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Alt 15.12.2004, 06:53     #1
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Die Benzinmotoren des Kooperationsprojektes von BMW Group und PSA Peugeot Citroën

Inhaltsverzeichnis:

1. Erfolgreiche Kooperation. (Kurzfassung)

2. Erfolgreiche Kooperation. (Langtext)

2.1 Vorhang auf für eine neue Motorenfamilie.
2.2 Neuer Maßstab durch erfolgreiche Umsetzung innovativer Lösungen.
2.3 Der Grundmotor: Basis für zwei sehr unterschiedliche Technologievarianten.
2.4 Saugmotor mit vollvariablem Ventiltrieb: Klassenbester in allen Disziplinen.
2.5 Das Hochleistungstriebwerk: Turbo-Motor mit Direkteinspritzung.

3. Datenblatt.

4. Drehmoment- und Leistungsdiagramm.

Geändert von Albert (15.12.2004 um 19:36 Uhr)
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Alt 15.12.2004, 06:57     #2
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1. Erfolgreiche Kooperation. (Kurzfassung)

Die BMW Group und PSA Peugeot Citroën haben in einem Kooperationsprojekt gemeinsam eine neue Familie von Benzinmotoren entwickelt. Die Triebwerke, in denen modernste Motorentechnologien zum Einsatz kommen, sind für den Einsatz in Peugeot, Citroën und zukünftigen Varianten von MINI Automobilen bestimmt.

Die neue Motorenfamilie ist für beide Partner ein wesentlicher Schritt auf dem Weg zur Einhaltung der Selbstverpflichtung der europäischen Automobilhersteller (ACEA), bis zum Jahr 2008 den Flottenverbrauch und damit die CO2-Emissionen auf 140 g/km zu senken. Mit dem Projekt ist es erstmals gelungen, den Zielkonflikt zwischen anspruchsvollen Motorentechnologien und dem Kostendruck im Segment der Klein- und Kompaktfahrzeuge elegant zu lösen. Das Projekt hat gezeigt, dass verbrauchsgünstige Triebwerke mit innovativer Motorentechnologie auch in den unteren Fahrzeugsegmenten wirtschaftlich darstellbar sind.

Weltpremiere für den neuen Klassenprimus.

Bei der Konzeption der neuen Motorenfamilie hat sich das Projektteam für zwei Technologievarianten entschieden. Ohne Abstriche in der Leistung und Laufkultur werden der Saugmotor mit vollvariablem Ventiltrieb, aber auch der aufgeladene Direkteinspritzer in ihrer Hubraumklasse sowohl in technologischer Hinsicht, als auch in der Dynamik, Wirtschaftlichkeit und im Package einen neuen Maßstab definieren.

In den Motoren des Gemeinschaftsprojekts stecken zahlreiche Detaillösungen, die von BMW Triebwerken wie der neuen Generation von Reihensechszylinder-Ottomotoren adaptiert wurden. Dazu zählen zum Beispiel der vollvariable Ventiltrieb, die volumenstromgeregelte Ölpumpe, der Einriementrieb der Nebenaggregate, die Einzelzündspulen und die gebauten Nockenwellen.

Darüber hinaus wurden eine Reihe innovativer Lösungen erstmals in dieser Klasse umgesetzt. So unter anderem die Benzin-Direkteinspritzung zur Leistungssteigerung, der Twin-Scroll-Abgasturbolader, die abschaltbare mechanische Wasserpumpe und die neuartige Spannvorrichtung des Poly-V-Riemens.

Solide Basis für beide Technologievarianten.

Die Anforderungen beider Kooperationspartner wurden im Grundmotor vollständig umgesetzt. Das Aluminum-Kurbelgehäuse mit Bedplate-Konstruktion nimmt in der Steifigkeit und den Akustikeigenschaften eine Alleinstellung ein. Durch die optimale Lagerauslegung im Kurbeltrieb und die Umstellung aller mechanischen Übertragungselemente im Ventiltrieb auf Rollreibung ist es gelungen, die in dieser Klasse geringsten Reibleistungsverluste zu realisieren.

Durch die Integration zahlreicher Funktionen und Anbauteile in den Zylinderkopf und das Kurbelgehäuse entfallen Anbauteile, verbessert sich das Akustikverhalten, reduziert sich das Gewicht und der Bauraum. Auch der Einriementrieb der Aggregate trägt wesentlich zur sehr kompakten Bauweise bei.

Verbrauchsenkung durch geregelte Volumenströme.

Die bedarfsgerechte Ölversorgung fördert nur so viel Motoröl, wie tatsächlich gebraucht wird. Die volumenstromgeregelte Ölpumpe senkt deshalb den Kraftstoffverbrauch um bis zu ein Prozent. Für eine weitere Reduzierung von Verbrauch und Emissionen sorgt neben einem Öl/Wasser-Wärmetauscher die abschaltbare Wasserpumpe. Sie spart Antriebsleistung und beschleunigt den Warmlauf, da erst dann Kühlmittel umgewälzt wird, wenn der Motor betriebswarm ist.

Saugmotor mit vollvariablem Ventiltrieb: Benchmark in Verbrauch und Konzeptharmonie.

Der Saugmotor mit innovativem Ventiltrieb und einem Hubvolumen von 1,6 Litern leistet bei 5 700 min–1 85 kW/115 PS. Der Vierzylinder stellt bereits bei 2 000 min–1 ein Drehmoment von 140 Nm zur Verfügung und erreicht bei 4 250 min–1 sein Maximum von 160 Nm.

