[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Die neuen BMW V-Motoren
Johannes Liebl, Jens Tischer,
Johann Schopp, Erhard Otto
Zusammenfassung
BMW stellt für die bestehende 5er und
7er Fahrzeugbaureihe überarbeitete V8-
und V12-Antriebe vor. Die Ergebnisse
der Überarbeitungen sind niedrige
Abgasemissionen, eine Senkung des
Kraftstoffverbrauchs, eine Minderung
der Schallemission und die Sicherstel-
lung des hohen Fahrleistungsniveaus
in den zugehörigen Fahrzeugen. Eine
weiter verbesserte Wirtschaftlichkeit wird
zusätzlich durch eine Verlängerung der
Wartungsintervalle erreicht. Für dieses
Ziel kommen moderne Technikkompo-
nenten zum Einsatz, dazu gehören eine
vollvariable Nockenwellenverstellung auf
der Einlaßseite beim V8-Motor, ein
flüssigkeitsgekühlter Generator, ein
Getriebeöl-Wasserwärmetauscher und
zukunftsweisende Abgasnachbehand-
lungstechnik. Weltweit erstmalig wird
beim V12-Motor eine Abgaskonverter-
technik mit HC-Adsorber und elektrisch
beheizbarem Katalysator eingesetzt.
Der V8-Motor setzt für niedrigste Kalt-
startemissionen ein Vorkatalysatorsystem
ein. Mit diesen Systemen sind die
Antriebe auch für die weiteren Verschär-
fungen der Abgasgesetzgebungen
über die Jahrtausendwende hinaus
vorbereitet.
Abb. 1: BMW V8- und V12-Motor
1. Entwicklungsziele
Bei der Überarbeitung der V-Motoren für
die BMW 5er und 7er Baureihe standen
die folgenden Entwicklungsziele im
Vordergrund:
• Drehmomentanhebung bei niedrigen
Drehzahlen beim V8-Motor für die
Sicherstellung souveräner Leistungs-
und Drehmomentreserven.
• Vorzeitige Erfüllung der Emissionstufe
EU III.
• Vorbereitung auf die europäischen On-
Bord-Diagnoseanforderungen (EOBD).
• Erfüllung der nationalen Steuerförde-
rung nach D4 Emissionsanforderungen.
• Zertifizierung der Emissionstufe LEV in
USA.
Die neuen BMW V-Motoren
2
• Weitere Senkung des Kraftstoff-
verbrauchs.
• Weitere Verbesserung der Motorakustik
und des Komforts.
• Erhöhung des elektrischen Energiean-
gebots für steigende Komfortansprüche.
• Verlängerung der Wartungsintervalle
auf 20000 bis 25000 km.
• Steigerung der Produktqualität.
(
Abb. 1
). Die wesentlichen Änderungen
sind:
• Integration eines stufenlos geregelten
Einlaßnockenwellenphasenstellers
beim V8-Motor in die beiden Zylinder-
köpfe (Einlaß VANOS).
• Integration eines flüssigkeitsgekühlten
Generators (Kompakt F-Generator) an
die beiden Kurbelgehäusevarianten V8
und V12.
• Neue Abgasanlagen mit Vor- und
Hauptkatalysatoren für die V8-Motoren.
• Neue V12-Abgasanlage mit einer
Kombination aus HC-Adsorber, E-Kat
und 3 Wege-Hauptkatalysator im
Unterbodenbereich des Fahrzeugs.
• Einsatz von Getriebeöl-Wasser-Wärme-
tauschern.
2. Konstruktive Gestaltung
Nach der letzten Überarbeitung der
Motoren bestand kein Zwang für größere
Grundmotoränderungen. Zur Erfüllung
der oben genannten Entwicklungsziele
wurden deshalb technische Details und
Aggregate neu- oder weiterentwickelt
Abb. 2: Längs und Querschnitt des BMW V12-Motors
• Übernahme des Kennfeldthermostaten
aus dem V8- auch für den V12-Motor.
• Umsetzung eines rücklauflosen Kraft-
stoffsystems.
• Einsatz einer drehmomentbasierten
Motorsteuerung beim V8-Motor
(Bosch ME7).
Die Längs- und Querschnitte durch die
neuen BMW V-Motoren zeigen
Abb. 2
und
Abb. 3
. Die Hauptabmessungen beider
Motorbaureihen sind in
Abb. 4
zusammen-
gefaßt.
Abb.3: Kettentrieb des BMWV8-Motors Variante
 Die neuen BMW V-Motoren
3
Abb. 4: Hauptabmessungen und technische Daten der neuen BMW V-Motoren
Die neuen BMW V-Motoren
4
2.1 Kurbelgehäuse und Triebwerk
Die Grundabmessungen derTriebwerke
wurden für alle V-Motorvarianten beibe-
halten (
Abb. 4
). Der neue flüssigkeits-
gekühlte Kompakt-F-Generator wurde in
den Räderkastendeckel des V8-Motors
integriert. Das notwendige Kühlmittel
wird von der Wasserpumpe über den
neu gestalteten Räderkastendeckel zum
Generator geführt (Abb. 5). Der Kühlmit-
telrückfluß erfolgt über eine Schlauch-
verbindung. Durch diese Integration
konnte die Anzahl der zusätzlichen
Dichtstellen minimiert werden.
