Der Vierzylinder-Biturbo-Diesel N47 S von BMW

  • Abgelegt: 8.07.2009
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Da unsere Beiträge über die technischen Details bestimmter BMW-Motoren offenbar Anklang finden und wir auch schon mehrfach Nachfragen zum technischen Aufbau des kleinen Biturbo-Diesels erhalten haben, möchten wir euch heute diesen Wunsch erfüllen.

Dass der intern N47 S genannte Motor schon seit Herbst 2007 auf dem Markt ist, unterstreicht nur den Vorsprung, den er damals hatte. Auch wenn er heute nicht mehr völlig taufrisch ist, gibt es erst einen einzigen Motor der Konkurrenz, der bezüglich Leistung und Verbrauch mithalten kann.

Premiere feierte der Vierzylinder im BMW 1er, mittlerweile erhält man ihn aber auch in anderen Fahrzeugen der BMW Group. Eine leicht überarbeitete Version mit 214 PS arbeitet im Alpina D3 Biturbo, demnächst gibt es den Motor auch im BMW X1 xDrive23d.

x23d-2

Sowohl in der nächsten Generation des BMW 1er – der F20 kommt 2011 auf den Markt – als auch im ab 2012 erhältlichen nächsten 3er wird der Motor Verwendung finden, eventuell in einer leicht überarbeiteten Version.

Vielleicht werden wir den effizienten Motor auch im nächsten BMW 5er der Generation F10 sehen. Im Zuge des allgemeinen Downsizing spricht eigentlich wenig gegen einen derart starken Vierzylinder mit niedrigem Verbrauch.

Kommen wir nun aber zum Motor selbst, dieser ist nämlich durchaus sehr interessant – egal, in welchem Auto er steckt. Nicht umsonst wurde der Motor als erster Diesel überhaupt bei den Engine of the Year Awards 2008 mit dem Titel “Best New Engine” bedacht, also als bester neuer Motor des Jahres 2008 bewertet.

Das auf den ersten Blick wichtigste Unterscheidungsmerkmal gegenüber anderen Vierzylinder-Dieselmotoren ist die Anzahl der Turbolader, denn wie der Name Biturbo schon sagt, handelt es sich dabei um zwei Stück.

Ähnlich wie beim vor kurzem überarbeiteten und mittlerweile 306 PS starken Biturbo-Reihensechszylinder aus dem BMW 740d werden auch hier zwei unterschiedlich große Turbolader verwendet.

Damit kann das Turboloch, also die Verzögerung im Ansprechverhalten des Motors, verkleinert werden. Denn ein kleiner Turbolader kann schon bei relativ wenig Druck arbeiten und Luft in den Brennraum pressen. Ein großer Turbolader braucht hierfür deutlich länger, weil zunächst mehr Abgasgegendruck aufgebaut werden muss, bis der Lader arbeiten kann.

Aber kleine Turbolader haben auch Nachteile: Ihre maximale Fördermenge ist naturgemäß kleiner als die von großen Turboladern, weshalb man mit ihnen zwar ein schnelles Ansprechverhalten realisieren kann, die maximal erreichbare Leistung aber nicht besonders hoch ist.

An dieser Stelle kommt der größere Lader ins Spiel. Dieser bekommt vom kleinen Lader gewissermaßen etwas Zeit spendiert, um den nötigen Druck aufzubauen. In dieser Zeit arbeitet der kleine Lader, der bereits sehr schnell anspricht. Wenn dem kleinen Lader langsam die Puste ausgeht, kommt der große Lader ins Spiel und bietet jede Menge Power.

Mit dieser Kombination ist es also möglich, das schnelle Ansprechverhalten kleiner Turbolader mit der hohen maximalen Leistung großer Turbolader zu kombinieren und somit das Dilemma bei der Wahl des Turboloaders effektiv zu umgehen. Man muss sich nicht entscheiden, ob man eine schnelle Reaktion oder eine hohe Leistung möchte, man nimmt einfach beides.

Welcher Turbolader wann zum Einsatz kommt, wird von einer leistungsfähigen Motorelektronik in Abhängigkeit von Gaspedalstellung und Fahrstil perfekt abgestimmt.

Zur Zeit seiner Premiere war die Common Rail-Technik der dritten Generation das neueste verfügbare System. Erst mit dem brandneuen Motor im BMW 730d F01 hat BMW erstmals die vierte Generation von Common Rail verbaut. Eventuell gibt es diesbezüglich auch demnächst ein Update für die Vierzylinder-Diesel. Davon würden Verbrauch und Leistung noch einmal profitieren.

