Starker Auftritt, Vorwärtsdrang und Ausdauer
Die jüngste Modellgeneration des MINI ist mit komplett neu entwickelten Motoren
ausgerüstet. Zur Markteinführung Ende 2006 stehen zwei Benziner zur Wahl: ein
1,6 Liter-Saugmotor mit 88 kW/120 PS Leistung im MINI Cooper und ein Turbomotor
mit gleichem Hubraum, der im MINI Cooper S eindrucksvolle 128 kW/175 PS leistet.
Die Antriebspalette wird schon wenig später weiter wachsen und um zusätzliche
Benzinmotor- und Turbodiesel-Varianten ergänzt. Als Basisvariante folgt im
ersten Halbjahr 2007 der MINI One mit einem 70 kW/95 PS starken 1,4-Liter-Motor
sowie ein sportliches Turbodiesel Triebwerk.
Innovative Antriebstechnik für mehr Fahrspaß und Effizienz Die Motoren
des neuen MINI Cooper und des neuen MINI Cooper S.
Höhere Leistung, geringerer Verbrauch, mehr Fahrspaß und weniger Emissionen: Die
Einführung komplett neu konstruierter Benzinmotoren ist für MINI nicht nur der
Schlüssel zu gesteigerter Fahrdynamik, sondern auch ein bedeutender Schritt auf
dem Weg zur Umsetzung der Selbstverpflichtung der europäischen
Automobilindustrie, bis 2008 die CO2-Emissionen im Flottendurchschnitt auf 140
g/km zu senken. „Mit der neuen Triebwerksfamilie ist es gelungen, anspruchsvolle
und technisch aufwändige Motorentechnologie in das Segment der Klein- und
Kompaktfahrzeuge zu übertragen“, sagt Erich Sonntag, Projektleiter Antrieb bei
der Entwicklung des neuen MINI. „Unser Leitmotiv lautet effiziente Dynamik. Mit
anderen Worten: verbesserte Fahrleistungen bei gleichzeitig gesenktem
Verbrauch.“
Die ersten Vertreter der neuen Motorenfamilie sind ein Saug- und ein Turbomotor
mit jeweils vier Zylindern, die im BMW Group Motorenwerk Hams Hall
(Großbritannien) entstehen. Im Vergleich zum Vorgängermodell sind beide
Aggregate um 180 Grad gedreht eingebaut, die Auslass-Seite liegt nun vorne. Im
Grundmotor gleichen sich Saug- und Turbobenziner in vielen Bereichen. Beiden
Triebwerken gemeinsam sind der Zylinderabstand von 84 Millimetern, die Bohrung
von 77 Millimetern, der Hub von 85,5 Millimetern und damit der Hubraum von 1598
Kubikzentimetern. Die zweiteilige Bedplate-Konstruktion des Kurbelgehäuses
stellt eine aus dem Motorsport stammende Technologie dar. Zylinderblock und
Lagergehäuse sind aus einer Aluminiumlegierung gegossen. Die Integration des
Kettenkastens in das Gehäuse führt zu einer Gewichtsersparnis, verbessert die
Akustik und reduziert den Bauteileaufwand.
Eine Neuheit im Segment des MINI ist die Ausstattung der Motoren mit einer
volumenstromgeregelten Ölpumpe. Diese über eine Kette angetriebene Pumpe fördert
stets nur die Ölmenge, die vom Motor tatsächlich benötigt wird. Der
Leistungsbedarf der Nebenaggregate wird so um rund 160 Watt reduziert, bei 6.000
U/min werden damit rund 1,25 kW gewonnen und der Kraftstoffverbrauch reduziert
sich um etwa ein Prozent. Einen ähnlichen Effekt hat die abschaltbare
Wasserpumpe des Kühlmittelkreislaufs. Sie wird erst angetrieben, wenn der Motor
seine Betriebstemperatur erreicht hat. Dadurch wird in der Warmlaufphase
Treibstoff gespart, außerdem erreicht der Katalysator schneller die für eine
optimale Wirkungsweise nötige Temperatur.
Die Nockenwellen der beiden Motorvarianten sind gebaut. Im Gegensatz zum
konventionellen Gussverfahren werden dabei Nockenringe aus hochfestem Edelstahl
auf die eigentliche Welle aufgeschrumpft. Anschließend werden die Nocken mit
einer Genauigkeit von 1∕1000 mm feingeschliffen. Auch die Exzenterwelle der
Phasenverstellung wird in diesem Verfahren gefertigt, was zur weiteren
Gewichtsreduzierung beiträgt.
