mit Schichtbrennverfahren

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1 TITELThEMA Ottomotoren mit Schichtbrennverfahren Die neuen Vier- und Sechszylinder-Ottomotoren von BMW mit Schichtbrennverfahren Nach dem Sechszylinder-Twin-Turbo-Motor mit Homogenbetrieb vorgestellt in der Februar-Ausgabe der MTZ führt BMW mit den neuen Sechs- und Vierzylinder-Saugmotoren mit Schichtbrennverfahren zwei weitere Motoren mit einer Direkteinspritzung der zweiten Generation (High Precision Injection) ein. Das strahlgeführte Brennverfahren eröffnet neue Möglichkeiten zu einer signifikanten Verbrauchsreduzierung sowohl im europäischen Fahrzyklus als auch im realen Kundenbetrieb. BMW verfolgt damit konsequent eine Strategie zur Umsetzung der effizienten Dynamik. 332 MTZ 05I2007 Jahrgang 68

2 1 Einführung Bei der Entwicklung neuer Motoren gehört die gleichzeitige Optimierung von Kraftstoffverbrauch, Leistung und Gewicht zu den klassischen Entwicklungszielen für die Realisierung von effizienter Dynamik, Bild 1. Die Vorstellung des Sechszylinder-Twin- Turbo-Motors mit High Precision Injection und Homogenbetrieb im BMW 335i Coupé [1; 2] stellte den ersten Schritt auf dem Weg zur Einführung einer ganzen Motorenbaureihe mit Direkteinspritzung und strahlgeführtem Brennverfahren dar. In mehreren Fahrzeugmodellen der 1er-, 3er- und 5er- Reihe folgen nun die Sechs- und Vierzylinder-Saugmotoren, Tabelle, die in der Teillast den geschichteten Betrieb nutzen. Mit dem von BMW entwickelten strahlgeführten Brennverfahren kann das theoretische Potenzial zur Verbrauchsreduzierung in weit größerem Umfang genutzt werden, als dies bei den wand- und luftgeführten Brennverfahren der ersten Generation der Fall war. In ihrer jeweiligen Leistungs- und Fahrzeugklasse setzen die neuen Motoren daher den Maßstab beim Kraftstoffverbrauch. So kann beispielsweise mit dem Vierzylindermodell 118i in der kompakten Premiumklasse ein CO 2 -Wert von 140 g/km erreicht werden. 2 Motorkomponenten Das mechanische Grundkonzept des Kurbelgehäuses basiert auf den aktuellen Valvetronic-Motoren. So verfügen die Reihen- Sechszylindermotoren über das bekannte Magnesium-Kurbelgehäuse mit Aluminium-Inserts, die Vierzylindermotoren über ein Aluminium-Gehäuse. Auf die wichtigsten Motorkomponenten, die von der Umstellung auf Direkteinspritzung mit Schichtbetrieb betroffen sind, soll nachfolgend näher eingegangen werden. 2.1 Externe Abgasrückführung (AGR) Zusätzlich zur internen Abgasrückführung über die Ventilsteuerzeiten wird im Schichtbetrieb zur Reduzierung der NO x -Emissionen eine externe Abgasrückführung verwendet. Bei den Sechszylindermotoren wird das Abgas nach dem motornahen Katalysator der Bank 2 (Zylinder 4 bis 6) entnommen. Das AGR-Rohr führt entlang der Motorstirnseite zum wassergekühlten AGR-Ventil unterhalb der Sauganlage. Die AGR-Einleitung erfolgt direkt gegenüber der Drosselklappe. Bei den Vierzylindermotoren befindet sich das AGR-Ventil am Zylinderkopf an der Motorstirnseite. 2.2 Kraftstoffsystem Das neue Kraftstoffsystem, Bild 2, besteht aus einem konventionellen Niederdruckteil mit einem Systemdruck von 5 bar und dem Hochdruckteil. Die Hochdruckpumpe wird über ein Mengensteuerventil angesteuert und verdichtet damit nur die jeweils tatsächlich benötigte Kraftstoffmenge bis zum gewünschten Einspritzdruck von bis zu 200 bar. Sie steht in Verbindung mit dem Kraftstoff-Rail, das den Hochdrucksensor enthält. Von dort aus zweigen die einzelnen Hochdruckleitungen zu den Injektoren ab. Der vom Twin-Turbo-Sechszylindermotor bereits bekannte Piezo-Injektor enthält eine vom Piezo-Element angesteuerte nach außen öffnende Nadel. Bei der Öffnung gibt sie einen Ringspalt frei, wodurch ein hohlkegelförmiger Einspritzstrahl mit aus- Die Autoren Dr.