Wie bis vor kurzem im Biturbo-Sechszylinder kommt auch im Biturbo-Vierzylinder keine variable Turbinengeometrie zum Einsatz. Diese Technik würde zwar noch weitere Vorteile bringen, die Anordnung mit zwei unterschiedlich großen Ladern macht sie aber nicht zwingend notwendig wie bei Motoren mit nur einem Turbolader.

Wie auch der 177 PS starke Vierzylinder-Diesel mit nur einem Turbolader (N47) verfügt auch der Biturbo (N47 S) über ein Aluminium-Kurbelgehäuse mit thermisch gefügten Graugusslaufbuchsen. Beide Motoren sind serienmäßig mit einem motornahen Partikelfilter ausgestattet.

Der zweite Turbolader beschert dem Biturbo-Triebwerk eine Mehrleistung von 27 PS sowie ein Drehmoment-Plus von 50 Newtonmeter. Deutlich beeindruckender als diese Maximalwerte ist aber eine Betrachtung der verschiedenen Drehmomentdiagramme.

drehmomentdiagramm-x20d

Betrachten wir zunächst das Diagramm des SingleTurbo-Motors, wie er beispielsweise in BMW 120d und BMW 320d zum Einsatz kommt. Seine Spitzenleistung erreicht er bei 4000 U/min, sein maximales Drehmoment von 350 Nm liegt auf einem relativ breiten Bereich zwischen 1750 und 3000 U/min an.

Vergleichen wir nun mit dem Biturbo-Motor:

drehmomentdiagramm-x23d

Wie wir sehen, liegt das maximale Drehmoment von 400 Nm in einem deutlich kleineren Bereich an. Allerdings darf man hier nicht nur den Maximalwert im Auge haben. Die maximalen 350 Nm des SingleTurbos erreicht der Biturbo nämlich nicht nur deutlich eher als der SingleTurbo, sondern auch in einem breiteren Fenster. Mindestens 350 Nm liegen bereits ab 1500 und bis 3800 U/min an.

Damit ist der Biturbo erwartungsgemäß praktisch im gesamten Drehzahlband leistungsstärker als der SingleTurbo, auch wenn sein Drehmoment-Plateau mit dem maximalen Wert kleiner ausfällt. Die Spitzenleistung von 204 PS liegt erst bei 4400 U/min an, weshalb es sich hier durchaus lohnt, den Motor beinahe auszudrehen. Wie man sieht, steht aber auch in niedrigeren Drehzahlbereichen jederzeit genügend Leistung zur Verfügung.

Neben dem Alumium-Gehäuse ist auch die Common Rail-Einspritzung der dritten Generation erwähnenswert, denn schon 2007 wurden damit maximale Einspritzdrücke von 2000 bar erreicht. Der Einspritzvorgang ist in bis zu drei Portionen pro Arbeitstakt geteilt. Die Flamme kann sich daher innerhalb des Brennraums vergleichsweise sanft ausbreiten, was der Laufkultur des Motors zu Gute kommt.

Die Gestaltung der Brennräume wurde für alle neuen Vierzylinder-Diesel ebenso überarbeitet wie die Gemischbildung, die Verbrennung und die Luftführung innerhalb des Motors. Die bekannten Efficient Dynamics-Maßnahmen wie Bremsenergierückgewinnung, bedarfsgerechte Zuschaltung der Nebenaggregate etc. pp. tragen natürlich ebenfalls ihren Anteil zum niedrigen Verbrauch bei.

Der Biturbo-Diesel war übrigens der erste Vollalumium-Dieselmotor der Welt, der eine Literleistung von über 100 PS pro Liter Hubraum erreichte.

Mit einem Beschleunigungswert von 7,0 Sekunden auf 100 km/h in der 1er-Reihe unterstreicht der Motor seine Leistungsfähigkeit, denn diese Beschleunigung liegt immerhin auf dem Niveau eines VW Golf GTI. Dabei gönnt sich der kleine Diesel im EU-Zyklus nur 5,2 Liter Diesel auf 100 Kilometer, was einem CO2-Ausstoß von 138 Gramm pro Kilometer entspricht. Für die Leistung von 204 PS stellen diese Verbrauchswerte auch heute noch etwas besonderes dar.

Der BMW 123d war das erste Fahrzeug überhaupt, das eine Leistung von über 200 PS mit einem CO2-Ausstoß von weniger als 140 Gramm pro Kilometer kombinierte.

Die Kombination von überzeugenden Fahrleistungen mit niedrigem Verbrauch macht den Biturbo-Diesel aus BMW 123d & Co. zu einem Paradebeispiel für die Idee von Efficient Dynamics – Mehr Fahrspaß kombiniert mit weniger Verbrauch.

(Quelle: BMW Pressemitteilungen)

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