ENT WICKLUNG OT TOMOTOREN

Der V8-Ottomotor für die neue 7er-Reihe von BMW

Zur Integration in eine neue Fahrzeug-Baukastenarchitektur wurde der V8-Ottomotor von BMW überarbeitet. Mit Ersteinsatz in der neuen 7er-Reihe ab August 2015 soll der neue Motor in den Folgejahren zukunftssicher und ohne Derivatsausbildung auch in weiteren Baureihen Verwendung finden. Unter Beibehaltung bewährter Konstruktionsmerkmale lag der Entwicklungsfokus neben der erforderlichen Fahrzeugintegration auf einer Gewichtsreduzierung und einer Effizienzverbesserung zur weiteren Absenkung des Kraftstoffverbrauchs.

AUTOREN

Dipl.-Ing. Johann Schopp ist Leiter Konstruktion V-Motoren und Sondermotoren bei der BMW AG in München.

58

Dipl.-Ing. Rainer Düngen ist Teilprojektleiter für V-Motoren bei der BMW AG in München.

Dr.-Ing. Martin Wetzel ist Teamleiter Versuch Ladungswechsel Ottomotoren bei der BMW AG in München.

Dipl.-Ing. Thomas Spieß ist Entwicklungsingenieur für das motorinterne Thermomanagement der V-Motoren bei der BMW AG in München.

ZIELSETZUNG

Für den Serieneinsatz in der neuen 7erReihe im August 2015 als Erstanlauf einer auf gemeinsamer Architekturplattform aufbauenden Fahrzeuggeneration war auch der 4,4-l-V8-Ottomotor zur Erfüllung der neuen Packageanforderung und zur Integration in die neue Bordnetzarchitektur weiterzuentwickeln. Daneben standen Anforderungen nach höherer Effizienz zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs, Erfüllung der neuesten Abgasvorschriften, Gewichtsreduzierung sowie Qualitätssteigerung und Kostenreduzierung im Lastenheft. Neben der aus Fertigungs- und Montagegründen geforderten größtmöglichen Kommunalität mit dem Vorgängermotor sollte sich auch eine 4,0-l-Variante ableiten lassen, wobei baureihenspezifische Derivate grundsätzlich zu vermeiden waren. KONZEPTION

Mit Einführung der TwinPower-TurboTechnologie ging im Jahre 2008 eine neue Motorgeneration bei den V8-Ottomotoren von BMW an den Start [1, 2]. Die mit diesem Motor erstmals im PkwGroßserienbau praktizierte Drehung der Zylinderköpfe zur Platzierung der Abgasturbolader und Katalysatoren im V-Raum zwischen den Zylinderbänken hat sich

in der Zwischenzeit zur Ausnutzung von Packagevorteilen als richtungsweisend gezeigt. Durch den möglichen Einsatz bankübergreifender Abgaskrümmer ist das Konzept auch die ideale Basis für Leistungssteigerungen in den Motorsportvarianten. In der ersten Überarbeitung des TwinPower-Turbo-V8-Motors mit Direkteinspritzung und Doppel-VanosSystem von BMW im Jahr 2012 wurde die bereits ab 2001 in der V8-Saugmotoren-Vorgängergeneration eingesetzte Valvetronic-Technologie zur vollvariablen Steuerung der Einlassventilhübe in den Motor integriert [3]. Unter Beibehaltung aller genannten zukunftssicheren Konstruktionsmerkmale erfolgte nun die erneute Weiterentwicklung. Diese beinhaltet die Integration einer neuen Motorsteuerungsgeneration, die Aufteilung des Kühlkreislaufs in einen Kopf- und einen Blockkreislauf, die Umstellung auf Twinscroll-ATL, eine aktive Regelung der Kühlmittel- und der Ölpumpe, den im Motor-V integrierten Motoröl-WasserWärmetauscher und ein vollständig neues Sauganlagenkonzept. Weitere Bauteile wurden unter Beibehaltung ihres Konzepts qualitativ hochwertiger, kostengünstiger oder gewichtsoptimiert ausgeführt oder mussten nur den geometrischen Packageanforderungen der neuen Fahrzeuggeneration angepasst werden.