-Ing. Christian Schwarz ist Abteilungsleiter Simulation und Versuch Ladungswechsel und Verbrennung bei der BMW AG, München. Dipl.-Ing. Stephan Missy ist Abteilungsleiter Funktionen DI-Reihenmotoren bei der BMW AG. Dipl.-Ing. Helmut Steyer ist Abteilungsleiter Technik Vierzylinder-Ottomotoren bei der BMW AG. Dr.-Ing. Bodo Durst ist Teamleiter CAE Verbrennung bei der BMW AG. Dr.-Ing. Erik Schünemann ist Teamleiter Versuch Verbrennung bei der BMW AG. Dr. rer. nat. Wolfgang Kern ist Entwicklungsingenieur CAE Verbrennung bei der BMW AG. Dr. techn. Andreas Witt ist Entwicklungsingenieur Versuch Verbrennung bei der BMW AG. Bild 1: BMW effiziente Dynamik Figure 1: BMW efficient dynamics MTZ 05I2007 Jahrgang

3 Titelthema Ottomotoren mit Schichtbrennverfahren Tabelle: Technische Daten der BMW Motoren mit Direkteinspritzung der zweiten Generation und Schichtladung Table: Technical data of the BMW engines with 2nd generation direct injection and stratified charge Bauart R6 R6 R6 R4 R4 Hub 88 mm 88 mm 78,8 mm 90 mm 90 mm Bohrung 85 mm 85 mm 82 mm 84 mm 84 mm Hub/Bohrung 1,035 1,035 0,961 1,071 1,071 Hubvolumen 2,996 l 2,996 l 2,497 l 1,995 l 1,995 l Verdichtungsverhältnis 12 Zylinderabstand 91 mm Ventile pro Zylinder 4 Brennverfahren BMW DI 2. Generation spraygeführt Kurbelgehäuse Ventiltrieb Sauganlage Magnesiumkurbelgehäuse mit Aluminium-Insert, Zylinderlauffläche Alusil Resonanzsauganlage 3-stufig Resonanzsauganlage ohne Variabilitäten Rollenschlepphebel, Doppel-VANOS Resonanzsauganlage 2-stufig Motorsteuerung Digitale Motorsteuerung MSD 80 Gemischaufbereitung High Precision Injection Zündung Einzelzündspulen, Gleitfunken-Zündkerzen Abgassystem Einzelrohrkrümmer mit Leichtbauflansch, 2 motornahe 3-Wege-Katalysatoren und 2 NO x -Speicherkatalysatoren Aluminiumkurbelgehäuse mit Graugusslinern Schaltsaugrohr 2-stufig Ohne Variabilitäten Einzelrohrkrümmer mit Leichtbauflansch, 2 motornahe 3-Wege-Katalysatoren und 1 NO x -Speicherkatalysator Kühlung Elektrische Kühlmittelpumpe, Kennfeldthermostat Kraftstoff ROZ98-91 Emissionierung EU4 Effektive Leistung [kw] bei Drehzahl [1/min] Effektives Drehmoment [Nm] bei Drehzahl [1/min] geprägtem Rezirkulationswirbel am Strahlrand entsteht. Zum Ausgleich der unterschiedlichen thermischen Ausdehnung des Injektorgehäuses und des Piezo-Stacks dient der thermische Kompensator, der über alle im Betrieb vorkommenden Injektortemperaturen konstanten Nadelhub sicherstellt. Der Piezo-Injektor ermöglicht ein extrem schnelles Öffnen und Schließen der Nadel und schafft damit die Voraussetzung für mehrere, unmittelbar nacheinander ausgeführte Einspritzimpulse mit sehr kurzen Pausenzeiten zwischen den einzelnen Einspritzungen. Auch ein Betrieb mit reduziertem Nadelhub lässt sich realisieren. Für das Schichtbrennverfahren kann damit eine hochflexible Einspritzstrategie verwirklicht werden. Bild 2: Komponenten des Hochdruckeinspritzsystems Figure 2: Components of the high-pressure injection system 2.3 Brennraum Für die Darstellung eines spraygeführten Brennverfahrens werden die Piezo-Injektoren in zentraler Lage im Zylinderkopf mit leichter Neigung zur Einlassseite verbaut, Bild 3. Die Zündkerze befindet sich leicht zur Auslassseite versetzt unmittelbar neben dem Injektor und erreicht mit ihren Elektroden das Rezirkulationsgebiet mit zündfähigem Gemisch unmittelbar am Rand des kegelförmigen Einspritzstrahls. Die Kolbenmulde wurde so ausgelegt, dass sie im Schichtbetrieb den eingespritzten Kraftstoff vollständig umfasst und eine Benetzung der Kolbenkrone sicher verhindert wird. Bei der Einspritzung während der Kompressionsphase wird aufgrund der reduzierten Sprayeindringtiefe bei hohem Zylinderdruck der Muldenboden nur mini- 334 MTZ 05I2007 Jahrgang 68

