Kompaktes Kraftpaket mit vorbildlichen Emissionswerten: Effiziente Dynamik in einer neuen Dimension - Variable Twin Turbo jetzt auch für den BMW Vierzylinder-Diesel.

Mehr Leistung, weniger Gewicht und ein nochmals verbessertes Emissionsverhalten zeichnen die neuen Vierzylinder-Dieselmotoren aus, mit denen BMW jetzt auch in diesem Antriebssegment den Maßstab für effiziente Dynamik setzt. Mit einem Vollaluminium-Kurbelgehäuse, Turboaufladung, einer Common-Rail-Einspritzung der dritten Generation, motornah platzierten Dieselpartikelfiltern sowie zahlreichen Innovationen im Detail eröffnen die kompakten Antriebseinheiten eine neue Dimension des wirtschaftlichen und emissionsreduzierten Fahrens. Die neuen Vierzylinder-Diesel verfügen über einen Hubraum von jeweils 2,0 Litern und werden in drei Leistungsstufen angeboten. Sowohl bei der Basisausführung mit 105 kW/143 PS als auch bei der 130 kW/177 PS starken Variante sorgt ein Turbolader mit variabler Turbinengeometrie für kraftvolle Leistungsentfaltung. Darüber hinaus wird die leistungsstärkste Variante des neuen Antriebs nun mit der vom BMW Sechszylinder-Diesel bekannten Variable Twin Turbo Technologie ausgestattet. Diese auch als Stufenaufladung bezeichnete Technik verhilft dem 2,0 Liter großen Antrieb zu einer Leistung von 150 kW/204 PS. Er ist der weltweit erste Vollaluminium-Dieselmotor, der eine Literleistung von mehr als 100 PS mobilisiert.

Eingebunden wird das neue Dieselkonzept in eine Reihe von verbrauchs- und emissionsmindernden Maßnahmen im Motorenumfeld und bei der Steuerung der Nebenaggregate. Bei allen Fahrzeugen, die von einem Vierzylinder-Diesel der neuen Generation angetrieben werden, sorgen Brake Energy Regeneration, eine Auto Start Stop Funktion und eine Schaltpunktanzeige für Fahrzeuge mit Handschaltgetriebe sowie eine neue elektrische Servolenkung für eine zusätzliche Steigerung der Effizienz.

Entwicklungsstrategie der effizienten Dynamik konsequent umgesetzt.

Mit den neuen Vierzylinder-Dieselmotoren setzt BMW die Entwicklungsstrategie der effizienten Dynamik auch in diesem Antriebssegment konsequent um. Im Vergleich zu den Vorgängermotoren weisen die neuen Antriebseinheiten ein deutlich reduziertes Gewicht auf und erreichen trotz einer signifikant gesteigerten Leistung erheblich geringere Verbrauchs- und Emissionswerte. Die neuen Vierzylinder-Dieselmotoren kommen in einer Vielzahl von Baureihen zum Einsatz. Auf diese Weise werden wegweisende technische Innovationen zur Effizienzsteigerung in mehreren besonders volumenstarken Fahrzeugsegmenten verfügbar gemacht.

Kunden, die sich für einen Dieselantrieb entscheiden, erhalten nun bei den Vierzylinder- ebenso wie bei den Sechszylinder-Varianten ein Angebot, das höchste Ansprüche an Durchzugskraft und Wirtschaftlichkeit erfüllt. Darüber hinaus zeichnen sich gerade die modernen Dieselmotoren durch erheblich reduzierte CO2-Emissionen aus. Somit trägt die Attraktivität der neuen BMW Vierzylinder-Diesel wesentlich dazu bei, auf breiter Ebene eine Senkung des Kraftstoffverbrauchs und der Emissionen zu bewirken.

Die Motoren der neuen Vierzylinder-Dieselgeneration schöpfen ihre Kraft aus einem Hubraum von 1 995 Kubikzentimetern und werden in drei Leistungsstufen angeboten. Die Differenzierung erfolgt über spezifische Anpassungen der Einspritzkomponenten und des Turboaufladungssystems. Mit einer Leistung von 105 kW/143 PS und einem maximalen Drehmoment von 300 Newtonmetern übertrifft bereits die Basisausführung des neuen Dieselaggregats den Vorgängermotor um 15 kW beziehungsweise 20 Nm.

In seiner stärksten Variante leistet der neue Motor 150 kW/204 PS und damit 30 kW mehr als der bislang kraftvollste Vertreter im Vierzylinder-Dieselprogramm von BMW. Sein maximales Drehmoment erreicht mit 400 Nm einen um 60 Nm gesteigerten Wert. Die mittlere Position im Vierzylinder-Diesel-Portfolio übernimmt eine 130 kW/177 PS starke Ausführung dieser Antriebseinheit, deren maximales Drehmoment 350 Nm beträgt.