GRUNDMOTOR

Unter Beibehaltung der Motorhauptabmaße, des Kurbeltriebs und bewährter Konstruktionsprinzipien, wie dem Alusil-Vollaluminium-Motorblock mit freilegungsgehonten Zylinderlaufbahnen, doppelter Hauptlagerverschraubung mit zusätzlicher Seitenwandanbindung, Closed-Deck-Technologie und Verschraubung des Zylinderkopfs in der Bodenplatte, wurde das Kurbelgehäuse vollständig neu konstruiert. Im V-Raum, BILD 1, befinden sich jetzt die Anschlüsse für einen Motoröl-Wasser-Wärmetauscher (MÖWWT), der den externen MotorölLuftkühler des Vorgängermotors ersetzt. Sämtliche Ölkanäle im Block und in den Köpfen sind fertigungstechnisch verbessert worden und nun durch optimierte Führung reibungsreduziert. Zur Optimierung des Warmlaufs wurde der Kühlmittelkreislauf vollständig überarbeitet und zur getrennten Versorgung von Zylindermänteln und Köpfen aufgeteilt. Die im Tauchverfahren eisenbeschichteten Kolben sind der Verdichtungsanhebung von 10,0 auf 10,5 angepasst und weisen zur Reduzierung des Ölverbrauchs eine zusätzliche Ölfangnut mit jetzt acht Ablaufbohrungen unterhalb des Ölabstreifrings auf. Die für den chinesischen Markt erforderliche 4,0-l-Variante wird

BILD 1 Zylinderkurbelgehäuse mit im V-Raum integriertem MotorölKühlmittel-Wärmetauscher

09I2015

76. Jahrgang

59

ENT WICKLUNG OT TOMOTOREN

durch eine Kurbelwelle mit verkürztem Hub sowie einem angepassten Pleuel dargestellt. Die Pleuel-Kolben-Anbindung mit buchsenlosem kleinen Trapezauge und DLC-beschichtetem Kolbenbolzen wurde vom Vorgänger übernommen. Die PleuelKurbelwellen-Anbindung an den stangenseitigen Lagerschalen läuft jetzt auf gleitlackbeschichteten Zweistofflagern, im Hauptlagerbereich der Kurbelwelle werden die bewährten Dreistofflager eingesetzt. Der Zylinderkopf wurde unter Beibehaltung des Ventiltriebs auf Zentral-VanosEinheiten umgestellt, zudem wurden die Ölbohrungen fertigungsoptimal bezüglich Restschmutz verbessert. Die Einlassnockenwelle auf Zylinderbank 1-4 treibt an ihrem hinteren Ende mit einer Zweiflachkupplung die Unterdruckpumpe zur Bereitstellung des Bremsunterdrucks an. An den Auslassnockenwellen dient je ein Dreifachnocken den Kraftstoffhochdruckpumpen als Antrieb. Erstmals im Großserien-Pkw-Motorenbau ist die Sauganlage teilweise in den Zylinderkopf integriert. Dadurch konnten die Einlasskanäle um 30 % verkürzt und die Einlauftrichter strömungsoptimiert ausgeführt werden. VENTILTRIEB

BILD 2 Schematische Darstellung des Kühlmittelkreislaufs (DME: digitale Motorelektronik)

Der vollvariable Ventiltrieb Valvetronic und der Kettentrieb mit zwei akustikoptimalen Hülsenzahnketten und ÖldruckKettenspannern sind, bis auf die Umstellung auf Zentral-Vanos-System, Übernahmekomponenten vom Vorgängermotor. MOTORINTERNES THERMOMANAGEMENT