Zum Leichtbaukonzept, das bei der Entwicklung der neuen MINI Motoren zur
Anwendung kam, gehört auch die Reduzierung der Reibungsverluste. So sind die
Kurbelwellen beider Antriebseinheiten gewichtsoptimiert konstruiert und außerdem
mit speziellen Lagerschalen sowie vergleichsweise kleinen Lagerzapfen –
Durchmesser: 45 Millimeter – versehen. Generator und Klimakompressor werden
jeweils von einem einzigen Poly-V-Riemen angetrieben. Den Antrieb der
Wasserpumpe übernimmt dagegen ein Reibrad. Beide Maßnahmen verhelfen den Motoren
des neuen MINI zu einer besonders kompakten Bauart. Sie gehören zu den kürzesten
Vierzylindern in ihrer Hubraumklasse.
Saugmotor mit vollvariabler Ventilsteuerung.
Bei allen Gemeinsamkeiten im grundsätzlichen Aufbau unterscheiden sich die
beiden Motoren des neuen MINI beträchtlich im Bereich des Zylinderkopfes. Der
1,6 Liter-Sauger des MINI Cooper ist mit einer vollvariablen Ventilsteuerung
ausgerüstet, die auf Basis der VALVETRONIC Technologie der BMW Group entwickelt
wurde. Bei dieser Ventilsteuerung werden Hub und Öffnungsdauer der
Einlassventile in Sekundenbruchteilen der jeweiligen Leistungsanforderung
angepasst.
Dazu wirkt die Nockenwelle nicht direkt über einen Schlepphebel auf das Ventil,
sondern über einen weiteren Zwischenhebel. Dessen Drehpunkt wird über eine
elektromotorisch betriebene Exzenterwelle verstellt.
Je nach Stellung des Umlenkhebels variiert der Hub der Einlassventile stufenlos
zwischen 0,2 und 9,5 Millimeter. Die Umstellung von Minimal- auf Maximalhub
geschieht innerhalb von etwa 300 Millisekunden. Dieser Vorgang erzielt den
gleichen Effekt, für den in konventionellen Motoren eine Drosselklappe im
Ansaugtrakt bewegt wird. Die variable Ventilsteuerung macht die
Drosselklappenregelung überflüssig, die vor allem im Halbgasbetrieb für
unerwünschte Luftverwirbelungen im Ansaugtrakt sorgt. Die Drosselklappe ist im
neuen Saugmotor des MINI Cooper zwar noch vorhanden, übernimmt aber lediglich
Notlauf- und Diagnosefunktionen und befindet sich im Normalbetrieb in
strömungsgünstiger, voll geöffneter Stellung. Der vom Bremskraftverstärker
benötigte Unterdruck wird von einer Vakuumpumpe erzeugt, die von der
Auslassnockenwelle angetrieben wird.
Zusätzlich zur variablen Steuerung des Ventilhubs auf der Einlassseite werden
die Steuerzeiten auf Einlass- und Auslassseite drehzahlabhängig gespreizt. Die
Verstellung erfolgt ebenfalls stufenlos, der Spreizungsbereich beträgt 70 Grad
für die Einlass- und 60 Grad für die Auslassnockenwelle. Auch diese Umstellung
geschieht im Bedarfsfall innerhalb von nur 300 Millisekunden. Diese enorme
Reaktionsgeschwindigkeit wird mit Hilfe eines leistungsfähigen 32-Bit-Computers
realisiert, der mit der Motorsteuerung vernetzt ist. Variabler Ventilhub und
drehzahlabhängige Nockenwellensteuerung bewirken gemeinsam eine Optimierung von
Drehmomentverlauf und Leistungsabgabe. Bereits im niedertourigen Betriebsbereich
stellt der Motor des neuen MINI Cooper ein hohes Drehmoment zur Verfügung und im
oberen Drehzahlbereich wird spürbar mehr Leistung erzeugt als bei herkömmlichen
Motoren. Darüber hinaus sorgen beide Technologien für einen deutlich reduzierten
Kraftstoffverbrauch – je nach Streckenprofil um bis zu 20 Prozent. Im
EU-Testzyklus liegt die Einsparung bei rund 12,5 Prozent. Ein weiterer Vorteil
ist die von der Kraftstoffqualität unabhängige Funktionsweise. Sie ist ein
bedeutendes Kriterium für einen weltweit agierenden Hersteller wie MINI. Dazu
tragen auch die Einzelzündspulen bei. Von der Motorelektronik gesteuert,
versorgen sie die Zündkerze für jeden Zylinder gesondert mit der optimalen
Zündspannung. Eine Klopfregelung ermöglicht den Betrieb mit Kraftstoff
unterschiedlicher Qualität im Bereich zwischen 91 und 98 Oktan.