Die vollvariable Ventilsteuerung regelt ohne eine Drosselklappe die Motorleistung über die stufenlose Verstellung des Ventilhubs und der Öffnungszeiten der Einlassventile. Diese verlustfreie Laststeuerung senkt den Verbrauch, reduziert die Abgasemissionen und sorgt bei besserer Laufkultur für sehr spontanes Ansprechverhalten. Neben der Ventilsteuerung macht das Maßnahmenpaket mit geregelter Ölpumpe und abschaltbarer Wasserpumpe bis hin zur Optimierung der Reibungsverluste den Saugmotor zum effizientesten Triebwerk im gesamten Wettbewerbsumfeld.

Leistungsstarkes Turbotriebwerk mit Benzin-Direkteinspritzung.

Der direkteinspritzende Hochleistungs-Ottomotor mit Abgasturbolader und Ladeluftkühler holt aus 1,6 Litern Hubraum bei 5 500 min–1 105 kW/143 PS Leistung und ab 1400 min–1 ein maximales Drehmoment von 240 Nm, das bis 4 000 min-1 praktisch konstant bleibt.

Der Zylinderkopf ist mit einem konventionellen Ventiltrieb mit zwei obenliegenden Nockenwellen, Rollenschlepphebeln und hydraulischem Ventilspiel-Ausgleich ausgerüstet. Eine vollvariable Spreizung der Einlassnockenwelle sorgt für das Optimum an Leistung und Drehmoment bei günstigen Verbrauchs- und Emissionswerten.

Erstmals in dieser Klasse kommt ein so genannter Twin-Scroll-Turbolader zum Einsatz. Dabei sind im Abgaskrümmer und Turbolader die Kanäle von jeweils zwei Zylindern voneinander getrennt. Diese Anordnung führt dazu, dass sich der Ladeeffekt bereits bei rund 1400 min–1 einstellt und das Drehmoment ähnlich schnell aufgebaut wird, wie bei einem Kompressor-Motor.

Die Benzin-Direkteinspritzung mit Common-Rail-Technik ist neben dem Turbolader maßgeblich für die hohe spezifische Leistung, den günstigen Verbrauch, die Laufkultur und das vorbildliche Emissionsverhalten verantwortlich. Die Hochdruckventile spritzen den Kraftstoff mit einem Druck von maximal 120 bar seitlich direkt in den Brennraum. Dabei ist das Gemisch im Brennraum homogen verteilt.
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Alt 15.12.2004, 06:58     #3
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2. Erfolgreiche Kooperation. (Langtext)

Die BMW Group und PSA Peugeot Citroën haben in einem Kooperationsprojekt gemeinsam eine neue Familie von kleinen Benzinmotoren entwickelt. Die Triebwerke, in denen modernste Motorentechnologien zum Einsatz kommen, sind für den Einsatz in Peugeot, Citroën und zukünftigen Varianten von MINI Automobilen bestimmt.

Die neue Motorenfamilie ist für beide Partner ein wesentlicher Schritt auf dem Weg zur Einhaltung der Selbstverpflichtung der europäischen Automobilhersteller (ACEA), bis zum Jahr 2008 den Flottenverbrauch und damit die CO2-Emissionen auf 140 g/km zu senken. Mit dem Projekt ist es außerdem erstmals gelungen, den Zielkonflikt zwischen anspruchsvollen Motorentechnologien und dem Kostendruck im Segment der Klein- und Kompaktfahrzeuge elegant zu lösen.

Beide Seiten profitieren.

Die Kooperationspartner haben in das Projekt ihr Technologie-Know-how und ihre Erfahrungen aus der Grosserienproduktion eingebracht und profitieren nun gleichermaßen davon. Es ist also eine Kooperation, in die jeder Partner sein bestes Know-how eingebracht hat. Das Projekt hat gezeigt, dass verbrauchsgünstige Triebwerke mit einer innovativen Motorentechnologie auch in den unteren Fahrzeugsegmenten wirtschaftlich darstellbar sind.

Jeder Hersteller hat seine Kompetenz sowohl auf dem Gebiet der Motorenentwicklung als auch beim Einsatz der weltweit besten Produktionsverfahren eingebracht.

PSA Peugeot Citroën wird die neuen Motoren in seinem Werk in Douvrin, Frankreich produzieren. Die geplante Kapazität der Fertigungsanlagen beträgt bis zu 2 500 Einheiten pro Tag.
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Alt 15.12.2004, 07:01     #4
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2.1 Vorhang auf für eine neue Motorenfamilie.

Bei der Konzeption der neuen Motorenfamilie hat sich das Projektteam für zwei Technologievarianten entschieden. Die Derivate dieser beiden sehr unterschiedlichen Varianten werden in ihrer Klasse sowohl in technologischer Hinsicht, als auch in der Dynamik, Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit einen neuen Maßstab definieren.

Die Motoren sind geprägt vom gegenseitigen Know-how-Transfer der Motorenentwickler der beiden Hersteller, weil bei der Konzeption und Realisierung sowohl das BMW Prinzip der effizienten Dynamik als auch das PSA Peugeot Citroën Prinzip des günstigsten Verbrauchs kompromisslos umgesetzt wurden. Diese neuen Motoren werden in ihrer Hubraumklasse eine außergewöhnliche Leistung und einen fülligen Drehmomentverlauf in einem sehr breit nutzbaren Drehzahlband bei gleichzeitig vorbildlich niedrigem Kraftstoffverbrauch und geringem Gewicht anbieten.