Eine der Einflussgrößen zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs bildet das Thermomanagement des Motors während des Warmlaufs, BILD 2. Unter dem Begriff „Split-Cooling – Combined“ erfolgte eine konzeptionelle Überarbeitung der gesamten grundmotorischen Kühlmittelführung, wodurch hier Einsparpotenziale gehoben werden konnten. Beibehalten wurde der parallele, gegenläufig zum Hauptölkanal oberhalb der Kurbelwellenlagergasse nach hinten verlaufende Doppelkanal. An dessen hinterem Ende teilen sich die Kühlmittelströme jeweils in einen den Kopf und in einen den Zylindermantel umspülenden Strom. Eine auf der Außenseite des Blocks liegende Kühlmittelgalerie nimmt 80 % des Kühlmittelstroms auf und versorgt über

60

BILD 3 Regelung der Kühlmittelpumpe mit Aktuator und Ringschieber

Öffnungen in der Deckfläche die querdurchströmten Zylinderköpfe und die davon abzweigenden Bohrungen der Zylinderstegkühlungen. 20 % des Kühlmittelstroms durchfließen die KolbenhubMantelzonen von hinten nach vorne. Der Systemwiderstand des gesamten Kühlmittelkreislaufs reduziert sich durch die neue Kanalgestaltung um 30 %. Die nur über ein Wachselement rein temperaturabhängig schaltende riemengetriebene Kühlmittelpumpe des Vorgängermotors wurde durch Hinzufügung eines Heizelements

zu einer kennfeldabhängig schaltenden Kühlmittelpumpe, BILD 3. Unverändert kann über einen Ringschieber die Förderung auf eine Minimalmenge von 10 % reduzieren werden, wodurch Hotspots vermieden werden. Außerdem wird damit das Ziel einer homogenen thermischen Kopplung innerhalb des Grundmotors und einer allzeit plausiblen Temperaturdetektion ohne einen zusätzlichen Bauteilsensor erreicht. Bis zu einer Kühlmitteltemperatur von 98 °C (Vorgänger 80 °C) ver-

BILD 4 Thermostat mit Hallsensor und Ringmagnet (rot hervorgehoben) und Rückströmsperre (ganz rechts)

bleibt die Pumpe in der auf den Wärmeerhalt fokussierten Betriebsphase und sorgt damit durch höhere Oberflächentemperaturen für eine Reibungsreduzierung. Bei höheren Außentemperaturen oder einer bereits im Kaltstart hohen Lastanforderung kann die Fördermenge mittels Heizelement schnell auf 100 % umgeschaltet werden. Ebenso stellt eine druckabhängige Hochlastüberbrückung

bei dynamischem Leistungsabruf ab 3500/min unabhängig von der Aktuatorstellung verzögerungsfrei auf volle Förderleistung um. Der Motorthermostat, BILD 4, weist unverändert eine Öffnungstemperatur von 105 °C auf. Dabei wurde das bewährte kennfeldabhängige Regelungskonzept mittels bestromtem Heizelement zur bedarfsweisen Öffnung bereits ab circa 60 °C beibehalten. Bedingt durch die notwendige Variabilität des Thermomanagements ist eine einfache temperaturdifferenzgestützte On-Board-Diagnose (OBD) zur Detektion von Thermostatfehlern nicht mehr anwendbar, dem trägt die Erweiterung des elektronischen Thermostatmoduls um einen Hubsensor zur direkten Öffnungserkennung Rechnung.

Ihr Entwicklungspartner für: – Gesamtmotoren: Otto-, Diesel-, Gas- und alternative Antriebe

– Einzelteile – Innovative Aufladesysteme von der

➣ Konzeptentwicklung

Ihr für bisEntwicklungspartner zum – Aufbau Einzelteile Entwicklungspartner ➣Ihr des Prototypenfür – sowie Aufl adesysteme IhrEinzelteile Entwicklungspartner für Gesamtmotoren – Aufladesysteme ➣–– Tests und Messungen Einzelteile Alternative Antriebe : ––– für Gesamtmotoren Aufladesysteme –– Gasmotoren Alternative Antriebe : Gesamtmotoren hohe Anforderungen Gasmotoren – Alternative Antriebe : ➢ Gasmotoren Von der Konzeptentwicklung bis zum ➢ Von der KonzeptAufbau des Prototypen ➢ Von der Konzeptentwicklung sowie Tests bis zum entwicklung bis zum Aufbau des Prototypen und Messungen für Auf bauTests des Prototypen sowie hohe Anforderungen. sowie Tests und Messungen für und für hoheMessungen Anforderungen. hohe Anforderungen.