Der 1,6-Liter-Saugmotor leistet 88 kW/120 PS bei 6.000 Touren, die
Höchstdrehzahl beträgt 6.500 U/min. Bereits bei 2.000 U/min steht ein Drehmoment
von 140 Nm zur Verfügung, das Maximum von 160 Nm wird bei 4.250 U/min erreicht.
Durch das breite nutzbare Drehzahlband kombiniert das kompakte Triebwerk
optimalen Fahrspaß mit günstigem Verbrauch.
Turbomotor mit Twin-Scroll-Lader und Benzin-Direkteinspritzung.
Noch eindrucksvollere Leistungsdaten kennzeichnen die Turbo-Version des neuen
1,6 Liter-Vierzylinders, die im MINI Cooper S zum Einsatz kommt. 128 kW/175 PS
sind ein Wert, der in dieser Hubraumklasse Maßstäbe setzt. Die Höchstleistung
liegt bei 5 500 min–1 an. Das maximale Drehmoment des Motors beträgt 240 Nm und
steht im Drehzahlbereich zwischen 1.600 und 5.000 U/min praktisch konstant zur
Verfügung. Beim Beschleunigen wird das Drehmoment mittels kurzfristiger Erhöhung
des Ladedrucks sogar auf 260 Nm angehoben. Diese als Overboost bezeichnete
Funktion verhilft dem MINI Cooper S ganz gezielt zu einem noch dynamischeren
Antritt. Sie wirkt sich ausschließlich auf das Drehmoment, nicht aber auf die
Motorleistung aus.
Die vier Ventile pro Zylinder werden von zwei oben liegenden Nockenwellen,
reibungsoptimierten Rollenschlepphebeln und hydraulischen
Ventilspiel-Ausgleichselementen gesteuert. Die Auslassventile sind mit Natrium
gefüllt, um den bei einem Turbomotor höheren Kühlbedarf zu decken. Die
Einlassnockenwelle verfügt über eine stufenlose Phasenverstellung, mit der die
Ventilsteuerzeiten der jeweils aktuellen Leistungsanforderung angepasst werden.
So wird ein Optimum an Leistung und Drehmoment bei gleichzeitig niedrigen
Verbrauchs- und Emissionswerten erreicht.
Den Kraftstoff erhält der Turbo-Vierzylinder über eine Direkteinspritzung nach
dem Common-Rail-Prinzip. Eine für alle Zylinder gemeinsame
Edelstahl-Speicherleitung (englisch: common rail) wird von einer Hochdruckpumpe
am hinteren Ende der Einlassnockenwelle mit hohem Druck gefüllt. Seitlich im
Zylinderkopf positionierte Einspritzventile befördern den Treibstoff aus dem
Speicher in Bruchteilen von Sekunden exakt dosiert direkt in den Brennraum. Vier
Ventiltaschen und eine mittig angeordnete Brennraummulde auf jedem Kolben sorgen
für eine optimale Ladungsschichtung des homogenen Benzin-Luft-Gemischs (l
= 1,0). Die Kolben, die in gusseisernen Buchsen laufen und auch durch die für
einen Turbomotor vergleichsweise hohe Verdichtung von 10,5 : 1 thermisch stark
beansprucht werden, sind spritzölgekühlt.
Für eine Premiere in seinem Fahrzeugsegment sorgt der neue MINI Cooper S mit dem
Twin-Scroll-Turbolader. Sein Bauprinzip ermöglicht einen besonders spontanen
Leistungsaufbau. Im Abgaskrümmer und im Turbolader sind die Kanäle von jeweils
zwei Zylindern voneinander getrennt. Diese Anordnung führt durch die Reduzierung
des Abgasgegendrucks bei niedrigen Drehzahlen dazu, dass die Dynamik der
pulsierenden Gassäulen im Krümmer besser genutzt wird. Dieser Effekt begünstigt
das Ansprechverhalten des Turboladers. Seine Laderschaufeln kommen schon bei
niedrigeren Motordrehzahlen optimal in Schwung.
