Mazda MX-5 NA/NB ZF 8HP Swap: waarom wij een complete conversiekit ontwikkelen
Jaren geleden maakten we voor het eerst kennis met de ZF 8HP. Wat vooral opviel, was hoe soepel de bak bij rustig rijden schakelde en hoe snel hij reageerde zodra er vermogen werd gevraagd. Toen deze transmissie daarna steeds vaker werd gebruikt voor swaps in BMW’s, Volvo’s en andere projectauto’s, bleef het idee hangen.
Inmiddels hebben we zelf een ZF 8HP-swap uitgevoerd op een Volvo. Tijdens die bouw zagen we niet alleen hoe goed de transmissie kan werken, maar ook hoeveel tijd er gaat zitten in alles rondom de bak. Een adapterplaat alleen maakt namelijk nog geen complete conversie.
Rond dezelfde periode waren we bezig met onze eigen Mazda MX-5 en die van een bevriende engineer. Beide auto’s worden nu gebruikt als testplatform voor deze ontwikkeling. De originele zesversnellingsbak kan bij meer vermogen een beperkende factor worden, terwijl de ZF 8HP juist een mooie combinatie biedt van sterkte, comfort en snelle schakelmomenten.
Daarnaast komen er af en toe minder valide MX-5-rijders bij ons in de werkplaats. Sommigen hebben ontzettend lang moeten zoeken naar een automatische MX-5. Dat maakte voor ons duidelijk dat deze conversie niet alleen interessant is voor krachtige turbobuilds, maar ook voor mensen die een automaat nodig hebben of simpelweg meer comfort zoeken.
Zo ontstond het idee voor een zo compleet mogelijke ZF 8HP-conversie voor de Mazda MX-5 NA en NB.
Niet alleen een adapterplaat, maar een pakket waarmee de transmissie ook daadwerkelijk netjes in de auto gemonteerd kan worden.
Waarom een ZF 8HP in een MX-5?
De ZF 8HP45 en 8HP50 zijn voor deze toepassing interessant omdat ze relatief compact zijn. Binnen ons onderzoek bleken dit de enige 8HP-varianten die zonder grote aanpassingen aan de carrosserie in de transmissietunnel van een MX-5 NA/NB kunnen worden geplaatst.
Voor de eerste testfase gebruiken we twee Mazda MX-5 NA’s: een 1.6 en een 1.8. Eén van de auto’s wordt opgebouwd als turbobuild met ongeveer 250 pk.
We testen zowel een ZF 8HP45 uit een BMW met N20-motor als een ZF 8HP50. De 8HP45 wordt aangestuurd met een MaxxECU Race. Voor de 8HP50 gebruiken we een MaxxECU Race in combinatie met een CANTCU.
De testauto’s worden in eerste instantie opgebouwd voor straatgebruik. Juist daar moet de conversie niet alleen goed schakelen bij vol vermogen, maar ook prettig functioneren bij lage snelheid, in het verkeer en tijdens langere ritten.
De acht versnellingen zorgen bovendien voor een langere overdrive dan bij de originele MX-5-versnellingsbak. Daardoor kan het motortoerental op de snelweg lager blijven.
Voor circuit-, drag- en andere competitieve toepassingen is vooral de snelheid en herhaalbaarheid van de schakelmomenten interessant. Met handmatige bediening of paddles hoeft de bestuurder minder aandacht te besteden aan koppelen en schakelen en kan de focus bij het remmen, sturen en de ideale lijn blijven.
Onze frustratie met ‘plug-and-play’
Veel swapkits worden als plug-and-play verkocht, terwijl er in de praktijk nog verrassend veel aangepast moet worden.
Een steun blijkt nét niet te passen. Leidingen moeten worden verlegd. Een essentiële adapter ontbreekt. De cardanas moet alsnog volledig op maat worden gemaakt of er is geen nette oplossing voor de kabelboom, koeling of keuzehendel.
Dat wilden we met deze kit anders aanpakken.
Ons uitgangspunt is dat we zo duidelijk mogelijk aangeven wat er wel bij de kit zit, wat optioneel is en wat de klant nog zelf moet regelen. De onderdelen moeten bovendien als één systeem zijn ontworpen. Een goede baksteun heeft weinig waarde wanneer daardoor de brandstofleidingen moeten worden verplaatst of er geen ruimte meer overblijft voor de uitlaat.
De bedoeling is dat zowel een ervaren hobbyist als een professionele werkplaats de conversie kan monteren. Wie de ombouw liever niet zelf uitvoert, kan deze later ook door ons laten monteren.
Eerst de complete auto digitaal vastleggen
De ruimte rondom de ZF 8HP is beperkt. Daarom zijn we niet begonnen met alleen handmatig meten en direct onderdelen tekenen.
We hebben onder andere de binnen- en buitenzijde van de transmissietunnel gescand, samen met de ZF 8HP-transmissie, de originele BMW-selector, de Mazda PPF, de oliekoeleraansluiting, de uitgaande flens en het voorste subframe.
