Technik im Detail - Technik unter der Karosserie

Dieses Kapitel informiert Sie über BMW Motoren und Getriebetechnik. Folgende Themen werden im einzelnen vorgestellt:  

vollvariable Saugrohrlängen
Valvetronic
Automatik-Getriebe mit Steptronic und adaptiver Getriebesteuerung
Integral Hinterachse

vollvariable Saugrohrlängen

Das patentierte, stufenlos verstellbare Ansaugrohrsystem dient der optimalen Ausnutzung von Druckwellen über dem gesamten Drehzahlband.

Die zuerst nur erhältlichen V8-Motoren für den 735i, resp. 745i sind gemäß BMW "komplette Neukonstruktionen". Bei der Abstimmung des Motors konnten die Techniker neben den variablen Ventilhub- und Steuerzeiten (Valvetronic) auf einen weiteren kennfeldgesteuerten Parameter setzen: die Saugrohrlänge. Im kreisförmigen Ansaugkanal (s. Bild) sind drehbare, untereinander abgedichtete Läuferringe untergebracht. Diese sind um 236° drehbar, die Öffnung des Läuferrings definiert die effektive Saugrohrlänge, die zwischen 231 und 673 mm in beliebiger Weise variiert werden kann. Je vier der Ringe sind mit einer gemeinsamen Achse verbunden, die Drehung der Achse geschieht über einen Elektromotor. Die Regelung beginnt bei einer Drehzahl von 3.500 pro Minute, darunter ist die längste Saugrohrvariante (max. Drehmoment) aktiv. Da über den ganzen Drehzahlbereich je nach Saugrohrlänge im Grunde beliebig viele Volllastkurven zur Verfügung stehen, konnte eine optimale Leistungscharakteristik erarbeitet werden. (Quelle: Automobil Revue 30/2001)

Valvetronic

Valvetronic regelt die Luftmenge, die der Motor für die Verbrennung benötigt. Damit übernimmt Valvetronic die Funktion der Drosselklappe herkömmlicher Motoren. Da die Drosselklappe besonders bei niedrigen Motordrehzahlen sehr viel Energie verbraucht, spart Valvetronic gerade im Stadtbereich Energie ein. Der Benzinverbrauch und die Emissionswerte sinken trotz einer insgesamt höheren Motorleistung.

Die Menge der benötigten Verbrennungsluft im Zylinder 3 (siehe Abbildung) des Motors hängt von der momentanen Last ab. Je stärker das Gaspedal betätigt wird, desto mehr Luft benötigt der Motor, um ein optimales Benzin-Luftgemisch im Zylinder zu erzeugen. Bei wenig Last, z. B. im Leerlauf, benötigt der Motor dagegen nur wenig Luft.

Im herkömmlichen Motor regelt die Drosselklappe 1 die Luftzufuhr, indem sie wie ein Schleusentor die zuführende Leitung mehr oder weniger schließt. Das Einlassventil 2 hebt sich dabei immer gleich weit. Auch die Öffnungsdauer des Ventils ist konstant. Um im Leerlauf die Menge der in den Zylinder geleiteten Verbrennungsluft zu verringern, schließt die Drosselklappe fast vollständig. Dieser Engpass erschwert jedoch das Ansaugen der Luft in den Zylinder. Deshalb verbraucht ein herkömmlicher Motor gerade bei Stadtfahrten im unteren Drehzahlbereich im Verhältnis mehr Energie.

Dieses Problem löst Valvetronic, indem Valvetronic die Luftzufuhr direkt über die Ventile steuert. Grundsätzlich benötigt der Motor die Drosselklappe dann nicht mehr. Dennoch bleicht sie für Extremsituationen erhalten.

Die vollvariable Ventilhubsteuerung Valvetronic regelt über einen elektrisch verstellbaren Hebel 1, wie weit sich das Einlassventil 3 beim Drehen der Nockenwell 2 maximal hebt. Auf diese Weise steuert Valvetronic den Hub des Einlassventils und damit die angesaugte Luftmenge abhängig von der Drehzahl: Bei hoher Drehzahl ist der Ventilhub maximal und die Ventile öffnen sich vollständig, um eine rasche Füllung der Brennräume zu garantierten. Bei niedrigen Drehzahlen ist der Ventilhub minimal. Weniger Benzin-Luftgemisch gelangt in den Zylinder.