In den Triebwerken des Gemeinschaftsprojekts stecken zahlreiche Detaillösungen, die von den richtungweisenden BMW Triebwerken adaptiert wurden: so zum Beispiel von der neuen Generation von Reihensechszylinder-Ottomotoren.

Zum Beispiel:
  • vollvariabler Ventiltrieb
  • volumenstromgeregelte Ölpumpe
  • Einriementrieb der Nebenaggregate
  • Einzelzündspulen
  • gebaute Nockenwellen
  • gewichtsoptimierte Rollenschlepphebel
  • Zylinderkopfherstellung im Lost-foam-Gießverfahren.
Darüber hinaus wurden folgende neuen Konzepte und Lösungen umgesetzt:
  • Benzin-Direkteinspritzung zur Leistungssteigerung
  • Twin-Scroll-Abgasturbolader
  • abschaltbare Wasserpumpe
  • Spannvorrichtung des Poly-V-Riemens
  • Leichtbaukonzept (u. a. Aluminium-Kurbelgehäuse, Sauganlage und Zylinderkopfhaube aus Kunststoff).
Verbrauchsoptimum bei bemerkenswertem Leistungsangebot.

Die beiden ersten Produkte des Gemeinschaftsprojekts werden zum einen ein 1,6 Liter-Ottomotor mit vollvariablem Ventiltrieb, einer Nennleistung von 85 kW/115 PS und einem maximalen Drehmoment von 160 Nm sein. Zu den wichtigsten Entwicklungszielen bei der Konzeption dieses Saugmotors zählte die Verwirklichung eines fülligen Drehmomentverlaufs auf hohem Niveau bei gleichzeitig klassenbesten Verbrauchs- und Emissionswerten und geringem Gewicht.

Leistungsstarkes Turbotriebwerk mit Benzin-Direkteinspritzung.

Der zweite Vertreter ist ein direkteinspritzender Hochleistungs-Ottomotor mit Abgasturbolader, 1,6 Litern Hubraum, 105 kW Leistung und einem üppigen maximalen Drehmoment von 240 Nm. Die Benzin-Direkteinspritzung dient bei diesem Motor vor allem dazu, eine hohe spezifische Leistung mit niedrigen Verbrauchswerten zu kombinieren. Außerdem ermöglicht sie hohe Laufkultur und vorbildliches Emissionsverhalten. Der kompakte Vierzylinder wird sowohl in sportlich orientieren Fahrzeugen, aber auch in PSA Peugeot Citroën Fahrzeugen der unteren Fahrzeugsegmente zum Einsatz kommen und dort großvolumige Saugmotoren ersetzen. Kleinvolumige, aufgeladene Motoren mit hoher Leistungsdichte erzielen im Vergleich zu Saugmotoren mit großem Hubraum einen zum Teil erheblichen Verbrauchsvorteil.

Diese beiden Motoren sind die ersten Mitglieder einer Motorenfamilie, die ein Leistungsspektrum von 55 kW/75 PS bis 125 kW/170 PS abdecken werden.
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Alt 15.12.2004, 07:04     #5
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2.2 Neuer Maßstab durch erfolgreiche Umsetzung innovativer Lösungen.

Das Lastenheft des Projekts hat die Anforderungen der neuen Motorenfamilie klar umrissen. Ohne Abstriche in der Leistung, Kraftentfaltung und Laufkultur haben die Motoren unter anderem im spezifischen Verbrauch, im Drehmomentverlauf, in der Reibleistung und im Package die Meßlatte in allen Disziplinen nach oben geschoben.

Dass dies so ausgezeichnet gelungen ist, liegt unter anderem an den zahlreichen Innovationen und Detaillösungen, die in der Summe die neue Motorenfamilie zu einem neuen Maßstab in ihrer Klasse machen.
  • [b]Vollvariabler Ventiltrieb.[b] Sie regelt ohne eine Drosselklappe die Leistung über die stufenlose Verstellung des Ventilhubs und der Öffnungszeiten der Einlassventile. Diese verlustfreie Laststeuerung senkt den Verbrauch, reduziert die Emissionen und sorgt bei besserer Laufkultur für besseres Ansprechverhalten.
  • Twin-Scroll-Turbolader. Dabei sind im Abgaskrümmer und Turbolader die Kanäle von jeweils zwei Zylindern voneinander getrennt. Diese Anordnung führt dazu, dass sich der Ladeeffekt bereits bei rund 1400 min–1 einstellt und das Drehmoment ähnlich schnell aufgebaut wird, wie bei einem Kompressor-Motor.
  • Benzindirekteinspritzung. Die Hochdruck-Benzineinspritzung (120 bar) ist neben dem Turbolader maßgeblich für die hohe spezifische Leistung, den günstigen Verbrauch und das vorbildliche Emissionsverhalten des Turbomotors verantwortlich.
  • Geregelte Ölpumpe. Die bedarfsgerechte Ölversorgung fördert nur so viel Motoröl, wie tatsächlich gebraucht wird. Die volumenstromgeregelte Ölpumpe benötigt je nach Betriebspunkt um bis zu 1,25 kW weniger Antriebsenergie und senkt den Kraftstoffverbrauch um bis zu ein Prozent.
  • Schaltbare Wasserpumpe. Die über ein Reibrad angetriebene Wasserpumpe wird für einen schnelleren Warmlauf erst bei betriebswarmem Motor zugeschaltet. Dadurch wird der Verbrauch reduziert und das Emissionsverhalten verbessert.
  • Aluminum-Kurbelgehäuse mit Bedplate-Konstruktion. Mit klassenbesten Werten in der Steifigkeit, den ausgezeichneten Akustikeigenschaften und der Integration zahlreicher Funktionen und Anbauteile nimmt das Gehäuse eine Alleinstellung ein.
  • Reibungsoptimierung von Kurbel- und Ventiltrieb. Durch die optimale Lagerauslegung und die Umstellung aller mechanischen Übertragungselemente im Ventiltrieb auf Rollreibung ist es gelungen, die in dieser Klasse geringsten Reibleistungsverluste zu realisieren.
  • Optimales Package-Maß. Durch die Integration zahlreicher Funktionen und Anbauteile in den Zylinderkopf und das Kurbelgehäuse entfallen Anbauteile, verbessert sich das Akustikverhalten, reduziert sich das Gewicht und der Bauraum. Auch der Einriementrieb der Aggregate trägt wesentlich zur kompakten Bauweise bei.
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Alt 15.12.2004, 07:06     #6
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2.3 Der Grundmotor: Basis für zwei sehr unterschiedliche Technologievarianten.