Met deze scandata kunnen we de onderdelen in CAD nauwkeurig ten opzichte van elkaar positioneren.
Daarbij kijken we niet alleen of iets fysiek past. We houden ook rekening met de brandstof- en remleidingen, uitlaatruimte, montagevolgorde, kabelboombevestigingen, bodemvrijheid en de hoek van de complete aandrijflijn.
Als we alle 3D-geprinte testdelen meetellen, zijn er inmiddels tientallen prototypes gemaakt. Van verschillende fysieke onderdelen zijn twee versies geproduceerd die daadwerkelijk op de testauto’s gebruikt kunnen worden.
De versnellingsbaksteun opnieuw beginnen
De versnellingsbaksteun heeft tot nu toe het meeste ontwikkelwerk gevraagd.
De steun moest gebruikmaken van de originele ZF 8HP-rubbers, zonder over de brandstof- en remleidingen heen te lopen. Tegelijkertijd moest voldoende ruimte overblijven voor de uitlaat en wilden we de constructie alvast voorbereiden op een toekomstige beschermplaat voor de transmissiecarterpan.
De eerste versie was al behoorlijk ver uitgewerkt toen duidelijk werd dat de brandstof- en remleidingen verplaatst zouden moeten worden.
Technisch was dat mogelijk geweest, maar het paste niet bij het uitgangspunt van deze kit. Daarom hebben we besloten de complete steun opnieuw te ontwerpen.
De huidige constructie bestaat uit meerdere afzonderlijk ontworpen componenten. Ieder onderdeel heeft een eigen functie of is met een specifieke reden op een bepaalde manier gevormd.
Het kost meer tijd om zo te ontwikkelen, maar uiteindelijk levert het een veel nettere oplossing op. De originele leidingen kunnen blijven zitten en de steun sluit beter aan op de bestaande opbouw van de auto.
Het moet eruitzien alsof het zo hoort
Bij deze conversie gaat het niet alleen om de vraag of de transmissie onder de auto past.
We willen zoveel mogelijk originele bevestigingspunten behouden, bijvoorbeeld voor de kabelboom. Steunen mogen niet onnodig over leidingen heen lopen en bestaande onderdelen moeten alleen worden aangepast wanneer dat echt noodzakelijk is.
Ook in het interieur proberen we die lijn door te trekken. De originele BMW-selector wordt op de oorspronkelijke positie van de MX-5-pook gemonteerd. De montageoplossing zorgt tegelijkertijd voor een nette afdichting van de transmissietunnel.
Voor de oliekoelerleidingen liepen we tegen een vergelijkbaar probleem aan. De leidingen zitten standaard aan dezelfde zijde als de uitlaat, terwijl daar nauwelijks ruimte beschikbaar is.
Bestaande oliekoeleradapters stuurden de leidingen in een richting die voor deze toepassing niet praktisch was. Daarom hebben we een eigen adapter ontwikkeld die de leidingen omhoog en over de transmissie voert. Zo ontstaat meer ruimte voor de uitlaat en liggen de leidingen verder van de hittebron.
De PPF blijft deels behouden
De originele Power Plant Frame verbindt de versnellingsbak met het differentieel en helpt de aandrijflijn uit te lijnen.
De ZF 8HP is naar ons oordeel te zwaar om deze op dezelfde manier aan de originele PPF te koppelen. Een volledige standaard PPF-delete vonden we echter ook niet ideaal.
Daarom hebben we gekozen voor een tussenoplossing. De verbinding met de transmissie vervalt, maar de PPF blijft gebruikt worden om het differentieel te ondersteunen en uit te lijnen. Ook blijven de originele bevestigingen voor de kabelboom behouden.
Daarnaast is de hoek van het differentieel tot ongeveer 0,4 graden af te stellen. Hiermee kan de aandrijflijn tijdens de montage nauwkeurig worden uitgelijnd.
Juist een goede uitlijning wordt belangrijk tijdens de wegtesten. De combinatie van baksteun, PPF-oplossing en cardanas wordt pas vrijgegeven wanneer de aandrijflijn trillingsvrij functioneert.
Hieronder een foto tijdens het prototypen van ons PPF en versnellingsbaksteun. Wij gebruiken hiervoor 3D prints versterkt met plasma gesneden stalen platen.
Drive-by-wire als onderdeel van de conversie
Om alle functies van de ZF 8HP goed te kunnen gebruiken, is een conversie naar drive-by-wire nodig.
Hiervoor hebben we een gaspedaaladapter en een gasklepadapter ontwikkeld. De gasklepadapter bestaat uit twee delen. Daardoor kan de elektronische gasklep recht op het inlaatspruitstuk worden geplaatst.
Bij veel bestaande adapters komt de gasklep onder een zichtbare hoek te staan. Onze oplossing is iets complexer, maar zorgt voor een nettere uitlijning en een uitstraling die beter bij de rest van de motorruimte past.