www.btd.be

Avenue de Norvège 6 B-4960 MALMEDY - BELGIEN www.btd.be www.btd.be

Avenue de Norvège Tel. : +32de / (0) 80 79 15 Avenue Norvège 66 50 B-4960 MALMEDY- -BELGIEN BELGIEN [email protected] B-4960 MALMEDY BILD 5 Der Ölkreislauf im Zylinderkurbelgehäuse

09I2015

76. Jahrgang

Tel. +32//(0) (0)80 8079 7915155050 Tel. :: +32 [email protected] [email protected] s auf dem Besuchen Sie un quium : lo Aachener Kol 15 05. – 07.10.20 ss - Obergescho Stand Nr. 40 61

ENT WICKLUNG OT TOMOTOREN

Eine elektrische 15-W-Kühlmittelpumpe versorgt nach dem Abstellen des Motors die ATL-Lagerstühle mit Kühlmittel.

BILD 6 Zylinderkopf und Halbschalensauganlage im Vergleich zum Vorgängermotor (rechts)

ÖLKÜHLUNG

Der MÖWWT (Motoröl-Wasser-Wärmetauscher) wurde zur Vermeidung außenliegender Ölkühler, Ölleitungen und der üblicherweise erforderlichen fahrzeugbezogenen Diversifikation in das Motor-V integriert. Damit bleibt der Motorölkreislauf, BILD 5, nach der Befüllung am Ende der Motormontage verschlossen, Schmutzeintrag und Ölkontamination in der Fahrzeugmontage sind vermieden. Motorseitig ergeben sich vorteilhaft die im Motorgehäuse integrierten kürzeren Kanalwege, die geringe Anzahl von Dichtungen und – trotz der servicebedingt räumlich exponierten Lage des Ölfilters – eine Anordnung in Strömungsrichtung vor dem Filter. Damit werden die Risiken minimiert, die aus Fertigungsrestschmutz entstehen können. Die thermisch-funktionale Systemkopplung zum motorinternen Thermomanagement erfolgt ohne zusätzlichen Thermostat in Abhängigkeit von der Kühlmittelregelung. ÖLPUMPE UND -WANNE

Die mit einer Hülsenkette angetriebene, volumenstromgeregelte Pendelschieberpumpe mit unterschiedlichen Kammergrößen wurde um eine Kennfeldregelung erweitert. Durch einen Öldrucksensor überwacht, steuert ein an der Ölwanne verbautes und über Bohrungen mit der Ölpumpe verbundenes Kennfeldregelventil den Pendelschieber an. Dadurch werden störanfällige Kabeldurchführungen in den Ölraum vermieden. Durch die Regelung des Öldrucks im Warmlauf auf unter 3,5 bar ist nicht nur eine kennfeldgeregelte Abschaltung der Kolbenspritzdüsen zur Absenkung der Partikelemissionen möglich, sondern, durch die damit einhergehende Reduzierung der Pumpenantriebsleistung, auch eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs in vielen Kennfeldbereichen. Dank der vereinheitlichten Fahrzeugarchitekturen sind zur Darstellung aller möglichen Fahrzeugintegrationen nur zwei Ölwannen – eine für den Zweiradantrieb und eine für den Allradantrieb mit integriertem Ölhobel – erforderlich. Die Ölniveaumessung erfolgt über einen sogenannten Puls (Packaged Ultrasonic Level Sensor);

62

für den Service steht ein zusätzlicher mechanischer Peilstab zur Verfügung. ÖLABSCHEIDUNG