Eine solide Basis ist die Grundvoraussetzung für ein erfolgreiches Motorenkonzept. Der Grundmotor ist so ausgelegt, dass er ohne Abstriche den Ansprüchen beider Technologievarianten genügt.

Aus fertigungstechnischen Gründen ist die Geometrie der neuen Motorenfamilie bei allen Derivaten in vielen Punkten identisch. Dazu gehören unter anderem der Zylinderabstand von 84 mm, die Bohrung von 77 mm sowie die Höhe des Kurbelgehäuses. Die beiden 1,6 Liter-Motoren haben ferner den Hub von 85,5 mm und das Hubvolumen von 1598 cm3 gemein.

Innovatives Kurbelgehäuse mit vorbildlichen Eigenschaften.

Die zweiteilige Bedplate-Konstruktion des Aluminium-Kurbelgehäuses, bestehend aus Zylinderblock und Lagergehäuse, ist eine aufwändige Technologie, die aus dem Motorsport stammt. Sie sorgt zusammen mit Versteifungsrippen für die extrem hohe Steifigkeit, die einen neuen Maßstab in dieser Klasse setzt.

Die Konstruktion ist aber auch verantwortlich für die ausgezeichneten Akustikeigenschaften, die auf dem Niveau eines wesentlich schwereren Grauguss-Gehäuses liegen und den Bestwert unter den Motoren mit Aluminiumgehäuse markieren. Das Aluminium-Lagergehäuse (Bedplate), in dem die Kurbelwelle sitzt, wird am Zylinderblock angesetzt und mit ihm verschraubt. Im Bedplate der Turbo-Variante sind wegen der höheren Belastung Stahl-Sinter-Inserts für die Kurbelwellenlager mit eingegossen. Außerdem schließen die eingegossenen Grauguss-Laufbuchsen oben mit der Zylinderkopf-Dichtungsebene ab (open liner).

Das Kurbelgehäuse ist so konstruiert, dass die offenen Querschnitte die Pumpverluste reduzieren, die durch die Bewegungen des Kurbeltriebs entstehen.

Qualitätsvorteile durch Funktionsintegration.

Der in das Gehäuse integrierte Kettenkasten hat den Vorteil, dass keine zusätzlichen Flächendichtungen erforderlich sind und der komplette Kettentrieb bei der Montage einfach als teilweise vormontiertes Modul eingesetzt werden kann.

Auch die angegossenen Aufnahmen für Nebenaggregate wie Generator und Klimakompressor reduzieren den Bauteilaufwand, das Gewicht sowie die Montagezeit. Gleichzeitig verbessert die Integration die Akustik und erhöht die Steifigkeit der Nebenaggregate-Anbindung.

Reibungsoptimierter Kurbeltrieb reduziert den Verbrauch.

Weil die Kombination aus Vierzylindermotor und Frontantrieb bei entsprechender Auslegung akustisch unproblematisch ist, hat das Projektteam eine Konstruktion ohne Ausgleichswellen gewählt, die die Baugruppe nur unnötig schwer gemacht hätten.

Bei der Entwicklung genoss aus Verbrauchsgründen die Reduzierung der Reibleistung auf ein in dieser Klasse bislang unerreicht niedriges Niveau sehr hohe Priorität. Da die Kurbelwelle einen wesentlichen Anteil an der Reibleistung hat, wurden vergleichsweise kleine Lagerzapfen mit einem Durchmesser von 45 mm gewählt. Um den Ölverbrauch und damit die Verlustleistung zu optimieren, wurden zur Begrenzung des Lagerspiels im Kurbelwellen-Hauptlager die Lagerschalen bei allen Motoren in fünf Klassen aufgeteilt.

Zum Leichtbaukonzept der Motoren gehörte auch die Gewichtsoptimierung der Kurbelwelle. Sie ist so konzipiert, dass die Steifigkeit von hinten nach vorne abnimmt, was auch schwingungstechnische Vorteile mit sich bringt. Die geschmiedete Kurbelwelle des aufgeladenen Motors ist zusätzlich zu den vier Gegengewichten noch mit vier kleineren Ausgleichsgewichten versehen.