Een cardanas die ook onderhouden kan worden
De cardanas is bij veel motor- en versnellingsbakombouwen een lastig onderdeel. Vaak moet deze volledig op maat worden gemaakt en is later niet altijd duidelijk welke onderdelen zijn gebruikt.
Voor de ZF 8HP45 ontwikkelen we daarom een eigen uitgaande flens waarmee gangbare cardanasflenzen kunnen worden toegepast.
De complete kit wordt geleverd met een passende cardanas. Deze is geschikt voor maximaal 1.000 Nm en voorzien van smeerbare, vervangbare kruiskoppelingen.
De originele MX-5-cardanas heeft geen servicable kruiskoppelingen. Bij slijtage moet dan vaak de complete as worden vervangen. Bij onze oplossing kunnen de slijtageonderdelen afzonderlijk worden onderhouden of vernieuwd.
Uitlaat en bodemvrijheid
De originele MX-5-uitlaat past niet meer naast de ZF 8HP. Voor deze conversie is daarom altijd een aangepaste uitlaat nodig.
Binnen de beschikbare ruimte is een ronde 2,5-inch uitlaat mogelijk. Een 3-inch uitlaat kan eveneens, maar vraagt om een compacte maatwerkoplossing. Waarschijnlijk wordt daarvoor ter hoogte van de transmissie een ovaal gedeelte gebruikt.
In de toekomst willen we mogelijk een eigen uitlaatoplossing aanbieden. In de eerste fase wordt de uitlaat als losse optie ontwikkeld.
Om de transmissiecarterpan ongeveer gelijk te laten liggen met de onderzijde van de framerails, wordt de motor circa één centimeter hoger geplaatst.
Bij extreem lage MX-5’s raden we deze conversie af. De beschikbare bodemvrijheid kan dan simpelweg te beperkt worden.
Bij superchargerconfiguraties moet extra goed worden gekeken naar de ruimte onder de motorkap. Wanneer de supercharger nu al dicht tegen de kap zit, kan de motor mogelijk niet verder omhoog. De transmissiecarterpan komt in dat geval iets lager te liggen.
Wat komt er uiteindelijk in de kit?
De precieze pakketten worden pas na de wegtesten definitief vastgesteld.
Het beoogde basispakket zal waarschijnlijk bestaan uit de versnellingsbaksteun, adapterplaat met vliegwiel en onze aangepaste PPF-oplossing.
Daaromheen kunnen verschillende opties worden gekozen, waaronder:
- drive-by-wire;
- selectorsteun met tunnelafdichting en pookhoes;
- ECU en transmissiecontroller;
- oliekoeleradapter, leidingen en koeler;
- cardanas met uitgaande flens;
- bekabeling;
- en later mogelijk een complete uitlaatoplossing.
De cardanas wordt onderdeel van de complete kit. De ECU en transmissiecontroller kunnen via ons worden geleverd, maar de klant blijft vrij om zelf een passende combinatie te kiezen.
Een volledig op maat gemaakte kabelboom volgt waarschijnlijk later. Voor de eerste auto’s maken we de benodigde bekabeling specifiek voor de testconfiguraties.
Alle voertuigspecifieke onderdelen worden door LucaCarMods ontworpen. De adapterplaat en vliegwieloplossing kopen we in bij een externe fabrikant.
Waar staan we nu?
De meeste voertuigspecifieke onderdelen zijn inmiddels ontworpen.
De skidplate, oliekoelerbeugel, fanshroud, olieleidingen, bekabeling en uitlaat zijn momenteel nog in productie voor de testauto’s.
De volledige montage staat gepland voor september. Wanneer die fase zonder grote problemen verloopt, willen we in september/oktober beginnen met de eerste wegtesten.
Daarbij kijken we vooral naar:
- trillingen in de aandrijflijn
- uitlijning van transmissie en differentieel
- schakelgedrag
- bodemvrijheid
- temperaturen
- geluid
- en dagelijks gebruik.
Sommige ondersteunende onderdelen kunnen mogelijk al eerder beschikbaar komen. De baksteun, cardanas en PPF-combinatie worden echter pas verkocht nadat de wegtesten goed zijn verlopen.
De complete kit wordt geïntroduceerd zodra de aandrijflijn goed functioneert en trillingsvrij is. We willen geen vaste releasedatum noemen voordat dit daadwerkelijk is aangetoond.
We nemen jullie mee in het vervolg
De komende tijd delen we meer over de afzonderlijke onderdelen en de keuzes die tijdens de ontwikkeling zijn gemaakt.
Onder andere het 3D-scanproces, de zesdelige versnellingsbaksteun, oliekoeleradapter, PPF-oplossing, selector, drive-by-wire en cardanas komen nog uitgebreider aan bod.
Daarna volgen uiteraard de volledige montage en de eerste wegtesten.
Op onze centrale projectpagina vind je ondertussen de actuele compatibiliteit, reeds beschikbare onderdelen en de laatste status van de Mazda MX-5 NA/NB ZF 8HP-conversie.
