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Flammendes Inferno - Einblicke ins Innere eines modernen Motors

2.500 Grad Hitze, mit Orkanstärke tobende Flammfronten, irrwitzig auf und ab tanzende Kolben und Ventile: Einblicke in das Innere eines modernen Motors, am Beispiel des BMW 740i V8-Motors (Modellreihe E38).

Ob Opel, Daihatsu oder Rolls-Royce - akustisch ist jedes Auto ein Wolf im Schafspelz. Denn was da vorne so nett und gesittet unter der Haube tönt, ist in Wahrheit ein flammendes Inferno. Der alltägliche Wahnsinn kaum vorstellbarer Gewalten, von modernster Technik gezähmt und für jedermann nutzbar gemacht.

Im Vierliter-Achtzylinder-Motor eines BMW 740i zum Beispiel passiert folgendes, wenn sich bei der Nenndrehzahl von 5.800 Umdrehungen pro Minute alle 286 PS auf Samtpfoten ins Zeug legen: Jeder der 32 Stößel hämmert 48mal pro Sekunde mit 140 Kilo auf eines der 32 Ventile, die dabei mit 950 g (g=Erdbeschleunigung) auf Trab gebracht werden. Die acht je 535 Gramm schweren Kolben jagen ebenfalls pro Sekunde 48 mal mit bis zu 100 km/h im Zylinder auf und ab, getrieben von 2,5 Tonnen schweren und 2.500 Grad heißen Explosionsschlägen.

Währenddessen presst die Wasserpumpe mit 2,5 kW (3,4 PS - soviel wie ein Moped) einen Wasserfall von 4,4 Litern pro Sekunde durch die Kühlkatakomben der Maschine, die Ölpumpe spritzt mit 2,1 kW (2,9 PS) brummend den Schmierstoff an die Brennpunkte des Geschehens, und im Sechsganggetriebe fechten die Zahnräder wie die Musketiere gegen ein feindliches Bataillon.

Explosionsdarstellung des 4,0 Liter V8-Motors der BMW 7er-Serie (E38)
Explosionsdarstellung des 4,0 Liter V8-Motors der BMW 7er-Serie (E38)

Trotz dieses Infernos aus Detonationen und hämmerndem Metall sitzt der Passagier behaglich im Leder und lauscht vielleicht gerade Händels Wassermusik, die dezent aus den Lautsprechern tröpfelt. Der Höllenkrach aus den Eingeweihden der Technik kommt lediglich als sanft gemurmelte Botschaft vom Wohlergehen der Systeme beim Fahrer an. Ist der Motor gesund, freut sich der Mensch.

Dass dies trotz der im Motor wirkenden Gewalten so ist, ermöglichen einzigartige und intelligente Maßnahmen, deren Ziel ein möglichst geschmeidiger Motorlauf ist. Etwa die Konstruktion der Nockenwellen. Es handelt sich hierbei nicht um gerade Teile mit durchgehender Mittellinie, vielmehr sind die Abschnitte zwischen den Nocken exzentrisch angeordnet. Das dient dem Massenausgleich gegenüber den Nocken und reduziert Laufgeräusche und Vibrationen.

Ventiltrieb des BMW V8-Motors der 7er-Reihe (E38)Für die Fertigung der Pleuel wird eine Sintertechnik angewendet. Ihr Vorteil: sehr enge Toleranzen, also sehr geringe Gewichtsunterschiede und damit hohe Laufkultur. Dabei sind die schlanken, nur 510 Gramm schweren Pleuel die größten Kraftmeier im Motor: Sie müssen die Kolben bändigen, die permanent Amok laufen. Kein Wunder, so wie die gequält werden: Die maximale Kolbenbeschleunigung unter der Wucht der Treibstoffdetonationen beträgt 2413 g. Wir sind hier kinetisch also in der Nähe von Schusswaffen. Ein Kolben würde pro Sekunde gut 85.000 (!) km/h schnell werden, wenn sein Pleuel ihm freien Lauf ließe. Pleuel und Lager müssen beim Abbremsen des Kolbens bis zu 2,5 Tonnen verkraften - und das 11.600 mal pro Minute.