4 mal benetzt. Im Gegensatz zu den wandund luftgeführten DI-Brennverfahren der ersten Generation sind damit die Voraussetzungen für eine deutliche Reduzierung der HC-Emissionen geschaffen. Da das strahlgeführte Brennverfahren nicht auf eine ausgeprägte Tumbleströmung angewiesen ist, konnten die Einlasskanäle als Füllkanäle zur Optimierung des Volllastverhaltens ausgelegt werden. Bild 3: Schnitt durch den Brennraum des 3-l-Sechszylindermotors Figure 3: Section through the combustion chamber of the 3 l six-cylinder engine 2.4 Optimierung der Nebenaggregate Im Rahmen zusätzlicher Maßnahmen zur CO 2 -Reduzierung werden einige Nebenaggregate hinsichtlich der erforderlichen Antriebsleistung optimiert. So erhält der Klimakompressor eine zusätzliche Kupplung, um ihn vom Riementrieb vollständig abkoppeln zu können, wenn kein Klimatisierungsbedarf besteht. Eine große Zahl von Fahrzeugvarianten wird mit einer elektrischen Lenkhilfeunterstützung ausgerüstet werden, wodurch bei Geradeausfahrt der Energiebedarf für den hydraulischem Druckaufbau entfällt. Die bereits vom Valvetronic- Sechszylindermotor bekannte elektrische Kühlmittelpumpe wird auch bei den neuen Motoren mit Direkteinspritzung eingesetzt. 3 Brennverfahren Bild 4: Ladungswechselschleife und Verlustteilung im Betriebspunkt 2000/min, w e =0,2 kj/dm 3 Figure 4: Charge cycle loop and loss ditributin at the operating point 2000 rpm, w e =0,2 kj/dm Thermodynamische Eigenschaften Der geschichtete Betrieb mit hohem Luftüberschuss stellt beim Ottomotor die wirkungsvollste Einzelmaßnahme zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs im Teillastbetrieb dar. Aufgrund der Laststeuerung durch eine Qualitätsregelung kann der Motor in der Teillast weitgehend ungedrosselt betrieben werden. Die Ladungswechselverluste können somit auf ein sehr geringes Maß reduziert werden, Bild 4. Weitere Wirkungsgradvorteile können durch den Betrieb mit Luftüberschuss im Hochdruckprozess erschlossen werden. Der Idealprozess des vollkommenen Motors erreicht deutlich höhere Wirkungsgrade als bei stöchiometrischen Brennverfahren, da die spezifische Wärmekapazität des Arbeitsgases aufgrund der niedrigeren Spitzentemperaturen sowie des anteilig geringeren Stoffwerteeinflusses des unverbrannten Kraftstoffs reduziert und somit der Isentropenkoeffizient erhöht wird. In welchem Maß diese Wirkungsgradvorteile des Idealprozesses auch im realen Hochdruckprozess verwirklicht werden können, hängt entscheidend vom Umsetzungsgrad (also den CO- und HC-Emissionen) und einer möglichst thermodynamisch optimalen Schwerpunktlage der Verbrennung ab. MTZ 05I2007 Jahrgang