Aus diesem Prinzip ergibt sich ein willkommener Nebeneffekt: Durch die geringe Öffnung der Einlassventile strömt die Luft mit sehr hoher Geschwindigkeit in den Zylinder. Das Benzin-Luftgemisch wird so sehr fein zerstäubt und dadurch mit hohem Wirkungsgrad verbrannt. Der Motor verhält sich in bezug auf die Emissionen günstiger.

In Verbindung mit Valvetronic optimieren folgende Innovationen den Motor:

• Vanos verstellt die Nockenwelle drehzahlabhängig, um den Schließzeitpunkt der Einlassventile zu steuern. Der Drehmomentverlauf verbessert sich deutlich. Das im BMW 7er eingesetzte Doppel-Vanos steuert zusätzlich zum Schließzeitpunkt der Einlassventile auch den Schließzeitpunkt der Auslassventile.
• Die differenzierte Sauganlage variiert die Länge des Ansaugrohres drehzahlabhängig und sorgt damit für eine hohe Motorleistung auch im oberen Drehzahlbereich.

Automatik-Getriebe mit Steptronic

Erstmals wurde im BMW 7er auch ein 6-Gang-Automatik-Getriebe eingesetzt.

Mit der Steptronic kann das Automatik-Getriebe auch manuell mit dem Wählhebel (im E65 mit den Tipptasten am Lenkrad) geschaltet werden. Der Fahrer kann somit entscheiden, ob er selbst schalten möchte oder dies dem Automatik-Getriebe überlassen will.

Das neue 6-Gang-Automatik-Getriebe im 7er zeichnet sich durch seine elektrische Schaltung aus, shift-by-wire genannt. Diese elektrische Schaltung ersetzt die mechanische Verbindung zwischen Wählhebel und Getriebe durch eine elektrische Übertragung der Schaltimpulse.

Das Automatik-Getriebe des 7ers ist mit einer adaptiven Getriebesteuerung AGS ausgerüstet. AGS errechnet aus unterschiedlichen Faktoren die jeweils bestmögliche Gangwahl. Dabei berücksichtigt AGS die individuelle Fahrweise und die jeweilige Fahrsituation.

Technik: Die individuelle Fahrweise erkennt AGS aus Stellungen und Bewegungen des Gaspedals, aus der Verzögerung beim Bremsen und aus der Querbeschleunigung in Kurven.

Aus unterschiedlichen Schaltcharakteristiken - von komfort- bis leistungsorientiert - wählt AGS die passende aus. Um die Fahrsituation zu berücksichtigen, registriert AGS Kurven, Steigungen und Gefällstrecken. In zügig gefahrenen Kurven z. B. schaltet sie nicht hoch. An Steigungen schaltet sie erst bei höherer Drehzahl hoch, um die Leistungsreserven besser zu nutzen. Auf Gefällestrecken schaltet AGS zurück, wenn das Fahrzeug schneller wird und Sie deswegen btemsen.

Im manuellen Schaltbetrieb "denkt" die Steptronic mit Hilfe von AGS für den Fahrer mit:

• um das Überdrehen des Motors zu verhindern, schaltet sie kurz vor Abregel-Drehzahl in den nächst höheren Gang
• bei niedrigen Geschwindigkeiten schaltet sie ohne den Eingriff des Fahrers automatisch zurück
• bei Kick-Down schaltet sie in den nächst niedrigsten Gang zurück, der abhängig von der Motordrehzahl möglich ist.

Integral Hinterachse

Die patentierte und weiterentwickelte Integral Hinterachse wurde erstmals im BMW 7er und im X5 eingesetzt. Für diese Hinterachse hat BMW das konstruktive Prinzip der Integral-Aufhängung weiterentwickelt. Dieses Mehrlenker-Achsprinzip verbindet souveräne Spurhaltung und Fahrkomfort.

Technik: Um das Gewicht und damit den Verbrauch des Fahrzeugs zu reduzieren, sind die meisten Teile der Integral Hinterachse aus Aluminium hergestellt.

Die Lenker der Integral Hinterachse sind nicht direkt an der Karosserie befestigt. Sie sind elastisch in einem so genannten Fahrschemel gelagert, der wiederum elastisch mit der Karosserie verbunden ist. Bereits kleinste Unebenheiten in der Fahrbahn absorbiert die Integral Hinterachse mit dieser doppel-elastischen Lagerung. Dies minimiert das sonst typische Nicken beim Anfahren und Bremsen.

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