Die Ölabscheider sind in den beiden Aluminium-Zylinderkopfhauben verschraubt. Nach der Vorabscheidung in einem Labyrinth wird das durch den Impaktor scharf umgelenkte und in Düsen beschleunigte Blow-by-Gas an einem Vlies effizient entölt. Im saugmotorischen Betrieb werden die Entlüftungsgase des Kurbelgehäuses zur Aufrechterhaltung der für die Abscheidung erforderlichen Strömungsgeschwindigkeit nur über den linken Ölabscheider geleitet und über eine Querungsleitung in die Ansaugluftführung beider Zylinderbänke abgeführt. Gleichzeitig wird dem Kurbelgehäuse über den zweiten Ölabscheider Frischluft aus dem Ansaugsystem zugeführt, um einen stabilen Unterdruck zu gewährleisten. Dabei werden durch das Spülen des Kurbelgehäuses mit Frischluft die chemische Alterung des Schmieröls verzögert und die Wasseranteile im Blow-by-Gas reduziert. Mit dem Umschalten vom saugmotorischen in den aufgeladenen Betrieb werden die gereinigten Gase in den Reinluftbogen vor den ATL geleitet. KRAFTSTOFFSYSTEM

Die sogenannte High-Precision-Injection bestehend aus den Spuleninjektoren mit

angepasstem Spraybild und den rücklauffreien Einstempelpumpen, arbeitet mit einem Systemdruck von 200 bar und wurde, bis auf eine optimierte Leitungsverlegung, unverändert beibehalten. RIEMENTRIEB

Mit Umstellung der neuen 7er-Reihe von BMW auf elektrische Lenkunterstützung entfällt die mechanische Lenkhilfepumpe. Durch die einheitliche Fahrzeug-Baukastenarchitektur nimmt nun der auf der linken Fahrzeugseite angeordnete Kältemittelverdichter den freien Platz im ansonsten unveränderten Riementrieb ein und die zweite Riemenebene konnte entfallen. STARTER

Der im Vorgänger bewährte Starter ist mit leicht gedrehtem A-Lagerschild beibehalten worden und erfüllt die hohen Anforderungen an einen komfortablen Motor-Start-Stopp-Betrieb und zuverlässige Erststarts bei niedrigsten Außentemperaturen. GENERATOR

Der Generator ist zur Gewährleistung einer großen Wattiefe weiterhin im Motor-V platziert und stellt mit seiner Technologie der aktiven Gleichrichtung eine grundsätzliche technische Neuentwicklung dar. Spezieller Fokus lag auf

Sekundärluftsystem. Das die heißen Komponenten umschließende, hocheffiziente System aus zum Teil dreilagigen Wärmeschutzblechen wurde auf Basis von CFDSimulationen und Fahrzeugversuchen so optimiert, dass die maximale Wärmeabfuhr aus dem V-Raum in den Unterbodenbereich sichergestellt ist. ANSAUGLUFTFÜHRUNG UND SAUGANLAGE

BILD 7 Einlassseite des Zylinderkopfs mit Einlauftrichtern und Halbschalensauganlage

der Steigerung des Generatorwirkungsgrads durch die Reduzierung der Verluste im Gleichrichter, indem die verlustbehafteten Dioden durch aktiv angesteuerte MOSFETs ersetzt wurden. AUFLADESYSTEM

