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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