Mehr Laufruhe durch gewichtsoptimierte Trapezpleuel.

Bei dem Trapezpleuel ist das obere Pleuelauge in der Seitenansicht trapezförmig ausgebildet. Dadurch verjüngt sich das Pleuelauge nach oben, wodurch an dieser Stelle Gewicht gespart wird. Bei einer mittleren Geschwindigkeit von 18,5 m/s, mit der sich die Pleuel auf und ab bewegen, trägt jedes gesparte Gramm an oszillierenden Massen zur Verbesserung des Schwingungsverhaltens bei.

Die Trapezpleuel sind gecrackt, das heißt, in der mechanischen Bearbeitung wird das untere Pleuelauge an einer definierten Sollbruchstelle gebrochen.

Die Kolben des aufgeladenen Direkteinspritzers sind mit vier Ventiltaschen und einer mittigen Brennraummulde zur Ladungsschichtung versehen. Zur Reduzierung der thermischen Belastung sind die Kolben außerdem spritzölgekühlt. Die Kolben des Saugmotors sind lediglich mit Ventiltaschen versehen.

Bedarfsgerechte Ölversorgung ohne Verlustleistung.

Mit der volumenstromgeregelten Ölpumpe nehmen die neuen Triebwerke eine Alleinstellung in dieser Klasse ein. Die über eine Kette angetriebene Außenzahnradpumpe liefert in Abhängigkeit vom Öldruck präzise die im jeweiligen Betriebszustand erforderliche Ölmenge. Ein Bypass zum Absteuern des zuviel geförderten Volumenstroms ist nicht erforderlich. Durch diese optimierte Bedarfssteuerung und den Entfall unnötiger Arbeitsleistung verbraucht die volumenstromgeregelte Ölpumpe bis zu 160 Watt weniger Antriebsenergie als konventionelle Pumpen und senkt so im europäischen Fahrzyklus den Kraftstoffverbrauch um rund ein Prozent. Im Kundenbetrieb ist die Einsparung wesentlich höher, denn bei 6 000 min–1 werden 1,25 KW eingespart.

Bei der Wahl des Ölfilters hat sich die Entwicklung für eine umweltverträgliche Lösung entschieden. Deshalb ist der Ölfilter keine als Sondermüll schwierig recyclierbare Blechpatrone, sondern ein einfach zu entsorgender Papierfiltereinsatz, der in einem leicht zugänglichen Aluminiumgehäuse mit Kunststoffdeckel sitzt.

Da die thermische Beanspruchung von Turbomotoren hoch ist, hält ein in das Ölfiltergehäuse integrierter Öl/Wasser-Wärmetauscher die Motoröltemperatur selbst bei Volllast auf einem sicheren Niveau. Außerdem verkürzt der Wärmetauscher durch das schnellere Aufheizen des Kühlmittels die Warmlaufphase und verringert so den Verbrauch und die Emissionen.

Bei der Erstbefüllung werden 4,2 Liter Leichtlauföl eingefüllt, die Wechselmenge beim Ölservice beträgt 3,7 Liter.

Der Zylinderkopf als zentrales Unterscheidungsmerkmal.

Die beiden Technologievarianten unterscheiden sich maßgeblich in der Konzeption des Zylinderkopfes und der Gemischaufbereitung. Deshalb sind hier die Gemeinsamkeiten gering: Zwei Nockenwellen, vier Ventile pro Zylinder mit einem Schaftdurchmesser von 5 mm, jeweils eine Ventilfeder und eine senkrecht angeordnete Zündkerze.

Durch den großen Ventilwinkel konnte bei geringer Bauhöhe der Brennraum optimal gestaltet werden. Mit der Umstellung aller mechanischen Übertragungselemente auf Rollreibung (Rollenschlepphebel) wurde außerdem die Reibleistung deutlich verringert.

Durch die Integration zahlreicher Funktionen und Bauteile wie Ölpeilstab, Vakuumpumpe, Hochdruckpumpe, Thermostatgehäuse und Ansauggeräuschdämpfer konnten darüber hinaus die hohen Anforderungen an das Package erfüllt werden.

Unterschiedliche Gießverfahren für die Motorvarianten.

Bei der Zylinderkopf-Fertigung werden zwei unterschiedliche Gießverfahren angewendet. Während der Zylinderkopf des Direkteinspritzers im Niederdruck-Kokillenguss entsteht, kommt beim Saugmotor das innovative Lost-Foam-Gießverfahren zum Einsatz, das erstmals für einen Sechszylindermotor in der Leichtmetallgießerei im BMW Werk Landshut zur Serienreife entwickelt wurde. Da die Zylinderköpfe von PSA Peugeot Citroën produziert werden, hat die BMW Group PSA Peugeot Citroën bei der Einführung dieses Verfahrens in die Grosserienherstellung mit fertigungstechnischem Know-how unterstützt. Beide Verfahren sind besonders gut geeignet, die aufwändigen Innenkonturen mit den Hohlräumen für die Luftkanäle sowie die Öl- und Kühlwasserkreisläufe optimal abzubilden.

