker,
danke für den Bericht. Hast du ein Automatikgetriebe? Frage wegen dem im Motorkühler integrierten Getriebeölkühler. Der fällt bei meinem Schalter weg.
Das andere Thermostat ist interessant. Ich frage mich nur, ob es sich im strengen Winter bei kurzen Strecken negativ auswirkt. Haben andere da schon Erfahrungen gesammelt?
Hast du den Amc Kopf in Deutschland für den knapp 4 stelligen Betrag gekauft, oder gibt es den günstiger?

Grüße,
Nico
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Re: Dokumentation: 1KZ-TE Zylinderkopf defekt/gerissen

Postby VolkerJ » Wed 18. Jul 2018, 20:27

tentoyo wrote:Hallo Volker,
danke für den Bericht. Hast du ein Automatikgetriebe? Frage wegen dem im Motorkühler integrierten Getriebeölkühler. Der fällt bei meinem Schalter weg.
Das andere Thermostat ist interessant. Ich frage mich nur, ob es sich im strengen Winter bei kurzen Strecken negativ auswirkt. Haben andere da schon Erfahrungen gesammelt?
Hast du den Amc Kopf in Deutschland für den knapp 4 stelligen Betrag gekauft, oder gibt es den günstiger?

Grüße,
Nico


Ich hab auch einen mit Schaltgetriebe. Also kein zusätzlicher Wärmeeintrag durch die Automatik.

Mit dem Winterbetrieb das wird man sehen wie das ist.

Ich hab den AMC Kopf voll bestückt gekauft mit Nockenwelle, Ventilen usw für ca 1200Euro. Das war das günstigste Angebot, was ich gefunden hatte.

Gruß
Volker
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Re: Dokumentation: 1KZ-TE Zylinderkopf defekt/gerissen

Postby VolkerJ » Wed 18. Jul 2018, 21:26

Ich hab heute mal einen neuen Mittelschalldämpfer eingebaut. 60Euro von eBay, Hersteller Polmostrow aus Polen.

Bei der ersten Testfahrt heute sind dadurch die Temperaturen um ca 30-100°C, je nach Lastpunkt gesunken.


Die Temperaturen sind:

Leerlauf: 150-200°C gleich geblieben
Stadt rumgondeln: 350-550°C 250-500°C, hier die 100 Grad Senkung
zügige Beschleunigung durch die Gänge bis z.B. 100km/h: ca bis 650 °C bis ca 600°C
Landstraße konstant 80km/h : 400-550°C hatte noch keine ebene Landstraße ohne Verkehr, überall Stau heute
Landstraße Vollgas Bergauf, Auto leer und kein Anhänger: innerhalb 3 Sekunden über 700°C und keine 10 Sekunden später bei 790°C hab ich dann aufgehört Gas zu geben.
gefühlt hat sich die Zeit fast verdoppelt von ca 3 Sekunden auf ca 5Sekunden, bis 700°C erreicht werden


Auch wenn man mit dem neuen Mitteltopf im 4. oder 5. Gang Vollgas stehen lässt, steigt die Temperatur nicht mehr ganz so schnell. 800°C kann man trotzdem noch erreichen. Aber allgemein sind es hier ca 30 Grad weniger, auf gleicher Strecke .

Wenn man durch das Rohr in den originalen Toyota Schalldämpfer schaut, scheint da ein
Reduktionsblech / DB Eater eingebaut zu sein.

Der Polmostrow Mitteltopf ist zwar immernoch ein Reflektionsschalldämpfer, aber offensichtlich durchgängiger. Er klingt auch anders wenn man draufklopft.

Ich konnte mit dem Endoskop nicht Alles genau erkennen, aber der Neue müsste ungefähr so aussehen.

polmostrow_mittelschalldämpfer_01.jpg



Gruß
Volker
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Re: Dokumentation: 1KZ-TE Zylinderkopf defekt/gerissen

Postby Colt » Thu 19. Jul 2018, 05:37

Hallo Volker,

interessanter Tread! Danke dafür!

Hätte nie gedacht, dass der Auspuff beim 1KZ-T so viel ausmacht.

Bitte weitermachen! :greenyes: :thumbsup:

Viele Grüße,
Marc
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Re: Dokumentation: 1KZ-TE Zylinderkopf defekt/gerissen

Postby Oelprinz » Thu 19. Jul 2018, 05:55

P3 , also Druck nach ATL, entdrosseln hilft jedem Turbo. :bulb: Um das Mass, was der Druckunterschied auf der Abgasseite steigt, geht die Saugseite mit. Mehr Luft bei gleicher Leistung/Dieselmenge = weniger Temp.