5 Titelthema Ottomotoren mit Schichtbrennverfahren Da sich insbesondere die wandgeführten DI-Brennverfahren der ersten Generation durch hohe HC-Emissionen in Folge der unvermeidlichen Kraftstoffbenetzung an der Kolbenoberfläche auszeichneten, konnte ein Teil des theoretischen Verbrauchspotenzials im Hochdruckprozess nicht genutzt werden. Ein wesentlicher Wirkungsgradvorteil des vorgestellten strahlgeführten Brennverfahrens besteht folglich darin, die Kraftstoffbenetzung der Brennraumoberflächen auf ein Minimum zu reduzieren, da die Gemischbildung im Rezirkulationswirbel am Rand des Einspritzstrahls stattfindet, nicht jedoch durch die Kraftstoffumlenkung an der Kolbenoberfläche, Bild 5. Bild 5: HC-Emissionen bei verschiedenen Brennverfahren im Betriebspunkt 2000/min, w e =0,2 kj/dm 3 Figure 5: HC emissions of different combustion processes at the operating point 2000 rpm, w e =0,2 kj/dm 3 Bild 6: Sprayaufnahmen in der Hochdruck-/Hochtemperaturkammer sowie am optischen Motor Figure 6: Spray images in the high pressure/high temperature chamber as well as in the visual engine 3.2 Sprayeigenschaften und Gemischbildung Die praktische Realisierbarkeit eines strahlgeführten Brennverfahrens wurde zwar in der Forschung bereits sehr früh untersucht, noch bevor die ersten wandgeführten Systeme in Serie gingen. Die Umsetzbarkeit scheiterte jedoch an der damals verfügbaren Injektortechnologie. Wesentliche Anforderungen an die Sprayeigenschaften, die für die Reproduzierbarkeit eines zündfähigen Gemisches am Zündort am Strahlrand unerlässlich sind, konnten damit nicht erfüllt werden. Dazu zählen die Unempfindlichkeit des Spraykegels gegen hohen Gegendruck und hohe Gastemperaturen, wie sie bei dem erwünschten sehr späten Einspritzzeitpunkt auftreten. Auch eine erhöhte Ladungsbewegung bei steigender Motordrehzahl darf die Stabilität und Reproduzierbarkeit des Sprays von Arbeitsspiel zu Arbeitsspiel nicht negativ beeinflussen, um das Schichtkennfeld auch zu höheren Motordrehzahlen ausdehnen zu können. Erst mit außenöffnenden Piezo-Injektoren wurden die Grundlagen geschaffen, die oben genannten Anforderungen an das Sprayverhalten zu erfüllen. In gemeinsamen Entwicklungsaktivitäten mit dem Entwicklungspartner Siemens VDO gelang es, gezielt die Einflussfaktoren auf die gewünschten Sprayeigenschaften herauszuarbeiten und ein für das Brennverfahren geeignetes Sprayverhalten des Injektors zu entwickeln. Grundlage hierfür ist der gemeinsame Einsatz von CAE-Simulation der Injektor- und Brennrauminnenströmung, optischer Untersuchungsmethoden in Einspritzkammern sowie am optischen Motor (zum Beispiel Mie, LIF, Highspeed-Visualisierung), klassischer Prüfstands- und Indiziermesstechnik sowie von Sondermesstechnikverfahren wie Fast FID oder Zündfunkenemissionsspektroskopie. 336 MTZ 05I2007 Jahrgang 68

6 Die Sprayaufnahmen in der Hochdruck-/ Hochtemperaturkammer, Bild 6, zeigen, dass der Spraykegelwinkel sowohl bei Einspritzung in Umgebungsbedingungen als auch bei motorähnlichen Randbedingungen für späte Einspritzlage (18 bar/400 C) nahezu konstant bleibt. Nur die Eindringtiefe ändert sich aufgrund der unterschiedlichen Dichte der Luft. Dieses Verhalten lässt sich von Einspritzung zu Einspritzung stabil reproduzieren. Am Strahlrand bildet sich ein Rezirkulationswirbel aus, an dem sich ein zündfähiges Luft-/Kraftstoff-Gemisch einstellt, wodurch die erforderliche lokale Zuordnung von Zündkerze und Injektor festgelegt wird. Die Ansicht des Sprays von unten zeigt eine auf das Spray stabilisierend wirkende strähnige Struktur, die durch die Konstruktion der Düseninnengeometrie entsteht. Die Aufnahmen in der Einspritzkammer entsprechen der Kraftstoffeinspritzung in ruhende Luft ohne zusätzliche motorische Ladungsbewegung. Zusätzlich zeigt Bild 6 ein Einzelbild aus einer Videosequenz am optischen Motor. Auch unter motorischen Randbedingungen mit