Im Gegensatz zu konventionellen Gießtechnologien ist das Lost-Foam-Gießen ein Positiv-Verfahren, das zusätzlich zur Gewichtsoptimierung beiträgt. Ein identisches Zylinderkopf-Modell aus Polystyrol wird mit einer keramischen Schlichte überzogen, in einem Sandbett eingerüttelt und bis auf einen Angusskanal vollständig von Gusssand umschlossen. In den Gusskanal läuft dann während des automatisierten Gießprozesses das flüssige Aluminium: Es ersetzt dabei vollständig das Polystyrolmodell und nimmt die Form des Zylinderkopfes an. Aufgrund der hohen Präzision des Gießverfahrens lassen sich selbst filigrane Details wie die Ölbohrungen, Rücklaufleitungen und Blow-By-Kanäle integrieren. Dadurch entfallen zahlreiche Fertigungsschritte in der mechanischen Bearbeitung.

Ideales Packagemaß durch Einriementrieb.

Aus Packagegründen war eines der Entwicklungsziele, den Motor so kurz und kompakt wie möglich zu gestalten. Generator und Klimakompressor werden deshalb von nur einem Poly-V-Riemen angetrieben. Gespannt wird der Riemen mit Hilfe eines Einarm-Torsionsfederspanners. Der Verzicht auf eine zweite Riemenebene wurde durch den Antrieb der Kühlmittelpumpe über ein Reibradgetriebe verwirklicht und macht den Motor zu einem der kürzesten Vierzylinder seiner Klasse.

Intelligentes Wärmemanagement mit schaltbarer Wasserpumpe.

Die situationsgerechte Regelung der geförderten Kühlmittelmenge ist eine der zahlreichen Maßnahmen zur Verbrauchsreduzierung. Zwischen dem Wasserpumpenrad und der Riemenscheibe auf der Kurbelwelle befindet sich ein Reibrad, das an einem Tragarm befestigt ist. Über ein elektrisch betätigtes Exzentergetriebe kann die Stellung des Reibrades verändert und die Wasserpumpe für einen schnelleren Warmlauf beim Kaltstart abgeschaltet werden.

Um Antriebsleistung zu sparen und den Warmlauf zu beschleunigen, wird erst dann Kühlmittel umgewälzt, wenn der Motor betriebswarm ist. Bei betriebswarmem Motor hilft der von der Motorelektronik gesteuerte Thermostat, die je nach Betriebspunkt verbrauchsgünstigste Kühlmitteltemperatur einzustellen.

Servicefreundliche Motorenfamilie.

Auch die Servicefreundlichkeit und das Wartungskonzept waren Teil des Lastenhefts. Die Länge der Ölservice-Intervalle wird deshalb je nach Einsatzbedingungen und Fahrweise etwa 30 000 km betragen. Zündkerzen und Luftfilter müssen nach rund 60 000 km gewechselt werden. Der Antrieb der Nockenwellen per Steuerkette ist nicht nur präzise und zuverlässig, sondern auch über die gesamte Motorlebensdauer wartungsfrei. Durch den automatischen hydraulischen Ventilspielausgleich sind auch am Ventiltrieb keine Wartungsarbeiten erforderlich.
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Alt 15.12.2004, 07:08     #7
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2.4 Saugmotor mit vollvariablem Ventiltrieb: Klassenbester in allen Disziplinen.

Der mit 11:1 verdichtete Saugmotor leistet bei Nenndrehzahl 5 700 min–1 85 kW/115 PS und hat eine Maximaldrehzahl von 6 500 min–1. Der Vierzylinder mit einem Hubvolumen von 1,6 Litern stellt bereits bei 2 000 min–1 ein Drehmoment von 140 Nm zur Verfügung und erreicht bei 4 250 min–1 sein Maximum von 160 Nm. Durch das breite nutzbare Drehzahlband kann das kompakte Triebwerk Fahrspaß und günstigen Verbrauch optimal kombinieren.

Die vollvariable Ventilsteuerung, aber auch das umfangreiche Maßnahmenpaket mit geregelter Öl- und Wasserpumpe bis hin zur Optimierung der Reibungsverluste macht den Saugmotor zu einem der wichtigsten Triebwerke im gesamten Wettbewerbsumfeld, das auch die Motoren mit Benzindirekteinspritzung einschließt.

Verbrauchsvorteile und mehr Dynamik durch vollvariablen Ventiltrieb.

Die vollvariable Ventilsteuerung arbeitet nach dem Prinzip der drosselfreien Laststeuerung und regelt die Motorleistung über die stufenlose Verstellung des Ventilhubs und der Öffnungszeiten der Einlassventile. Diese Technologie, bei der die VALVETRONIC der BMW Group Pate stand, ermöglicht bei vorbildlich niedrigen Verbrauchswerten Spitzenwerte in der Fahrdynamik.

Bei herkömmlichen Ottomotoren wird die Motorleistung mit Hilfe einer Drosselklappe geregelt. Der Motor muss vor allem im Teillastbetrieb gegen den Widerstand der ganz oder teilweise geschlossenen Klappe die Frischluft ansaugen, was mit entsprechenden Verlusten verbunden ist und Kraftstoff kostet.

Bei der innovativen Ventilsteuerung, werden ohne eine Drosselklappe in Abhängigkeit von der Gaspedalstellung der Ventilhub sowie die Ventilöffnungsdauer und -steuerzeit geregelt. Diese annähernd verlustfreie Laststeuerung senkt den Verbrauch, reduziert die Abgasemissionen und sorgt bei besserer Laufkultur für deutlich verbessertes Ansprechverhalten.

