BMW S55: Details zur Technik des Motors von BMW M4 und M3 2014

BMW M3 | 23.04.2014 von 22
2014-BMW-M3-Limousine-F80-Motor-S65-Biturbo-R6

Mit der fünften Generation des BMW M3 betritt die M GmbH auch unter der Motorhaube Neuland. Erstmals in der Geschichte des M3 kommt ein Motor …

Mit der fünften Generation des BMW M3 betritt die M GmbH auch unter der Motorhaube Neuland. Erstmals in der Geschichte des M3 kommt ein Motor mit Turbo-Aufladung zum Einsatz, die Zeiten frei saugender Hochdrehzahlmotoren sind allem Anschein nach vorbei. Ein Grund zur Trauer ist dieser Umstand allerdings nur bedingt, denn abgesehen von der unbestreitbaren Faszination hochdrehender Saugmotoren haben auch moderne Turbo-Motoren eine Reihe von Vorzügen.

Im Vergleich mit dem V8 des Vorgängers ist der neue BMW S55 Biturbo-Reihensechszylinder nicht nur leichter und stärker, er bietet auch ein erheblich höheres Drehmoment und zudem einen spürbar niedrigeren Verbrauch.

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Im Gespräch mit M-Power.com erklärt Jürgen Poggel, Leiter der Motoren-Entwicklung bei der M GmbH, die Vorzüge und Besonderheiten des neuen BMW S55 im Detail:

Für den neuen BMW M3 und BMW M4 wurde ein neuer Motor entwickelt…
Jürgen Poggel: Ja. Der Vorgänger war mit einem V8-Saugmotor ausgestattet. Für den neuen BMW M3 und BMW M4 haben wir hier in der M Motorenentwicklung in der Münchner Preußenstraße ein neues M TwinPower Turbo Reihen-Sechszylinder-Triebwerk konzipiert und zur Serienreife gebracht.

Was zeichnet den neuen Motor aus?
Funktional zeichnet ihn ein turbotypisches hohes konstantes Drehmoment aus, das in einem sehr weiten Bereich zur Verfügung steht, nämlich von 1850 1/min bis 5500 1/min.
Der Leistungsverlauf macht ihn herausragend: Die höchste Leistung steht in einem breiten Plateau von 5500 1/min bis 7300 1/min zur Verfügung – die Maximaldrehzahl erreicht sogar 7600 Umdrehungen pro Minute.
Der Motor bietet also das Beste aus zwei Welten: Turbo und Hochdrehzahl.

Was hat der Kunde davon?
Wenn der Fahrer den Motor bis 7300 1/min dreht, dann steht nach dem Schalten sofort wieder die volle Leistung an – eben weil die maximale Leistung in einem Drehzahlband von 1800 1/min zur Verfügung steht. Ist der BMW M3 oder BMW M4 mit M Doppelkupplungsgetriebe ausstattet, erfolgt dieser Schaltvorgang zudem noch ohne Zugkraftunterbrechung. Das Integral von Leistung über Drehzahl ist also deutlich höher, als stünde die Maximalleistung nur jeweils kurz als Spitzenwert zur Verfügung.
Das Ergebnis: ein phänomenaler Beschleunigungseindruck.

Und wie sieht’s dabei mit dem Kraftstoffverbrauch aus?
Fordere ich die volle Leistung ab, erreiche ich in etwa die gleichen Verbräuche wie der Vorgängermotor. Im Teillastbetrieb hilft mir aber das hohe Drehmoment, so dass ich bei normaler Fahrt im Straßenverkehr leicht zwei bis drei Liter weniger verbrauche. Die Verbrauchsspreizung ist also nach unten gerutscht, die Durchschnittsverbräuche liegen entsprechend spürbar niedriger.

Was war aus technischer Sicht notwendig, dieses Ergebnis zu erreichen?
Wir haben in ganzer Konsequenz den Motor entdrosselt. Der oben auf dem Motor sichtbare Ladeluftkühler sitzt auf dem geraden Weg vom Verdichter in die Sauganlage. Auch die Verläufe auf der Abgasseite sind sehr gradlinig und maximal entdrosselt. Dies ermöglicht das beschriebene hohe und breite Leistungsplateau und die niedrigeren Verbräuche.