unterschiedlichen Drehzahlen bestätigt sich hierbei die Stabilität des Sprays von Zyklus zu Zyklus. Im hier gezeigten Beispiel einer Mehrfacheinspritzung werden die einzelnen Einspritzimpulse mit sehr kurzem zeitlichen Abstand hintereinander abgesetzt. Bereits die erste Einspritzung hinterläßt zündfähiges Gemisch an der Zündkerze, die zweite Einspritzung sorgt für eine zusätzliche Stabilisierung. Der rasche zeitliche Ablauf mehrerer Einspritzungen ist in dieser Form nur mit einer Piezoansteuerung möglich und eröffnet dem Brennverfahrensentwickler ein hohes Maß an Gestaltungsfreiheit für die Einspritzstrategie, was sich insbesondere für die Ausweitung des Schichtkennfeldes positiv auswirkt. 3.3 Zündsystem Der erfolgreiche Einsatz eines spraygeführten Brennverfahrens erfordert ein robustes, leistungsfähiges Zündsystem. Die Zündkerze befindet sich aufgrund ihrer Position am Strahlrand in unmittelbarer Nähe des Sprays und unterliegt damit einer potenziellen Belastung durch starke Temperaturwechsel und Ablagerungsbildung am Isolator und den Elektroden. Um die Gefahr von Verbrennungsaussetzern durch elektrischen Nebenschluss auszuschließen, bietet sich der Einsatz einer Gleitfunkenzündkerze mit hoher Selbstreinigungsfähigkeit an, die durch gezielte Folgefunken unterstützt wird. Die erforderliche Zündenergie liefert eine Hochenergie-Stabzündspule, die auch unter ungünstigen Randbedingungen genügend Reserven bereithält. Bei der gezielten Detailentwicklung des Zündkerzenelektrodendesigns konnte die CFD-Simulation einen wertvollen Beitrag leisten. Bild 7 zeigt in der linken Bildhälfte die Strömungsverhältnisse im Brennraum zwischen dem Isolator und der Massenelektrode sowie eine Hochgeschwindigkeitsaufnahme der Zündfunkenauslenkung an der Basiszündkerze. Die Situation konnte in einer optimierten Variante (rechte Bildhälfte) sichtbar verbessert werden, da die Strömung nun zwischen Massenelektrode und Isolator nach unten in den Brennraum verläuft und den Zündfunken deutlich stärker zum Brennraum auslenkt.

7 Titelthema Ottomotoren mit Schichtbrennverfahren Bild 7: Einfluss der Zündkerzenelektrodengestaltung auf die lokale Strömung und die Auslenkung des Zündfunkens Figure 7: Influence of the spark electrode geometry on local flow conditions and deflection of the ignition spark 4 Ergebnisse 4.1 Verbrauchskennfeld Anhand des Verbrauchskennfeldes des 3-l- Sechszylindermotors, Bild 8, lassen sich die Verbrauchsvorteile des strahlgeführten BMW DI-Brennverfahrens demonstrieren. Da das Schichtkennfeld gegenüber wand-/ luftgeführten Verfahren deutlich erweitert wurde, kann im sechsten Gang bis etwa 160 km/h der klassische Schichtbetrieb genutzt werden. Jenseits der oberen Lastgrenze des Schichtkennfeldes schließt sich zur optimalen Nutzung der Verbrauchsvorteile ein weiterer Kennfeldbereich mit Luftüberschuss an. Die dazu nötige Gemischverteilung wird durch Einspritzung in den Saugund Kompressionshub erreicht. In Bild 8 werden die erreichbaren Verbrauchsvorteile einiger ausgewählter Lastpunkte gezeigt. Im Vergleichspunkt 2000/ min/w e =0,2 kj/l erreicht der Sechszylindermotor mit 295 g/kwh einen um zirka 14 % reduzierten Kraftstoffverbrauch gegenüber dem bereits sehr effizienten Valvetronic- Vergleichsmotor und unterbietet damit konventionelle, gedrosselte Ottomotoren um deutlich mehr als 20 %. Aber auch andere Betriebspunkte bei höherer Drehzahl und Last zeigen, dass mit diesem Motor auch bei höheren Geschwindigkeiten im realen Kundenbetrieb spürbare