Wie funktioniert die innovative Ventilsteuerung?

Basis dieser revolutionären Motorentechnologie ist die variable Nockenwellen-Spreizung. Durch Verdrehen der beiden Nockenwellen können Anfang und Ende der Ventilöffnungszeiten stufenlos verstellt werden; die Motorleistung aber nur begrenzt geregelt werden. Dies ermöglicht nun der variable Ventilhub, mit dem sich gleichzeitig der Öffnungsquerschnitt und die Öffnungsdauer der Einlassventile stufenlos verstellen lassen.

Die Nockenwelle wirkt nicht mehr direkt auf den Schlepphebel, der dann das Ventil betätigt, sondern über einen Zwischenhebel. Dieser Hebel trägt in der Mitte eine Rolle, auf der der Nocken abläuft. Sein unteres Ende sitzt auf der Rolle des Schlepphebels auf, in der Mitte stützt sich der Hebel über eine zweite Rolle an einer Exzenterwelle ab.

Dreht sich nun die Nockenwelle, bewegt sich der Zwischenhebel hin und her. Wann und wo der Hebel wirksam wird, bestimmt der Drehpunkt des Umlenkhebels. Die elektromotorisch betriebene Exzenterwelle verändert diesen Drehpunkt und setzt damit die Erhebung der Einlassnocken stufenlos in einen Ventilhub zwischen 0,2 und 9,5 Millimetern um.

Der direkt am Zylinderkopf montierte Elektromotor, der über ein Schneckengetriebe die Exzenterwelle verstellt, bewegt den Hebel in nur 300 Millisekunden vom Minimal- zum Maximalhub. In derselben Zeit werden auch die Einlassnockenwelle um bis zu 70 Grad und die Auslassnockenwelle um bis zu 60 Grad verdreht. Um diese enormen Einstellgeschwindigkeiten zu realisieren, wird die Ventilsteuerung über einen extrem leistungsfähigen 32-Bit-Motormanagement-Rechner, der mit der Motorsteuerung vernetzt ist, gesteuert.

Verbrauchssenkungen um bis zu 20 Prozent möglich.

Mit dem variablen Ventiltrieb kann der durchschnittliche Kraftstoffverbrauch je nach Streckenprofil um bis zu 20 Prozent reduziert werden Im EU-Verbrauchs-Testzyklus liegt die Einsparung bei rund neun Prozent. Diese innovative Technologie, die mit dem Saugmotor nun auch im Segment der Klein- und Kompaktfahrzeuge debütiert, arbeitet unabhängig von Treibstoff- und Ölqualitäten und ist nicht auf schwefelfreien Kraftstoff angewiesen. Deshalb kann sie weltweit in allen Märkten eingesetzt werden. Dennoch befürworten sowohl die BMW Group als auch PSA Peugeot Citroën weiterhin eine ständige Verbesserung der Kraftstoffqualität, insbesondere die Entschwefelung.

Mechanische Fertigungstechnik mit höchster Präzision.

Das Ventilsteuerungssystem stellt hohe Anforderungen an die Fertigungstechnologie. So wird zum Beispiel die Kontur des Zwischenhebels, die den Ventilhub bestimmt, mit einer Genauigkeit von acht Tausendstel Millimeter geschliffen.

Die Nockenwellen der beiden Motorenvarianten sind „gebaut“. Das bedeutet, dass auf eine Gusswelle Nockenringe aus hochfestem Edelstahl aufgeschrumpft und dann bearbeitet werden. In einem finalen Feinschliff werden die Nocken auf 1 (1∕1000 mm) genau bearbeitet. Die Exzenterwelle ist aus Gewichtsgründen erstmals auch mit diesem Verfahren produziert und wird ebenfalls mit einer Toleranz im -Bereich gefertigt.

Optimaler Verbrennungsvorgang für vorbildliches Emissionsverhalten.

Eine elektrische Pumpe fördert den Kraftstoff in die Kunststoff-Verteilerleiste, in der die vier Einspritzventile sitzen. Die optimale Einspritzmenge wird unter Berücksichtigung zahlreicher Parameter von der Motorsteuerung errechnet und der Kraftstoff mit einem Druck von rund fünf bar in den Einlasskanal gespritzt.

Einzelzündspulen auf jeder Zündkerze sorgen, ebenfalls von der Motorelektronik individuell gesteuert, für die optimale Zündspannung. Ein Klopfsensor überwacht die Verbrennungsvorgänge im Brennraum und nimmt gegebenenfalls die Zündwinkel zurück. Diese Klopfregelung ermöglicht den Betrieb mit Kraftstoffqualitäten von 91 bis 98 Oktan.

Unmittelbar an den Fächerkrümmer schließt die Abgasreinigung mit Keramik-Katalysator und zwei Lambdasonden an.

Anbauteile: Drum und dran.

Der Motor mit vollvariablem Ventiltrieb verfügt zwar noch über eine Drosselklappe, diese übernimmt aber lediglich Notlauf- und Diagnosefunktionen. Im normalen Betrieb ist sie ständig geöffnet. Eine zusätzliche Vakuumpumpe am hinteren Ende der Auslassnockenwelle erzeugt den für den Bremskraftverstärker notwendigen Unterdruck.