Der Ladedruck, der über ein als Wastegate bezeichnetes Überdruckventil auf 0,8
bar begrenzt wird, baut sich schon bei einer Drehzahl von 1.400 U/min auf. Das
für aufgeladene Motoren herkömmlicher Art typische Turbo-Loch ist daher beim
Beschleunigen mit einem neuen MINI Cooper S praktisch nicht mehr zu spüren. Sein
1,6 Liter-Turbomotor zeigt ein Ansprechverhalten, das an einen deutlich
hubraumstärkeren Saugmotor erinnert. „Das Bestreben, mit kleinen und
verbrauchsgünstigen Motoren die Leistungen größerer Triebwerke zu realisieren,
wird als Downsizing bezeichnet“, erläutert Antriebsprojektleiter Erich Sonntag.
„Mit einer spezifischen Leistung von etwa 110 PS pro Liter Hubraum ist der
Turbomotor des neuen MINI ein gutes Beispiel dafür.“
Der Abgasstrom beschleunigt das Turbinenrad auf eine Drehzahl von bis zu 220 000
min–1. Das auf der selben Welle sitzende Verdichterrad komprimiert gleichzeitig
die Ansaugluft. Um den Füllungsgrad der Zylinder mit Frischluft zu erhöhen –
kalte Luft enthält einen höheren Sauerstoffanteil –, wird die vom Turbolader
verdichtete Ansaugluft durch Ladeluftkühler geleitet, bevor sie den Brennraum
erreicht. Auch die Kühlung des Turboladers ist technisch aufwändig. Der
Twin-Scroll-Lader im neuen MINI wird von einer kombinierten Öl-Wasser-Kühlung im
optimalen Temperaturbereich gehalten.
Eine elektrische Zusatzpumpe hält den Kühlwasserkreislauf noch einige Zeit nach
Abstellen des Motors in Gang, um die Gefahr eines Hitzestaus im thermisch extrem
belasteten Turbolader abzuwenden.
Sechs Gänge in allen Varianten Die Schalt- und Automatikgetriebe des
neuen MINI
Der neue MINI ist in beiden Motorvarianten serienmäßig mit einem
Sechsgang-Schaltgetriebe ausgestattet. Optional steht jeweils ein
Automatikgetriebe zur Wahl, das ebenfalls über sechs Schaltstufen verfügt. Diese
werden über fünf Kupplungen gesteuert, die Schaltvorgänge praktisch ohne
Zugkraftunterbrechung realisieren. Im Automatik-Modus fungiert ein Wandler als
Anfahrelement. Die Wandlerkupplung wird unmittelbar nach dem Anfahrvorgang
geschlossen. Diese Abstimmung verbindet hohen Komfort mit sportlich knackigen
Schaltvorgängen.
Eine zusätzliche Steigerung des hochdynamischen Charakters wird mit der
Aktivierung des Sportschalters erzielt. In diesem Modus werden die Schaltzeiten
beim Gangwechsel weiter verkürzt. Außerdem kann der Fahrer die Gänge manuell
wechseln, dies erfolgt ähnlich wie in der Formel 1 über Schaltwippen am Lenkrad.
Die Hände müssen also zum Schalten nicht vom Lenkrad genommen werden, wodurch
eine bessere Fahrzeugkontrolle in Grenzsituationen ermöglicht wird.
Sperrdifferenzial sorgt für maximale Traktion.
Das Sechsgang-Schaltgetriebe wird in zwei unterschiedlichen Konfigurationen
verbaut. Im MINI Cooper S sind die ersten beiden Gänge mittels Doppelkegel
synchronisiert. Im MINI Cooper kommen Karbonreibbeläge zum Einsatz. Optional ist
für den MINI Cooper S ein mechanisches Sperrdifferenzial (Super LSD) verfügbar,
das einem Durchdrehen der Antriebsräder vorbeugt, indem es die Motorkraft auf
das Rad mit der besseren Traktion verlagert. In beiden Getriebeversionen sind
alle Gangräder schräg verzahnt und sämtliche Gänge – auch der Rückwärtsgang –
synchronisiert.
Die Konfigurierung mit sechs Gängen in allen Getriebeversionen unterstützt den
agilen und sportlichen Charakter des neuen MINI. Die einzelnen Gangabstufungen
sind optimal an die Leistungsentfaltung der Motoren angepasst. Die Reduzierung
der Schaltkräfte gewährleistet außerdem effizientere Gangwechsel.
Quelle: BMW Presse-Information vom 27.07.2006, Update: 14.08.2006 (neue
Pressemappe)
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