Verbrauchsvorteile möglich sind. 4.2 Emissionen Wie bei Motoren mit geschichtetem Brennverfahren üblich, werden zur Abgasreinigung bei Luftüberschuss ein beziehungsweise zwei NO x -Speicherkatalysatoren zusätzlich zu den motornahen Drei-Wege-Katalysatoren eingesetzt, Bild 9. Es gilt, deren erforderliche Regenerierungsphasen mit kurzzeitigem fettem Homogenbetrieb möglichst Bild 8: Verbrauchskennfeld, Betriebsarten und Verbrauchsverbesserung in ausgewählten Betriebspunkten beim 3-l-Sechszylindermotor Figure 8: Consumption map, operating modes and consumption improvements at selected operating points of the 3 l six-cylinder engine Bild 9: Aufbau der Abgasanlage Figure 9: Exhaust system design 338 MTZ 05I2007 Jahrgang 68

8 Bild 10: Emissionsmaßnahmen im europäischen Fahrzyklus Figure 10: Emission measures in the European driving cycle so abzustimmen, dass der kundenrelevante Kraftstoffverbrauchsvorteil so wenig wie möglich reduziert wird. Mit einer entsprechenden Strategie, Bild 10, konnte n der verbrauchserhöhende Einfluss aller Emissionsmaßnahmen im europäischen Fahrzyklus auf zirka 4 % begrenzt und die EU4-Grenzwerte sicher unterschritten werden. Nach dem Kat-Heizen schließt sich die Warmlaufphase im Homogenbetrieb an. Der größte Teil des Tests wird im verbrauchsoptimalen Schichtbetrieb absolviert, der nur kurzzeitig durch Regenerationen des Speicherkatalysators unterbrochen wird. 4.3 Volllast und Ansprechverhalten In Bild 11 werden beispielhaft die Drehmomentkurven der jeweiligen Top-Varianten der Sechs- und Vierzylindermotoren dargestellt. Sie zeichnen sich durch ein besonders breites, gut nutzbares Drehzahlband und einen fülligen Verlauf aus, an dem die konsequente strömungstechnische Optimierung aller ladungswechselrelevanten Bauteile sowie die Variabilitäten im Ansaugsystem (mehrstufig schaltbare Sauganlagen) und im Ventiltrieb (Doppel-VANOS) entscheidenden Anteil haben. Zum besonders spontanen Fahreindruck im Alltag trägt nicht nur der stationäre Drehmomentverlauf bei, sondern auch das ausgeprägte Drehvermögen bis 7000/min sowie das ausgezeichnete Ansprechverhalten. Beim Übergang in die Volllast aus dem geschichteten, nahezu ungedrosselten Teillastbetrieb heraus muss nicht erst der Saugrohrdruck aufgebaut werden. Das Wunschdrehmoment kann nahezu verzögerungsfrei eingestellt werden, Bild 12. MTZ 05I2007 Jahrgang

9 Titelthema Ottomotoren mit Schichtbrennverfahren Bild 11: Drehmomentverlauf der Sechs- und Vierzylinder-Topvarianten Figure 11: Torque progression of the six- and four-cylinder top variants Fahrleistungen und Verbrauch gleichzeitig gegenüber den jeweiligen Vorgänger-Motorisierungen verbessert werden, Bild 13. Besonderer Wert wurde bei der Entwicklung darauf gelegt, dass die Verbrauchsvorteile auch im realen Kundenbetrieb erlebbar werden. Zu den Verbrauchsverbesserungen tragen neben dem Brennverfahren auch zusätzliche CO 2 -Maßnahmen bei. Hierzu gehören Maßnahmen zur Verkürzung des Warmlaufs, ein intelligenter Generatorregler, der in den Brems- und Schubphasen Bremsenergie zurückgewinnt und dem Bordnetz zur Verfügung stellt, sowie bei den Vierzylindermotoren die neue Auto-Start-Stopp-Funktion, die sich naturgemäß besonders positiv auf den Kraftstoffverbrauch im Stadtverkehr auswirkt. Mit einem Testverbrauch von 5,9 l/ 100 km im europäischen Fahrzyklus, entsprechend einem CO 2 -Wert von 140 g/km, setzt dabei der 118i als besonders verbrauchsorientierte Variante in seiner Leistungs- und Fahrzeugklasse neue Maßstäbe. Die Sechszylinder-Motoren profilieren sich mit souveränen Fahrleistungen und hervorragender Laufkultur bei sehr hoher Wirtschaftlichkeit bezogen auf ihr Leistungsangebot. 