Aus Gründen der Sicherheit sind die Anbau- und Peripherieteile in crashrelevanten Bereichen so konzipiert, dass sie bei einem Aufprall definiert Energie absorbieren und zerstört werden, bevor sie bei einem Aufprall in den Innenraum eindringen können.
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2.5 Das Hochleistungstriebwerk: Turbo-Motor mit Direkteinspritzung.

Der aufgeladene Direkteinspritzer kombiniert das Drehmomentverhalten eines Diesels mit den Vorzügen eines modernen Ottomotors. Schon bei 1400 min–1 liegt das maximale Drehmoment von 240 Nm an und bleibt bis 4 000 min–1 praktisch konstant. So ist für ordentlichen Schub auch aus dem Drehzahlkeller und kräftigen Durchzug bei optimalem Ansprechverhalten und maximalen Fahrspaß gesorgt. Mit der dazugehörigen Nennleistung von 105 kW/143 PS bei 5 500 min–1 ist dieser Motor ein Garant für sportliche Fahrleistungen.

Zylinderkopf mit konventionellem Ventiltrieb.

Im Gegensatz zum Saugmotor ist der Zylinderkopf des aufgeladenen Vierzylinders mit einem konventionellen Ventiltrieb mit zwei obenliegenden, gebauten Nockenwellen, reibungsoptimierten Rollenschlepphebeln und hydraulischen Ventilspiel-Ausgleichselementen ausgerüstet. In Hinblick auf die Drehfreudigkeit des Motors wurde auch der Ventiltrieb gewichtsoptimiert. Deshalb haben die Ventile lediglich einen Schaftdurchmesser von 5 mm, wobei die Hohlschaft-Auslassventile mit Natrium gefüllt sind. Die Schließfunktion übernimmt eine Ventilfeder.

Eine vollvariable Spreizung der Einlassnockenwelle sorgt für das Optimum an Leistung und Drehmoment bei gleichzeitig ausgesprochen günstigen Verbrauchs- und Emissionswerten.

Benzin-Direkteinspritzung für hohes Leistungsniveau.

Die mechanisch angetriebene 2 Kolben-Hochdruckpumpe, die am hinteren Ende der Einlassnockenwelle sitzt, versorgt die Einspritzventile über eine Verteilerleiste aus Edelstahl mit Kraftstoff. Die Hochdruckventile spritzen den Kraftstoff mit einem Druck von maximal 120 bar seitlich direkt in den Brennraum. Dabei ist das Gemisch im Brennraum homogen ( = 1,0) verteilt.

Der Turbo-Motor ist mit einem Verhältnis von 10,5:1 für einen aufgeladenen Ottomotor vergleichsweise hoch verdichtet. Deshalb wacht auch hier eine Klopfregelung über den Verbrennungsvorgang und korrigiert bei Bedarf die Zündwinkel und den Ladedruck.

Kein Turboloch durch aufwändige Twin-Scroll-Ladertechnologie.

Beim Direkteinspritzer der neuen Motorenfamilie kommt erstmals in dieser Klasse ein so genannter Twin-Scroll-Turbolader zu Einsatz. Dabei sind im Abgaskrümmer und Turbolader die Kanäle von jeweils zwei Zylindern durch entsprechende Kanalgestaltung voneinander getrennt. Diese Technik führt durch die Reduzierung des Abgasgegendrucks bei niedrigen Motordrehzahlen dazu, dass die Dynamik der pulsierenden Gassäulen im Abgaskrümmer besser genutzt werden kann. Bei reduziertem Verbrauch erhält die Turbine zusätzlichen Schub, weshalb der Turbolader schon früher hochlaufen kann. Der Effekt ist deutlich spürbar, denn der Ladeeffekt stellt sich bereits bei rund 1400 min–1 ein. Das sonst bei Turbomotoren häufig bemängelte „Turboloch“ wird so fast vollständig vermieden und der Aufbau des Drehmoments geschieht ähnlich schnell wie bei einem Motor mit mechanischem Lader (Kompressor).

Der Abgasstrom beschleunigt das Turbinenrad auf eine Drehzahl von bis zu 220 000 min–1. Gleichzeitig komprimiert der Verdichter, der auf derselben Welle sitzt, die Frischluft. Ein Überdruckventil (Wastegate) mit Rückschlagventil wacht über den maximalen Ladedruck von maximal 0,8 bar. Zusätzlich reguliert ein so genanntes Dump-Ventil im Schiebebetrieb bei geschlossenem Ansaugtrakt den Überdruck im System. Um den Füllungsgrad zu erhöhen, wird die vorverdichtete Frischluft in einem Ladeluftkühler abgekühlt, bevor sie in den Brennraum gelangt. Der Ladeluftkühler wird fahrzeugspezifisch im Fahrzeug platziert.

Die maximale Abgastemperatur wird von der Motorelektronik überwacht und ist auf maximal 950 Grad Celsius begrenzt. Um den Öl- und Wassergekühlten Turbolader nach dem Abstellen des Motors vor Schäden durch einen Hitzestau zu bewahren, läuft automatisch nach dem Stillstand eine elektrische Zusatzwasserpumpe an. Diese führt die überschüssige Wärmeenergie ab.
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Alt 15.12.2004, 19:34     #9
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3. Datenblatt.

...siehe Dateianhang.
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Alt 15.12.2004, 19:35     #10
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4. Drehmoment- und Leistungsdiagramm.

...siehe Dateianhang.
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