Ein wichtiger Aspekt der Leistungsentfaltung eines M Triebwerkes ist insbesondere auch das Ansprechverhalten …
Wer den Motor bereits gefahren ist, bestätigt uns, dass wir auch hier unser Ziel erreicht haben. Timo Glock und Bruno Spengler, die uns bei Abstimmungsfahrten auf der Nürburgring-Nordschleife unterstützt haben, waren begeistert.

Woran liegt das?
Bereits die Sauger-Volllast des Motors reicht bis zu hohen 270 Nm. In vielen Kurven fahren Sie in diesem Bereich, wenn Sie das Auto auf Zug halten wollen. Man kann hier also schon deshalb kein verzögertes Ansprechen der Turbos fühlen, weil die Turbolader in diesem Bereich noch gar keine Rolle spielen.
Für schnelle Kurven, in denen man beim Rausbeschleunigen bereits in den aufgeladenen Bereich kommt, sind alle Vorkehrungen für ein schnelles Ansprechen getroffen. Wir nutzen zwei kleine Turbolader mit sehr hohem Wirkungsgrad und kleinem Massenträgheitsmoment. Und die Entdrosselung führt zu geringen Strömungsverlusten.

Einen „bankübergreifenden Abgaskrümmer“ wie bei den M Automobilen mit M TwinPower Turbo V8 Motor gibt es aber nicht?
Doch, funtional betrachtet schon. Wir fassen nämlich die Abgase von jeweils drei Zylindern optimal zusammen. Nur sind diese Zylinder beim Reihensechszylinder von vorneherein aufeinander folgend sortiert.

Gerade das Ansprechverhalten eines Turbomotors wird manchmal von verschiedenen Personen unterschiedlich beurteilt. Woran könnte das im Vergleich zum Saugmotor liegen?
Ein Unterschied ist, dass der Saugmotor die Zwischenstellung am Gaspedal stärker intoniert. Gibt man ein wenig mehr Gas, hört sich der Motor unmittelbar anders an. Ein Saugmotor quittiert den Wunsch nach mehr Leistung sofort mit einem veränderten Sound. Das löst ein Turbomotor nicht so detailliert akustisch auf, weil hier die Geräusche auf der Ansaug- und Abgasseite durch die Turbos stark gedämpft werden. Die fehlende akustische Rückmeldung beeinflusst das subjektive Empfinden des Ansprechverhaltens.
Einen großen Einfluss auf die Leistungsentfaltung haben auch der gesamte Antriebsstrang und seine Regelsysteme. Gerade durch das gute Ansprechverhalten und das hohe Drehmoment der M TwinPower Turbo Triebwerke kann es sein, dass – falls eingeschaltet – das Regelsystem eingreift, um einen Abriss der Reifenhaftung zu verhindern. DSC regelt in solchen Fällen exakt so, dass Sie unmittelbar an der Schlupfgrenze unterwegs sind. Deutlich ist das zum Beispiel in Serpentinen zu beobachten – erst am Ende der Kurve gibt das DSC die Leistung wieder vermehrt frei. Die Regelsysteme arbeiten so gut, dass Sie selbst kaum feststellen können, dass eigentlich das Regelsystem gerade bestimmt, wie viel Gas maximal gegeben werden kann. Mit abgeschaltetem  DSC und in der Einstellung SPORT PLUS lässt sich das hervorragende Ansprechverhalten jedoch sehr gut erleben und z. B. auf der Rennstrecke gut nutzen, um die Fahrdynamik über das Gaspedal zu beeinflussen.

Es gibt die Modi EFFICIENT, SPORT und SPORT PLUS. Ändert sich da motorenseitig nur die „Gaspedalkennlinie“?
Nein. Bei einem M Automobil ist stets der Rennstreckenbetrieb ein wesentlicher Faktor – hier ist es in jedem Fall notwendig, auch sehr hohe Leistungen noch sehr exakt mit dem Fahrpedal steuern zu können. Eine Abstimmung, bei geringem Pedalweg bereits sehr viel mehr Leistung abzurufen, kommt für uns daher nicht in Frage. Sie könnten die Leistung dann nicht mehr exakt genug dosieren. Wir bevorzugen deshalb den weitgehend linearen Aufbau von Drehmoment über den Fahrpedalweg.