Ein weiterer Beleg für den Zugewinn an Temperament ist das um rund 10 Prozent erweiterte Drehzahlband. Die für BMW Dieselantriebe typische Durchzugskraft aus niedrigen Drehzahlen wird nun mit noch mehr Drehfreude kombiniert. Die imposante Steigerung der Dynamik geht mit einer ebenso eindrucksvollen Optimierung der Wirtschaftlichkeit einher.

So verringert sich beispielsweise der Kraftstoffverbrauch des neuen BMW 118d im EU-Testzyklus im Vergleich zum Vorgängermodell um rund 16 Prozent auf nunmehr 4,7 Liter je 100 Kilometer – trotz einer um 15 kW auf nunmehr 105 kW/143 PS erhöhten Leistung. Der neue BMW 120d kommt bei einer um 10 auf 130 kW gesteigerten Leistung auf eine Verbrauchsminderung in gleicher Größenordnung und begnügt sich nun mit 4,9 Liter Dieselkraftstoff je 100 Kilometer.

Ambitionierte Ziele wurden eindrucksvoll erreicht.

Bei der Konzeption der neuen Dieselmotorenfamilie stand eine Steigerung von Leistung und Drehmoment bei gleichzeitiger Optimierung des Gewichts und einer deutlichen Verbrauchsreduzierung gegenüber den Vorgängermotoren im Lastenheft. Diese Vorgaben kennzeichnen die Entwicklungsstrategie der effizienten Dynamik der BMW Group – mit den neuen Vierzylinder-Dieselmotoren werden sie in allen Kriterien eindrucksvoll erfüllt.

BMW verfolgt aus fertigungstechnischen Gründen den Grundsatz, Dieselmotoren mit vier und sechs Zylindern in unterschiedlichen Leistungsstufen, aber mit jeweils identischem Hubraum zu produzieren. Für die neue Vierzylinder-Generation bedeutet dies, dass der 2,0 Liter-Motor gleich in drei Varianten entwickelt wurde.

Gewichtsoptimierung dank Vollaluminium-Kurbelgehäuse.

Sowohl die Basis- als auch die Top-Motorisierung übertrifft das jeweilige Vorgängeraggregat hinsichtlich Leistung und Drehmoment beträchtlich. Zugleich sind die neuen Motoren um 17 Kilogramm leichter als die Vierzylinder-Diesel der vorherigen Generation. Die Gewichtsoptimierung wirkt sich nicht nur auf die Wirtschaftlichkeit des Fahrzeugs positiv aus, sondern begünstigt auch die harmonische Achslastverteilung. Daraus resultiert eine verbesserte Agilität bei den von den neuen Vierzylinder-Dieselmotoren angetriebenen Modellen. Sie übernehmen damit sowohl in den Disziplinen Wirtschaftlichkeit und Emissionsverhalten als auch auf dem Gebiet der Fahrdynamik die Führungsposition im jeweiligen Wettbewerbsumfeld.

Ausgangsbasis für die Entwicklung der neuen Motorenfamilie war der erfolgreiche Vierzylinder-Dieselmotor mit identischem Hubraum, der in seinen bisherigen Ausführungen 90 beziehungsweise 120 kW leistet. Um der Leistungssteigerung Rechnung zu tragen, wurde der Durchmesser der Kurbelwellen-Hauptlager vergrößert. Darüber hinaus wurde parallel zur Leistungssteigerung das Gewicht der Antriebseinheiten deutlich reduziert. Der größte Teil der Gewichtseinsparung geht auf das Konto des neuen Aluminium-Kurbelgehäuses mit thermisch gefügten Graugussbuchsen, das den bislang verwendeten Graugussblock ablöst.

Verbrauchsminderung durch effiziente Verbrennung.

Der Zylinderkopf mit den Einlasskanälen ist eine Neukonstruktion. Die Einlasskanäle sind seitlich angeordnet und als Spiral- und Tangentialkanal ausgeführt. Um niedrigste Emissionswerte zu erreichen, ist der für die Füllung zuständige Spiralkanal stufenlos elektronisch geregelt zuschaltbar. Die Ventile mit größerem Durchmesser erleichtern die Gaswechsel und sind nun senkrecht angeordnet. Dadurch entfallen so genannte Schadräume an der Kolbenoberfläche, da diese keine Ventiltaschen aufweisen muss. Durch den Drallkanal wird die einströmende Frischluft in eine Wirbelbewegung versetzt, die die innere Gemischbildung verbessert. Während in der Basismotorisierung mit einem Einspritzdruck von 1600 bar gearbeitet wird und Magnetventile die Dosierung des Kraftstoffs übernehmen, wird der Dieselkraftstoff bei den beiden stärkeren Varianten mit einem Druck von 1800 beziehungsweise 2 000 bar durch vier Piezo-Injektoren zugeführt.

