Die neuen Diesel Spitzenmotorisierungen. von BMW. Anna Gapeeva und Karen Mehrens Die neuen Diesel Spitzenmotorisierungen von BMW

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1 Die neuen Diesel Spitzenmotorisierungen von BMW Anna Gapeeva und Karen Mehrens

2 Entwicklung der Leistungsdichte 2004: Erstmals 2-stufig aufgeladene 6-Zylinder PKW-Dieselmotoren Steigerung der Leistung ohne den Hubraum zu vergrößern niedriger Kraftstoffverbrauch

3 Schlüsseltechnologien zur Leistungssteigerung Allgemein: Aufladung Einspritztechnik thermodynamische Robustheit des Motors Konkret: 2-Stufige Aufladung im nahezu gesamten Motorkennfeld Indirekte Ladeluftkühlung mit Zwischenkühlung zw. ND- und HD- Stufe Druckgesteigertes Common-Rail- Einspritzsystem Triebwerksauslegung für erhöhte maximale Zylinderdrücke

4 Randbedingungen Ziel: Aufbau des neuen BMW 3.0l 6-Zylinder Dieselmotors auf den BMW 6- Zylinder-Diesel-Basismotor Anpassung an höhere Lade- und Zylinderdrücke basiert auf 3.0l BMW Baukasten Integration in bestehenden Fertigungsprozess Hub, Bohrung, Zylinderabstand identisch einheitliches Zylindervolumen von 499 cm³ 6 Zylinder-Motor 2993 cm³ 3.0l Leistungsvermögen wie 8-Zylinder Dieselmotoren von Wettbewerbern Leichtbau Verdichtungsverhältnis: 16 Zündruckverträglichkeit bis 200bar

5 Zylinderkurbelgehäuse Voll-Aluminium Zylinderkurbelgehäuse Abänderung durch Werkstoff- und Gestaltungsmaßnahmen Werkstoff: AlSi7MgCu0,5 mit Wärmebehandlung und HIP +12% Bauteilfestigkeit Zugankerbolzen Vorspannkräfte der Zylinderkopfund Hauptlagerschrauben zu erhöhen

6 Zylinderkurbelgehäuse Zweite Steg-Kühlungsbohrung ausreichende Wärmeabfuhr zu gewährleisten Stegtemperaturreduktion bis zu 27 C 42 kg optimiertes Bauteilgewicht + 2,5 kg Gewicht im Vergleich zum Basismotor - 20 % gegenüber 6-Zylinder Kürbelgehäuse der Wettbewerber

7 Kurbeltrieb nur 4 Gegengewichte Gewichtsersparnis höherwertiger Werkstoff 44MnSiVS6 Hauptlager: Verkleinerung der Ölversorgungsnut Öldurchsatzreduktion

8 Kurbeltrieb Pleuel: Stichmaßreduktion und geometrische Anpassung besseren Krafteinleitung Kolben: Aluminium-Gusskolben Vorteile bei Akustik, Kosten und Ölangebot Erhöhung der Kompressionshöhe Einsatz von Nabenbuchsen

9 Zylinderkopfhaube mit Ölabscheidesystem Ölabscheidesystem: Multi-Flaps zur Feinabscheidung Anzahl erhöht höhere Flexibilität auch sehr kleine Partikel ( < 0,8 μm) könne abgeschieden werden Öffnungs-/Abscheidecharakteristik angepasst

10 Aufladesystem 2-stufiges Aufladesystem 3 Abgasturbolader (2 x HD und 1 x ND)

11 Aufladesystem Ziel: Abgasenthalpie mit möglichst großem Wirkungsgrad Abgaskrümmer: Strömungsverluste minimieren (trotz kompaktem Bauraum) Geometrieoptimierung mittels CFD (numerische Strömungssimulation) kritisches Spannungsfeld von Temperaturen bzw. thermomechanischem Einfluss Geometrieanpassung an lokal hochbeanspruchten Zonen mittels TMF (Thermomechanische Schädigungsrechnung)

12 Einspritzsystem Common-Rail-Einspritzsystem Systemdruck von 2200bar 2-Stempel Triebwerk der HD-Pumpe höhere Systemdrücke druckgesteigerte Piezo-Injektoren optimiert: Schaltventil und Düse (Emissionen, Verbrauch, hohe Leistungsdichte) Material- und Herstellungsprozessverbesserungen der Hochdruck- Leitungen (Schmiedeteil)

13 AGR-System Kompakt Plattenbauweise mit WavyFin Kühlmittelversorgung über motoreigenen Kühlkreislauf

14 Ansaugluftsystem Luftmassendurchsätze bis 1400 kg/h Rohrluftansaugung 2-flutig oberhalb des Kühlmodules Ansauggeräuschdämpfer mit Luftfilter

15 Indirekte Ladeluftkühlung

16 Kühlmodul Kühlung der Ladeluft: Niedertemperatur- Kühlmittelkühler Kühlung des Motors: Haupt-Kühlmittelkühler

17 Abgasanlage Niedriger Abgasendruck Motornahe Anordnung EU6 Akustik, Wärmemanagement Optimierung Bauteilgewicht

18 NOx-Speicherkatalysator Kat und DPF in einem Gehäuse Dieselpartikelfilter aus SiC In Strömungsrichtung zonierte katalytische Beschichtung Akustisch-thermische Isolation aus Vlies mit Metallfolie

19 Abgasanlage Vorschalldämpfer sowie Nachschalldämpfer links und rechts Wandstärke von Röhren bzw. Schalldämpfern auf 1,5 mm reduziert

20 Betriebsmodi Aufladung 2-stufige Aufladung 2-fache Ladeluftkühlung Ladedrücke bis 4 bar (abs) 1400 kg/h

21 Reibleistung

22 Leistung und Drehmoment

23 Fahrleistungen und Kraftstoffverbrauch

24 Emissionen

25 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!