Was ändert sich also in den Modi EFFICIENT, SPORT und SPORT PLUS?
In den Modi SPORT und SPORT PLUS bleiben die Wastegates im Teillastbereich zu, wir leiten den Massenstrom über die Turbinen, damit bereits „Standby“ die Turbolader mit einer höheren Grunddrehzahl rotieren. Zudem fahren wir bestimmte spezielle Motorsteuerungsfunktionen, die das Hochlaufen der Turbolader beschleunigen. Damit hängt das Auto im Modus SPORT und SPORT PLUS noch schärfer am Gas.
Ein weiterer wichtiger Punkt: Normalerweise müssen wir beim Aufbau des Drehmoments Rücksicht nehmen auf den Antriebsstrang. In der Regel kann der Motor das Moment deutlich schneller aufbauen, als der Antriebsstrang das verträgt. Man kann sich vorstellen, dass sich der Antriebsstrang dann wie eine Torsionsfeder verhält, die aufgezogen wird und dann schwingt – es kommt zu Ruckelschwingungen. Um diese Schwingungen zu verhindern, muss der Momentenaufbau des Motors bedämpft und damit das Ansprechverhalten harmonisch aufgebaut werden.
Der steife Antriebsstrang des neuen BMW M3 und BMW M4 ist jedoch, ähnlich wie bei einem Rennfahrzeug, optimiert für die Aufnahme des schnellen Momentenaufbaus – mit CFK-Gelenkwelle, starr an die Karosserie verschraubter Hinterachse, geeignet dimensionierten Abtriebswellen etc. Also ist auch der steife Antriebsstrang eine wichtige Maßnahme für den spontanen Antritt des neuen BMW M3 und BMW M4. Im Modus EFFICIENT fahren wir die Rampen flacher und damit komfortorientiert hoch. Gegenpol wäre SPORT PLUS, wo wir keine Rücksicht auf eventuelle Komforteinschränkungen nehmen. In SPORT PLUS sind alle Filterfunktionen ausgeschaltet: Der Motor hängt so unmittelbar am Gas – das verlangt dann schon eher den Könner. In SPORT PLUS wird also alles messerscharf umgesetzt, was die Technik im Dienst von schnellen Rundenzeiten kann – egal, ob es Motor, Getriebe, Fahrwerk oder Regelsysteme betrifft.

Vielen Dank, Herr Poggel – wir sind sehr gespannt darauf, den neuen Motor im BMW M3 und BMW M4 selbst zu erleben.

(Bilder & Infos: M-Power.com)

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  • s62 ftw

    Der s54 war ja schon nicht für seine Haltbarkeit bekannt. Jetzt vereint man also zusätzlich zur langhubigen Auslegung und dem Hochdrehzahlkonzept noch zwei Turbolader. Wenn der Motor sechsstellige Kilometerlaufleistungen schafft, wäre ich überrascht.

  • dicker

    pogger, das war ein richtig gutes interview. leider fehlen mir mehr infos zu einigen themen, z.b. wie man mit der erhöhten temperatur auf rundkursen fertig wird, welche bei einem sauger i.d.r. nicht auffällig sind, wie man zu dem thema longlife bei der neuen ölvisko steht, wieso ein M motor einen EFFICIENT modus braucht bzw. überhaupt 3 modi benötigt und warum der S55 nur ein so geringes grundmoment von 270Nm hat, wo man bereits bewiesen hat, dass man aus 3L einiges mehr holen kann. ich hätte hier mit >300Nm gerechnet. auch hätte man die marketingsoldaten glock und spengler nicht erwähnen brauchen, dann wenn sie sagen, der motor hätte eine spontane response, dann bin ich geneigt zu glauben, er hätte sie nicht, aber das werde ich demnächst testen und wehe, da passt was nicht, dann kannst unser alljährliches kampftrinken aufm oktoberfest knicken!!!

    mal sehen was man sich beim ewigen thema lagerschalen hat einfallen lassen, denn die drehzahl ist kaum runtergegangen, der spezifische druck dagegen immens gestiegen, inkl. der verringerten viskosität. ich fürchte, man hat hier sehr stark auf fuel economy konstruiert um die steilvorlage zur story vs. S65 auszuschlachten.

    kaufen würde ich vor dem M4 facelift mit sicherheit nicht. dazu gab es in der vergangenheit viel zu viel ärger und metallischen schrott bei den M motoren.