Die Flammfront rast mit 360 km/h durch die Zylinder, und das Abgas macht sich mit 1.620 km/h aus dem Staub, was man bei den ungemütlichen Temperaturen im Brennraum auch gut verstehen kann. Dabei ist das Abgas selbst noch 900 Grad heiß - gerade recht für die Nachbehandlung in den Labyrinthen der sechs Katalysatoren, deren wirksame Oberfläche so groß ist wie 13 Fußballfelder: 90.000 Quadratmeter. In jedem der beiden Auspuffstränge sind drei Kat hintereinander geschaltet. So bleibt der Motor auch im Greisenalter sauber. Ein Katalysator hat nämlich nur eine begrenzte Lebensdauer. Wenn der erste in die Knie gegangen ist, übernimmt Nummer zwei den Job des Saubermanns und sorgt bis weit jenseits von 200.000 Kilometer Laufleistung für einen möglichst geringen Schadstoffausstoß.

Kurbelwelle und Kolben des BMW 740i (E38)

Zahlen über Zahlen, alles Werte jenseits unserer Vorstellungskraft. Dabei geht es noch extremer. Beim stärksten Serienmotor der Welt zum Beispiel. Das ist der BMW-Zwölfzylinder für den 1,4 Millionen Mark teuren McLaren F1 Straßensportwagen. Hinter so etwas steckt immer ein kluger Kopf - hier ist es Paul Rosche, der Vater des legendären Formel 1-Weltmeistermotors von 1983. "Ich muss ehrlich sagen, die schiere Kraft hat uns am meisten Angst gemacht", doziert Rosche über die Probleme in diesen Sphären automobiler Fortbewegung. Die Eckdaten: 6.064 cm3 Hubraum, 602 PS (442 kW) und ein gigantisches Drehmoment von 651 Newtonmetern. Damit wird der McLaren beim vollen Beschleunigen bis Tempo 100 mit etwa 0,8 g vorwärts gerissen (null bis 100 km/h in 3,4 Sekunden, null bis 200 km/h in 9,4 Sekunden, null bis 280 km/h in 18,4 Sekunden).

Diese Zahlen machen klar, dass Komfort nicht zu den Stärken dieses bereiften Kraftausdruckes zählt. Der Pilot hockt vielmehr im akustischen Zentrum einer Höllenmaschine, in der sich alle großen und kleinen Krachmacher zu einer wilden Party versammelt haben. Über seinem Kopf wird die Luft in die Karbonfibersammler eingeschnorchelt und dann bei 7.500 Umdrehungen mit 420 km/h in den Schlund der Maschine gesogen. Jeder der 48 Stößel drischt mit 236 Kilo auf ein Ventil ein, das sich - derart gepeinigt - mit 1520 g aus seinem Sitz erhebt. Jeder der zwölf 412 Gramm schweren Hochleistungskolben besucht 62 mal pro Sekunde den oberen und unteren Totpunkt des Zylinders.

Zylinderkopf

Eines der Glanzstücke des McLaren F1 ist die Elektronik. Der von der Firma TAG-Electronics gelieferte Dirigent des Verbrennungskonzerts macht sage und schreibe 18 Millionen Rechenschritte pro Sekunde, auf dass die Gewalten voll kontrolliert wüten. Unter anderem regelt er in den zwölf Zylindern 45.000 Einspritzvorgänge pro Minute, von denen jeder sieben tausendstel Sekunden dauert. Der Computer regelt auch das VANOS (permanente Verstellung der Einlaßnockenwellen) bis zu 60.000 mal pro Minute über zwei 100-bar-Hochdruckpumpen. Und natürlich steuert er jeden der nur eine tausendstel Sekunde kurzen Zündfunken, deren Zündspannung bis zu 62 mal pro Sekunde von null auf 25.000 Volt hochgefahren werden muss. Pro Funke wird die Mini-Energie von vier hundertstel Wattsekunden verfeuert - das summiert sich bei 7500 Umdrehungen für alle zwölf Zylinder auf etwa 1,8 Kilowattstunden.

Von diesen Höchstleistungen sind Alltagsmotoren zwar ein Stück weit entfernt. Daß sie brav und zuverlässig wie ein simples Uhrwerk ihren Dienst verrichten, verdient dennoch unseren Respekt.

Quelle: Bernhard Schmidt, Auto Straßenverkehr Heft 11/95 vom 24. Mai 1995


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