Schön zu lesen, wenn das sogar durch eine einfache Messung belegbar ist. Auch die dickere Kopfdichtung, alles richtig gemacht!

:D
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Re: Dokumentation: 1KZ-TE Zylinderkopf defekt/gerissen

Postby saxe » Thu 19. Jul 2018, 09:33

Servus, Alles sehr interessant
Eine Frage, ich habe schon vor Jahren den Edelstahl Auspuff von Mayr eingebaut. Der kommt ohne Endtopf aus, bringt angeblich 3-5PS und hält evtl ewig. Mitteltopf evtl durchgängiger weil er lauter als Orginal ist.
Ist dieser Auspuff jetzt für die Abgasthemperatur von Vorteil?
Was denkt ihr? Hab den KZTE, 125PS, gekauft 9.99 308000km, ca 100000 schwerer Wohnwagen
Toyota-für alles Andere ist der Sprit zu schade
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Re: Dokumentation: 1KZ-TE Zylinderkopf defekt/gerissen

Postby VolkerJ » Thu 19. Jul 2018, 10:30

Oelprinz wrote:... Auch die dickere Kopfdichtung, alles richtig gemacht!

:D


Die dickere Kopfdichtung war eigentlich nicht wegen der Hitzeentwicklung primär gedacht, sondern weil ich mehr Ladedruck bei gleicher Spritmenge fahren wollte, um die Abgastemperatur zu senken. Mit dem Steuergerät vom 1KZ-TE ist mir aber noch keine technisch konkrete Lösung eingefallen, wie das sinnvoll umzusetzen wäre.

Mir schwebt sowas vor wie ein Pulldown Widerstand am Ladedrucksensor, damit das Steuergerät denkt ich habe 0,8bar Standard-Ladedruck und das Wastegate macht aber z.B. 1,0bar. Späteres Projekt....


Gruß
Volker
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Re: Dokumentation: 1KZ-TE Zylinderkopf defekt/gerissen

Postby VolkerJ » Thu 19. Jul 2018, 10:38

saxe wrote:Servus, Alles sehr interessant
Eine Frage, ich habe schon vor Jahren den Edelstahl Auspuff von Mayr eingebaut. Der kommt ohne Endtopf aus, bringt angeblich 3-5PS und hält evtl ewig. Mitteltopf evtl durchgängiger weil er lauter als Orginal ist.
Ist dieser Auspuff jetzt für die Abgasthemperatur von Vorteil?
Was denkt ihr? Hab den KZTE, 125PS, gekauft 9.99 308000km, ca 100000 schwerer Wohnwagen


Ich habe den Mayr Auspuff mal auf einer Messe gesehen und genauer angeschaut. War nicht zusammengebaut und man konnte in den Dämpfer schauen. Der ist sicher von Vorteil für die Abgastemperatur, da er als Absorptionsdämpfer aufgebaut ist. Die sinnvollste Variante.

Ob der Endschalldämpfer drin ist oder nicht, ist meiner Meinung nach für die Abgastemperatur unerheblich, da der originale Endschalldämpfer ab Werk schon ein Absorptionsdämpfer ohne Durchmesserreduzierung ist. Ohne Endschalldämpfer ist das Geräusch aber eventuell lauter, wie von Dir erwähnt.

Gruß
Volker
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Re: Dokumentation: 1KZ-TE Zylinderkopf defekt/gerissen

Postby Oelprinz » Thu 19. Jul 2018, 18:54

die (dünne Kopfdichtung=) hohe Verdichtung kriegt der Motor nur zur Erreichung der Kaltstartfähigkeit laut Lastenheft. In der Praxis ist das seltenst gebraucht, weil die Kaltstartfähigkeit mehr vom Zustand der Einspritzdüsen und Alterung der Batterien abhängt.
Daher kann man hier ganz einfach, ohne Verlust von irgendwelcher Funktionalität Reibleistung reduzieren und damit Leistung gewinnen. Wenn Du das durch höheren Ladedruck wieder weggeben möchtest...kann man machen, ist halt schade. :biggrin:

Das Thermostat gegen ein niedriger öffnendes zu wechseln würde ich mir auch überlegen. Die Temperatur hilft das Öl zu "reinigen/entwässern". Dem Kopf oder anderen Bauteilen hilft das nicht. Der braucht Temperatur nahe der Siedetemperatur um sicher gekühlt zu werden. Hört sich paradox an, ist aber so. Für manche Länder werden hier andere Thermostate angeboten in dem Wissen, dass da a) kein vernünftiges Kühlmedium eingesetzt wird b) andere Kühler (auch Ölkühler) verbaut werden c) andere Aussentemperaturen herrschen. Da rate ich zum Vertrauen in die Originale Auslegung :bulb:

Gruß
Volker
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