Beim 12-Zylindermotor wurde der Kom-
pakt-F-Generator dagegen über eine
Trägerplatte an das Alusil-Kurbelgehäuse
angeflanscht. Die Kühlmittelzufuhr und
-abfuhr erfolgt hier über Schlauchverbin-
dungen.
Die V8- und V12 Kurbelgehäuserohteile
werden aus dem Werkstoff Alusil gegos-
sen.
Abb. 5: Integration des Kompakt-F-Generators in den Grundmotor der neuen BMW V-Motoren
2.2 Zylinderkopf
Der Zylinderkopf des V12-Motors wurde
unverändert übernommen, während in
den V8-Zylinderkopf eine Nockenwellen-
verstelleinheit der Fa. INA für die jewei-
ligen Einlaßnockenwellen integriert
wurde. An den Stirnseiten der Zylinder-
köpfe wurden zusätzlich Ölkanäle und
die elektromagnetisch betätigten 3/4-
Wege-Ventile integriert, die die Öldruck-
beaufschlagung der Verstellkolben
abhängig von den Motorbetriebspara-
metern steuern. Der Verstellbereich
beträgt wie beim BMW 6-Zylindermotor
40°KW. Die Hubbewegung des Verstell-
kolbens auf der Zahnwelle wird über die
Schrägverzahnung in eine Drehbewe-
gung der Nockenwelle relativ zum antrei-
benden Kettenrad umgewandelt.
Im Gegensatz zum Verstellsystem des
BMW Reihensechzylindermotors dreht
sich die Verstelleinheit des V8-Motors
komplett mit, so daß die Ölzufuhr über
abgedichtete Ringkanäle in der Ölver-
teilerplatte erfolgen muß (
Abb. 6
). Bei der
Entwicklung wurde das Hauptaugen-
merk auf das Dichtsystem (Leckraten)
und der daraus resultierenden Verstell-
Die neuen BMW V-Motoren
5
geschwindigkeit sowie auf die Akustik
und einfache prozesssichere Montage
gelegt. Wie auch beim 6-Zylindermotor
wird die Verstellenergie aus dem
Motorölkreislauf entnommen, d.h. sie
wird von der Motorölpumpe aufge-
bracht.
Abb. 6: Nockenwellenverstellsystem des
V8-Motors
2.3 Ansaugsystem
2.4 Abgasanlage
Die Sauganlage des V12-Motors bein-
haltet die bekannten luftumfaßten Ein-
spritzventile zur Verbesserung der
Gemischaufbereitung durch kleinere
Kraftstofftröpfchengröße insbesondere
im Motorwarmlauf. Die Kraftstoffzufuhr
des V8-Motors wurde auf ein komplett
rücklaufloses System umgestellt. Eine
überarbeitete Kraftstoffleiste verteilt die
ggf. entstehenden Dampfblasen gleich-
mäßig über die Einspritzventile, so daß
Heißstartprobleme verhindert werden.
Der Kraftstoffdruck wird absolut auf 3,5 bar
geregelt, wodurch der sonst übliche
Saugrohrreferenzdruck entfallen konnte.
Für die Umsetzung der drehmomenten-
basierten Steuerung des V8-Motors ist
eine elektrische Drosselklappe obliga-
torisch. Sie wurde in das Ansaugsystem
des V8-Motors, das als Gleichteil für
beide Hubraumvarianten ausgeführt ist,
integriert. Erhöhte Wandstärken der
Kunststoffsauganlage verbessern die
Schwingungseigenschaften und somit
die Bauteilakustik.
Die neuen V-Motoren erhielten jeweils
völlig neue Abgasanlagen mit einem
weiterentwickelten Katalysatorkonzept
zur Erfüllung der ehrgeizigen Emissions-
entwicklungsziele. Beim V8-Motor teilt
sich das Katalysatorvolumen auf 2 Vor-
katalysatoren, die in den neu entwickel-
ten, luftspaltisolierten, innenhochdruck-
verformten 4-2-1 Krümmern untergebracht
sind und 2 Hauptkatalysatoren im Fahr-
zeugunterbodenbereich auf (Abb. 7).
Für die Vorkatalyatoren werden Dünn-
wandkeramikmonolithen mit 4 mil Wand-
stärke mit 400 cpsi eingesetzt.
Das Katalysatorkonzept des V12-Motors
wird weltweit erstmalig in Serie einge-
setzt. Es besteht im Unterbodenbereich
aus dem HC-Adsorber, dem nachge-
schalteten elektrisch beheizbaren Kata-
lysator und dem Hauptkatalysator (
Abb. 8
).
Die Schalldämpferanlagen wurden auf
die geänderten Gegendruckverhältnisse
angepaßt um gleichzeitig die Vollast-
und Akustikziele sicherzustellen.
[ Pobierz całość w formacie PDF ]