Präsentation neuer Motoren von VW und Mercedes-Benz auf dem Wiener-Motorensymposium, April 2010

Aus der Reserve gelockt

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Der Elektroauto-Hype hat die Hersteller von Verbrennungsmotoren aus der Reserve gelockt. Mit neuen Otto- und Dieselaggregaten, die auf dem Wiener Motorensymposium vorgestellt wurden, zeigen sie, dass man eine fast schon totgesagte Technik immer noch verbessern kann.

VW setzte als einer der ersten auf die Downsizing-Karte und hat schon einige bemerkenswerte Motoren mit wenig Hubraum, teilweise doppelter Aufladung und direkter Einspritzung auf dem Markt. Ein Meilenstein für die unteren Fahrzeugklassen ist sicherlich der Dreizylinder-Dieselmotor, der sein Debüt im VW Polo feierte.

Am anderen Ende der Fahrzeugsegmente wurde zuletzt Mercedes-Benz immer wieder für seine veralteten und zu durstigen V-Ottomotoren gescholten. Mit der Vorstellung der neuen V6- und V8-Motorengeneration nehmen die Stuttgarter den Kritikern den Wind aus den Segeln. Denn die Aggregate bieten mehr Leistung und Drehmoment bei weniger Kraftstoffverbrauch. Dafür sorgen unter anderem die direkte Einspritzung des Kraftstoffs, Turboaufladung (beim V8), ein Start-Stopp-System, weniger Reibung sowie die Mehrfunkenzündung.
Im Vergleich zum gleich großen Vorgängermotor (3,5 l Hubraum) mit ebenfalls direkter Einspritzung sind beim neuen V6-Aggregat von Mercedes-Benz die Leistung (225 statt 215 kW) und das Drehmoment (370 statt 365 Nm) moderat gestiegen. Richtig deutlich wird der Fortschritt beim Kraftstoffverbrauch: Konsumiert der Vorgängermotor im CLS 350 CGI im Normzyklus noch 9,2 l Ottokraftstoff pro 100 km, sind es beim neuen S 350 künftig nur noch 7,6 l – trotz etwa 150 kg Fahrzeug-Mehrgewicht.
Brennverfahren senken Kraftstoffverbrauch
Verantwortlich für diese Einsparung ist ein ganzes Bündel an Maßnahmen. So haben die Ingenieure die aus dem CLS 350 CGI bekannte direkte Einspritzung mit strahlgeführter Verbrennung und Piezoinjektoren weiter verfeinert. Speziell das effiziente Magerbrennverfahren mit Schichtladung ( λ = 1,4 bis 4,5) wurde jetzt auf einen größeren Teillast-Kennfeldbereich ausgeweitet (4 bar, 3800 min-1). Im oberen Teillast- und Volllastbereich ergänzen jetzt zwei neue Betriebsarten die homogene Verbrennung. Bei Teillast und Drehzahlen bis etwa 4000 min-1 wird zunächst ein homogenes Magergemisch im Brennraum gebildet. Kurz vor der Zündung wird dann noch mit einem oder zwei kurzen Einspritzvorgängen zusätzlich eine geschichtete Ladung aufgebaut (insgesamt λ1,2 bis 1,4). Die zweite neue Betriebsart kommt bei hoher Last im gesamten Drehzahlbereich zum Einsatz. Bei ihr werden 95 % der Kraftstoffmenge im Ansaughub zu einem homogenen Gemisch eingespritzt, der Rest erst später zur Stabilisierung der Verbrennung ( λ = 1).
Ergänzt wird die direkte Einspritzung durch eine Mehrfachzündung. Nach dem ersten Funken wird die Spule wieder schnell nachgeladen und ein weiterer Funke abgesetzt. Innerhalb 1 ms sind so bis zu vier Funken möglich, die ein Plasma mit größerer räumlicher Ausdehnung als ein herkömmlicher Zündvorgang erzeugen. Durch gezielte Steuerung der Funken können beispielsweise die Brenndauer für jeden Betriebspunkt angepasst und so die Restgas-Verträglichkeit im Schichtladebetrieb verbessert werden. Mercedes-Benz gibt dafür 2 % Verbrauchseinsparung an, zusammen mit der Piezo-Einspritztechnik sogar 4 %.
V8 nur mit Turboaufladung