Der neu entwickelte Twinscroll-Abgasturbolader ist ein Gleichteil auf beiden Motorbänken und verzichtet dank applikativer Maßnahmen weiterhin auf ein Schubumluftventil. Das beim V8-Motor erstmals elektrisch betätigte Wastegate weist für ein optimales Katalysatorheizen einen maximalen Öffnungswinkel von mehr als 40° auf. Es wird von einem elektrischen Steller mit integriertem Wegsensor betätigt, wodurch motorseitig vollständig auf ein Unterdrucksystem verzichtet werden kann. Die Anschlüsse von Reinluftkrümmer und Ladeluftschlauch an den Verdichter sind auf VDA-Schnellkupplung umgestellt worden. Die bankselektiven, im Lost-FoamGussverfahren hergestellten Abgaskrümmer aus hochtemperaturfestem austenitischen Dünnwand-Stahlgusss konnten um jeweils circa 20 % leichter ausgeführt werden als ihre Vorgänger. Sie fassen zündfolgenoptimal auf Bank 1-4 die Abgasströme 1-3 und 2-4 sowie auf Bank 5-8 die Abgasströme 5-6 und 7-8 zusammen. Das innovative Blechsickendichtungskonzept zwischen Krümmerauslass und Turbineneintritt wurde FEM-basiert ausgelegt. Es ermöglicht ein außeror09I2015

76. Jahrgang

Anzeige

Passion. Innovation. Solutions.

Gasoline Engines Development DOWNSIZING

International Conference October 28th - 29th, 2014 At Montabaur/Germany

www.fev.com

Die zweiflutige Rohluftführung der Ansaugluft mündet in einem gemeinsamen motorfesten Ansauggeräuschdämpfer mit den darin integrierten Luftfiltereinsätzen und führt über die Reinluftbögen mit den Ventilen für die Einleitung der Kurbelgehäuse-Entlüftungsgase zu den Turboladern. Die Verbindung zu den motorfesten, im Volumen verdoppelten, wassergekühlten Ladeluftkühlern wird durch gewebeverstärkte Schläuche dargestellt. Die Drosselklappe ist mit einer VDA-ähnlichen Kupplung auf einem Stutzen mit Dreilochflansch an der Kunststoffsauganlage montiert. Die Sauganlage setzt erstmals ein vollkommen neues Konzept um, BILD 6 und BILD 7. Dazu wurde die übliche kopfseitige Galerie der Sauganlage konstruktiv in den Zylinderkopf verlegt, wodurch sich die Kanäle verkürzen und die Einlauftrichter strömungsoptimal darstellen ließen. Die Sauganlage an sich besteht jetzt noch aus einer durch eine umlaufende Dichtfläche mit dem Zylinderkopf verbundenen Halbschale mit ihrem Anschlussstutzen für die Drosselklappe. Das Volumen der Sauganlage konnte dabei, trotz packagebedingt reduzierter Motoraußenmaße, um 0,5 l (15 %) vergrößert werden und ist dazu weitgehend von Einschnürungen für die unterschiedlichen Lenkspindelpositionen der Fahrzeugderivate befreit. KÜHLUNG

dentliches Maß an Dichtheit zwischen den Twinscroll-Fluten und unterstützt damit das exzellente Ansprechverhalten. Die ebenfalls im V-Raum unmittelbar hinter den Turbinen angeordneten motornahen Katalysatoren erreichen durch die kurze Abgasführung schnell ihre Betriebstemperatur, gewährleisten somit die Erfüllung der strengen Emissionsgesetzgebungen Euro 6 und ULEVII und ermöglichen sowohl den Verzicht auf Unterbodenkatalysatoren als auch auf ein

Der Ausgleichsbehälter des Hauptkühlkreislaufs ist im neuen 7er von BMW vor dem linken Radhaus platziert, der Ausgleichsbehälter des Niedertemperaturkreislaufs befindet sich motorfest vor dem Generator. Ein Zusatzwärmetauscher im linken Radhaus unterstützt den Kühlmittelkühler mit 850-W-Elektrolüfter und wird in der Heißlandvariante durch einen zweiten Zusatzwärmetauscher vor dem rechten Radhaus ergänzt. Vor dem Kondensator der Klimaautomatik

63

ENT WICKLUNG OT TOMOTOREN

BILD 8 Volllastkurven im Vergleich zum Vorgängermotor

liegt der Kühlmittelkühler des Niedertemperaturkreislaufs, der mithilfe einer 80-W-Pumpe die Motorsteuerungen und die indirekten Ladeluftkühler kühlt. ABGASANLAGE