    • Manuel

      Bzgl. des “niedrigen” Grundmoments.
      Der S55 hat naturgemäß als Turbo eine geringere Verdichtung als ein vergleichbarer Sauger (S55: 10,2, gute 3L Sauger eher so 10,8 – 11). D.h. er hat zwischen 5 und 10 Prozent weniger Verdichtung, was sich entsprechend auf das Drehmoment auswirkt. Ich denke das erklärt es zu einem wesentlichen Teil?

      • woody

        Absolut richtig! Dazu kommt, dass die Auslassseite bei Turbomotoren nicht so weil entdrosselt ist wie bei einem Sauger, weil man mit kleineren Auslassventilen die Flussgeschwindigkeit der verbrannten Gasen erhöht, was wiederum die Turbine schneller hochdrehen lässt.

        Ein Zylinderkopf eines Turbos als Sauger betrieben, liefert daher immer weniger Leistung ab.

        • dicker

          wo wir wieder bei der höheren kunst bei der anwendung des saugerprinzips wären.^^

  • johannes t. rieb

    dass ein turbo nicht ansprechen kann wie ein sauger liegt also an meinen ohren? hat die zielgruppe da so wenig zwischen? wie lang isses her, dass es hiess ” m-turbo – no way!”?

    • Hier ging es primär um den subjektiven Eindruck, welcher von Person zu Person unterschiedlich ist.

      • johannes t. rieb

        na richtig ist allemal, dass es des objektiven könners bedarf, wenn das ding ohne esp in der kurve unterm fuss explodiert.;)
        ok, die abgasvorschriften und ja, ich habe eine ausgewiesene propellersozialisation, aber die amis und amg haben bis vor kurzem hochgehalten, wovon man im hause “m” uns die längste zeilt lang erzählt hat. wo soll ich denn hin mit dem ganzen drehmoment; gibt’s demnchst eine durchgehende walze hinten? die passt dann immerhin zum gewicht.

  • S54 ist Benchmark, bin schon echt gespannt wie er im direkten Vergleich weg kommt.
    Closed-Deck ist schonmal gut, hatte schon Alpträume 🙂

    • dicker

      den ruck beim gasgeben, den man beim S54 spürt, wird kein moderner motor mehr erzeugen. das ist entscheidend und nicht die soundänderung beim sauger/turbo, von der pogger spricht. ich bin zudem auf die kraftstoffsparende lenkung gespannt.^^

  • BMW_550i

    Gutes Interview, danke für die Veröffentlichung, Benny. Bin gespannt, den M3 mal bei on Demand zu fahren 🙂

    Grüße!

    • 135iCoupe_N55

      den M4 will ich auch unbedingt Probefahren, bin extrem gespannt darauf wie gut der im Vergleich zum normalen N55 geht! Hoffentlich krieg ich einen mit manuellem Schaltgetriebe ^^

      • Niederlassung

        Und extra Milchschaum?

      • dicker

        jungs, BMW on demand ist ab 21. könnt aber eure betreuer mitbringen.

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  • kingpin

    Das Übereinanderlegen der Leistungskurven ohne Betrachtung verschiedener
    Drehzahlbänder ist für einen Blog dieser technischen Qualitätsansprüche peinlich.

    • dicker

      es ist eher für BMW peinlich, dass das marketing sich an
      leistungsdiagrammen versucht, aber das ähnelt sendungen, wie
      “schwiegertochter gesucht”. dort untertitelt man die zahnlosen
      kandidaten aus der DDR ebenfalls, weil man hinter der glotze daheim
      genauso krasse assis vermutet, die das gebabbel sonst nicht verstehen
      würden. so ist es auch mit BMW. man muss pfeile einzeichnen und äpfel
      mit birnen vergleichen.

      würden man diesen pavianen etwas von
      emotionen beim ausdrehen und abdrehen eines S85 oder dem ehrlichen
      mechaniksound eines S54HP erzählen, sie würden dich nur doof angucken
      und irgendwas von drehmoment untenherum bei den neuen turbos erzählen.

      was willste machen…motoren ändern sich, das mannsbild ändert sich…

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