Der V8-Motor hingegen wird im gesamten Kennfeld homogen betrieben, nur bei hoher Last kommt die oben beschriebene 95 %-Einspritzung plus nachfolgender stabilisierender Einspritzung zum Einsatz. Der Motor hat pro Zylinderbank einen Turbolader, die zusammen mit dem von 5,5 auf 4,7 l verkleinerten Hubraum und der direkten Einspritzung ein „reinrassiges“ Downsizing-Konzept darstellen. Kein Wunder, dass er im Vergleich zum V8-Vorgänger-Saugmotor 320 statt 285 kW Leistung und 700 statt 530 Nm Drehmoment entwickelt. Der Norm-Kraftstoffverbrauch beispielsweise im CL sinkt künftig dagegen von 12,3 auf 9,5 l/100 km.
Dank der modularen Bauweise kann der V6 später auch aufgeladen werden. Beide Aggregate erlauben auch den Einsatz eines Start-Stopp-Systems, die Kombination mit einem Hybridmodul sowie einem Vierradantrieb. Kurbelgehäuse, Kolben und Zylinderkopf sind jeweils aus Aluminium-Druckguss; Kurbelwelle, Pleuel und Ventile aus Schmiedestahl gefertigt. Die Nockenwellenversteller mit zweistufigem Kettentrieb sind kompakter als bisher und sorgen – neben einem geräuschärmeren Betrieb – für einen kompakteren Zylinderkopf samt Gewichtseinsparung.
Mercedes-Benz hat sich aus schwingungstechnischen Gründen beim neuen V6-Motor für einen 60°-Bankwinkel entschieden. Zu Recht, läuft doch ein Motor mit dieser Konfiguration wesentlich ruhiger als ein V6 mit 90°-Bankwinkel, der in der Regel eine Ausgleichswelle erfordert. Dennoch fertigt Mercedes-Benz beide Aggregate auf einer Montagelinie. Dank vieler einheitlicher Bauteile und höherer Stückzahlen halten sich laut Unternehmen so die Kosten im Rahmen.
Sparsamster Fünfsitzer der Welt
Mit maximal halber Zylinderzahl operiert der neue Dreizylinder-Common Rail-Dieselmotor von VW. Dennoch verzichtet der 1.2 TDI nicht auf technische Finessen und verhilft dem VW Polo „Blue Motion“ mit einem Norm-Kraftstoffverbrauch von nur 3,3 l/100 km (87 g CO2/km) zum Titel „Sparsamster Fünfsitzer der Welt“. Wie bei den alten Pumpedüse-Motoren 1.9 TDI und 1.4 TDI hat Volkswagen den neuen 1,6-l-Vierzylinder-Dieselmotor so konstruiert, dass er auch als fast baugleicher Dreizylindermotor eingesetzt werden kann. Beispielsweise wurden die Einbaulage beibehalten, die Anschlussmaße sowie das Konzept der druckgeregelten Ölpumpe unverändert übernommen. Gleichteile sind zum Beispiel die Kolben, Kolbenringe, Pleuel sowie der Steuer- und Nebentrieb.
Trotz des Hubraum-Downsizings erreicht der 1.2 TDI (55 kW, 180 Nm) die Leistungs- und Drehmomentwerte seines Vorgängers 1.4 TDI. Deutlich besser sind hingegen seine Kraftstoffeffizienz (3,3 statt 3,8 l in der Version Polo Blue Motion) und seine Laufruhe (Common Rail statt Pumpedüse). Technisch setzen die VW-Ingenieure an den gleichen Stellen wie ihre Mercedes-Benz-Kollegen an: weniger Reibleistung und Gewicht, moderne Einspritztechnik und effizientere Nebenaggregate.
Die Einspritztechnik mit Magnetventiltechnik und neuer Hochdruckpumpe stammt von Delphi. Das Einspritzsystem ermöglicht bis zu sechs Einspritzvorgänge pro Verbrennungszyklus und bis zu 1800 bar Einspritzdruck. Zusammen mit einer neuen Luftmengenreglung und der vom 1.6 TDI übernommenen Niedertemperatur-Abgasrückführung erreicht der Motor so die Grenzwerte der EU5-Abgasnorm.
Weniger Reibleistung erreichten die Ingenieure durch viele Detailoptimierungen. Etwa durch einen im Vergleich zum Vorgängermotor geringeren Kolbenhub mit großen Pleuellängen, was zu geringeren Seitenkräften auf die Kolben von Mahle führt. Außerdem liefern die Stuttgarter noch Einlassventile, das Ölfiltermodul und die Zylinderkopfhaube mit Ölnebelabscheidung. Durch die Umstellung von Pumpedüse- auf Common-Rail-Technik verringert sich zudem das Gewicht des Zylinderkopfes, der von Kolbenschmidt Pierburg stammt.
Informationen zum Motorensymposium: Österreichischer Verein für Kraftfahrzeugtechnik; Telefon: +43 1 5852741-0; E-Mail: info@oevk.at
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