Die durchgehend zweiflutige Abgasanlage verfügt über drei Schalldämpfer in Absorptions- beziehungsweise Mischbauweise und zwei kennfeldgesteuerte, elektrisch betätigte Abgasklappen. Die vier Endrohre ragen in zwei eckige Chromblenden, die in der Heckschürze integriert sind. MOTORSTEUERUNG

Zur Steuerung kommen zwei identische Motorsteuergeräte als Master-Slave-Konzept, über einen Bus gekoppelt, zum Einsatz. Die Hardware basiert auf einer grundlegend neu entwickelten Plattform, die als Basis eine Sechszylindervariante hat und je nach Anforderung mit entsprechender Bestückung alle Varianten von drei bis zwölf Zylindern ermöglicht, inklusive Diesel. Wesentliche Merkmale der Motorelektronikplattform sind: – Prozessor mit Multicore-Architektur (2 x 300 MHz, 1 x 200 MHz, 8 MB Flash) – Schnittstellen: FlexRay, CAN, LIN, SENT – einheitliches Steckersystem (254 Pins) – Einheitsgehäuse (luft- und wassergekühlte Variante möglich) – kommunale Software-Module bis hin zum Einheitsprogrammstand – Autosar 4.

64

Die Plattformentwicklung war bei diesem V8-Ottomotor ein wesentlicher Schritt, um die zunehmende Komplexität und Variantenvielfalt innerhalb der Motorsteuerungssysteme, aber auch der Applikation, zu beherrschen. Dies reduziert die ehemals komplexen motorspezifischen Einzelfunktionalitäten und schafft dadurch Vorteile bei Flexibilität, Applizierbarkeit sowie Testfähigkeit über die gesamte Motorsteuerung sowohl für Otto- und Dieselmotoren als auch Hybridantriebe. BRENNVERFAHREN

Im V8-TwinPower-Turbo-Ottomotor werden die Elemente Turboaufladung, variable Ventilsteuerung Valvetronic, DoppelVanos und Direkteinspritzung kombi-

niert. Wie beim Vorgängermotor werden die Variabilitäten von Valvetronic und Doppel-Vanos genutzt, um in weiten Bereichen des Kennfelds durch eine Entdrosselung des Ladungswechsels bei hohen internen AGR-Raten verbrauchsoptimal zu fahren. Durch die Flutentrennung des Twinscroll-Turboladers in Kombination mit der Anhebung der Verdichtung von 10,0 auf 10,5 ist es möglich, Vanos-Strategien zu applizieren, die eine weitere Erhöhung der internen AGR-Rate zulassen und damit ein weiteres Verbrauchspotenzial erschließen. Phasing und Masking erzeugen im Teilhub der Einlassventile ein erhöhtes Ladungsbewegungsniveau und stellen so die erforderliche Stabilität der Verbrennung sicher.

BILD 9 Darstellung des Ansprechverhaltens (Response) im Vergleich zum Vorgängermotor

MOTORVOLLLAST

Kenngröße

Der neue BMW V8-Ottomotor zeichnet sich durch eine über den gesamten Drehzahlbereich sehr gleichmäßige Leistungsentfaltung auf sehr hohem Niveau aus, BILD 8. Die effektive Leistung von 330 kW steht von 5500 bis 6000/min zur Verfügung. Ein besonderes Augenmerk in der Weiterentwicklung lag auf dem verzögerungsfreien Ansprechen aus dem untersten Drehzahl-/Lastbereich. Zu diesem Zweck wurde der Monoscroll-ATL durch einen Twinscroll-ATL ersetzt. Damit konnte das Drehmoment im untersten Drehzahlbereich (Low-end Torque, LET) um 200 auf 1800/min verbessert werden, zudem wird das Ansprechverhalten beim Lastsprung bei 1500/min auf 500 Nm um circa 1,8 s verkürzt, BILD 9. Diese Verbesserungen sind die Voraussetzung für ein souveränes Fahrgefühl im neuen 7er von BMW. TABELLE 1 gibt eine Übersicht über die technischen Daten des neuen V8-Motors. ZUSAMMENFASSUNG