5 Zusammenfassung und Ausblick Bild 12: Drehmomentaufbau beim Lastsprung von w i =0,2 kj/l auf 0,6 kj/l bei n=1500/min Figure 12: Torque build-up at load boost from w i =0,2 kj/l to 0,6 kj/l at n=1500 rpm Die vorgestellten neuen Motoren mit High Precision Injection werden künftig in wichtigen Volumenmodellen eingesetzt. Sie tragen damit signifikant zur weiteren CO 2 -Reduzierung bei und bieten gleichzeitig die BMW typische Dynamik. Die damit erzielbaren Verbrauchswerte unterbieten die ohnehin sehr wirtschaftlichen Valvetronic- Motoren noch einmal spürbar und stellen im Wettbewerbsumfeld konventioneller Ottomotoren dieser Leistungsklasse die absolute Spitzenposition dar. Damit wurde es möglich, mit dem BMW 530i CO 2 -Emissionen zu realisieren, die ähnlich niedrig liegen wie beim deutlich leichteren 120i mit dessen Vorgänger-Motor. Hinsichtlich der spezifischen Werte für Leistung und Drehmoment nehmen die neuen Motoren eine Spitzenstellung unter den vergleichbaren Saugmotoren im Wettbewerbsumfeld ein. Download des Beitrags online unter I Download this article online at W O R L D W I D E For an English version of this article, see MTZ Worldwide. 4.4 Fahrleistungen und Verbrauch Bei der Korrelation zwischen Fahrleistungen einerseits (also Beschleunigung oder Elastizität) und Kraftstoffverbrauch andererseits (im europäischen Fahrzyklus oder in kundennahen Fahrzyklen) kann bei Saugmotoren normalerweise nur jeweils eine Komponente zu Lasten der anderen optimiert werden, etwa durch eine Betriebspunktverlagerung im Motorkennfeld. Mit den hier vorgestellten neuen Motoren mit High Precision Injection konnten hingegen Literaturhinweise [1] Welter, A. et al.: Der neue aufgeladene BMW Reihen- Sechszylinder-Ottomotor. In: MTZ 68 (2007), Nr. 2, S. 80ff. [2] Luttermann, C.; Missy, S.; Schwarz, C.; Klauer, N.: High Precision Injection in Verbindung mit Aufladung am Beispiel des neuen BMW Twin Turbo Ottomotors. 15. Aachener Kolloquium Fahrzeug- und Motorentechnik 2006 [3] Fröhlich, K.; Borgmann, K.; Liebl, J.: Potenziale zukünftiger Verbrauchstechnologien, Wiener Motorensymposium, 2003 [4] Hübner, W.; Witt, A.; Hoss, B.; Albrecht, T.; Durst, B.; Abdelfattah, A.: Methodeneinsatz bei der Entwicklung eines weiterführenden DI-Brennverfahrens. Haus der Technik, Erschienen in: Direkteinspritzung im Ottomotor IV, Expert-Verlag, MTZ 05I2007 Jahrgang 68

10 Bild 13: Verbrauch und Fahrleistungen in ausgesuchten Fahrzeugmodellen Figure 13: Fuel consumption and performance in selected vehicle models [5] Bacher, H.; Hübner, W.; Witt, A.: Potenziale und Herausforderungen des strahlgeführten DI-Brennverfahrens. Haus der Technik, Erschienen in: Menne, R. J.; Brinckmann, B.: Strahlgeführte Verbrennungssysteme, Expert-Verlag, 2004 [6] Schwarz, C.; Schünemann, E.; Witt, A.: Potentials of the Spray Guided BMW DI Combustion System. SAE- Tagung, Detroit, 2006 [7] Fischer, J.; Kern, W.; Unterweger, G.; Witt, A.; Durst, B.; Schünemann, E.; Schwarz, C.: Methodeneinsatz bei der Entwicklung des spraygeführten BMW DI-Brennverfahrens. 7. internationales Symposium für Verbrennungsdiagnostik, Baden- Baden, 2006 [8] Kern, W.; Durst, B.; Schünemann, E.; Schwarz, C.: Das BMW High Precision Injection Brennverfahren als wichtiger Baustein der Effizienten Dynamik. 8. Tagung Motorische Verbrennung vom Haus der Technik München, 2007