Der 4,4-l-V8-TwinPower-Turbo-Ottomotor von BMW wurde zur Anpassung an die Architekturplattform des neuen BMW der 7er-Reihe überarbeitet. Neben den Packageanforderungen standen die Integration einer neuen Generation der Motorsteuerung und, unter anderem, auch eine weitere Effizienzsteigerung zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und die Einhaltung der Euro-6-Abgasgesetzgebung an. Unter Beibehaltung des bewährten Konstruktionsprinzips mit der Auslassseite der Zylinderköpfe im V-Raum ist das im Jahr 2008 erfolgreich in Serie eingeführte Konzept zukunftssicher weiterentwickelt worden. Eckpunkte dabei sind die Umstellung auf Twinscroll-Turbolader, das neue kombinierte Kühlkonzept aus getrennter Kopf- und Blockdurchströmung in Verbindung mit der kennfeldgeregelten Kühlmittelpumpe sowie die zur Hälfte in den Zylinderkopf integrierte Sauganlage. Durch das vereinheitlichte Package wird der Motor in den kommenden Jahren ohne Derivatsausbildung auch in Fahrzeugen weiterer Baureihen eingesetzt werden können. 09I2015

76. Jahrgang

Hubraum Zündfolge Leistung ... bei Drehzahl Drehmoment

Einheit

V8-TwinPowerTurbo

cm³

4395 (3981)

–

1-5-4-8-6-3-7-2

kW

330

1/min

5500-6000

Nm

650

... bei Drehzahl

1/min

1800-4500 (TBE)

Höchstdrehzahl

1/min

6500

mm

89/88,3 (80)

Bohrung/Hub Verdichtung

–

10,5:1 (9,7:1)

Zylinderabstand

mm

98

Hauptlagerdurchmesser

mm

65

Hubzapfendurchmesser

mm

54

Pleullänge

mm

138,5 (142,65)

Ventildurchmesser (E/A)

mm

33,2/29

Ventilwinkel (E/A)

°

21°/19°

Max. Ventilhub (E/A)

mm

8,8/9,0

Nockenwellenspreizung (E/A)

°KW

55°-125°/ 60°-126°

ROZ min

ROZ

91

Abgasnormen

–

Euro 6 und ULEVII

Beschleunigung 0-100 km/h (BMW 750i / -Xdrive)

s

4,7 / 4,4

Kraftstoffverbrauch l/ (NEFZ) 100 km (BMW 750i / -Xdrive) CO 2-Emission (BMW 750i / -Xdrive)

g/km

7,9 / 8,1

184 / 189

(Werte in Klammern für 4,0-l-Variante) TABELLE 1 Technische Daten des neuen V8-Ottomotors

LITERATURHINWEISE [1] Langen, P.; Brox, W.; Brüner, T.; Fischer, H.; Hirschfelder, K.; Hoyer, U.: Der neue V8-Ottomotor von BMW mit zwei Turboladern – Teil 1: Konstruk tive Merkmale. In: MTZ 69 (2008), Nr. 11, S. 904-914 [2] Bock, C.; Hirschfelder, K.; Ofner, B.; Schwarz, C.: Der neue V8-Ottomotor von BMW mit zwei Turboladern – Teil 2: Funktionale Eigen schaften. In: MTZ 69 (2008), Nr. 12, S. 1056-1064 [3] Schopp, J.; Düngen, R.; Fach, H.; Schünemann, E.: V8-Ottomotor von BMW mit zwei Turboladern, Direkteinspritzung und voll variablem Ventiltrieb. In: MTZ 74 (2013), Nr. 1, S. 38-45

DOWNLOAD DES BEITRAGS

www.springerprofessional.de/MTZ

READ THE ENGLISH E-MAGAZINE

order your test issue now: [email protected]

65