Die leistungsstärkste Variante des neuen Dieselmotors ist der erste Antrieb, bei dem die mit einem Druck von 2 000 bar arbeitenden Piezo-Injektoren eingesetzt werden. Um die Verbrennung noch effizienter zu gestalten, wurden die Brennraumform und die Mulde im Kolbenboden verändert und das Verdichtungsverhältnis auf 16:1 abgesenkt. Da der Kraftstoff pro Arbeitstakt in bis zu drei Portionen eingespritzt wird, breitet sich die Flamme vergleichsweise sanft aus, was vor allem der Laufkultur des Dieselaggregats zugute kommt. Bereits durch die motorinternen Maßnahmen – Reduzierung der Reibleistung, Neugestaltung des Brennraums, Optimierung von Gemischbildung, Verbrennung und Luftführung – wurde ein erheblicher Verbrauchsvorteil erzielt. Ergänzend dazu greifen fahrzeugseitige Maßnahmen wie die Brake Energy Regeneration, die Auto Start Stop Funktion, die Schaltpunktanzeige sowie die elektrohydraulische Servolenkung EPS (Electrical Power Steering).

Premiere im Vierzylinder-Diesel: Variable Twin Turbo.

Für ein besonders schnelles Ansprechverhalten und eine noch intensivere Leistungsentwicklung wurde die zweistufige Turboaufladung der 150 kW starken Top-Variante des neuen Vierzylinder-Dieselmotors entwickelt. Die Variable Twin Turbo Technologie wurde im weltweit sportlichsten Sechszylinder-Dieselmotor eingeführt, der erstmals im BMW 535d vorgestellt wurde. Mittlerweile ist dieser 3,0 Liter große Reihensechszylinder-Motor mit 210 kW/286 PS in mehreren Baureihen verfügbar. Die Technologie, auf der seine einzigartig dynamische Kraftentfaltung beruht, wird auch als Stufenaufladung bezeichnet. Dieses Prinzip kommt nun erstmals auch bei einem Vierzylinder-Dieselmotor zur Anwendung.

Die Aufladegruppe des Variable Twin Turbo besteht aus einem kleinen und einem großen Abgasturbolader. Der kleine Lader tritt aufgrund seines geringeren Trägheitsmoments bereits bei Drehzahlen knapp über dem Leerlaufniveau in Aktion. Bei höheren Drehzahlen nimmt zusätzlich der größere Lader seine leistungsfördernde Wirkung auf. Dank dieser Konfiguration setzt der Turboeffekt ohne Zeitverzug ein. Schon bei leichten Bewegungen des Fahrpedals wird spürbarer Schub erzeugt. Eine Turbinenregelklappe verteilt den Abgasstrom variabel auf beide Turbolader. Für die exakte Steuerung des Übergangs und des Zusammenwirkens beider Lader ist eine speziell entwickelte und besonders leistungsfähige Motorelektronik zuständig. Sie koordiniert das komplette System aus Turbinen, Turbinenregelklappe, Bypass und Wastegate in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors.

Der stärkste der drei neuen Dieselantriebe stellt sein maximales Drehmoment von 400 Nm bereits bei 2 000 min–1 zur Verfügung. Der maximale Ladedruck im System ist bei diesem Motor auf 3,0 bar begrenzt. Mit 150 kW/204 PS stößt er obendrein in eine neue Region der effizienten Dynamik vor.

Sein Leistungsvermögen setzt nicht nur im Bereich der Vierzylinder-Diesel neue Maßstäbe. Als erster Vollaluminium-Diesel überhaupt erreicht er eine Literleistung von mehr als 100 PS.

In zwei Leistungsstufen: Diesel mit variabler Turbinengeometrie.

Die Antriebsaggregate mit 105 beziehungsweise 130 kW Leistung sind jeweils mit einem Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie bestückt. Diese Technologie ermöglicht eine auf alle Lastbereiche optimal abstimmbare Kraftentfaltung. Über einen elektrischen Stellmotor wird der Leitapparat der Turbine mit hoher Genauigkeit und minimaler Verzögerung den jeweiligen Erfordernissen entsprechend angepasst.

Auf diese Weise ist ein spontanes Ansprechen bei niedrigen Drehzahlen ebenso gewährleistet wie eine hohe Leistungsdichte unter Volllast. Der maximale Ladedruck beträgt 2,5 bar beim 105 kW starken Motor beziehungsweise 2,55 bar bei der 130 kW-Variante. Das maximale Drehmoment steht zwischen 1750 und 2 500 min–1 beziehungsweise zwischen 1750 und 3 000 min–1 bereit.

Kompakte Kraftpakete mit durchdachten Detaillösungen.

Aus Package- und Fertigungsgründen befinden sich sämtliche Nebenaggregate wie Kühlmittelpumpe, Generator und Klimakompressor auf der Einlassseite des Motors. Mit dieser Anordnung wurde unter anderem dafür gesorgt, dass ein ausreichend großer Bauraum für die beiden Abgasturbolader der Top-Motorisierung zur Verfügung steht. Weil sämtliche Nebenaggregate von einem einzigen Riemen angetrieben werden, ist eine zweite Riemenebene nicht erforderlich. Auch damit wird die Effizienz der Antriebseinheit nochmals gesteigert, weil Reibwertverluste vermieden werden können.

Auch auf das Sicherheitsniveau künftiger Fahrzeuge wirkt sich das Baukonzept der neuen Vierzylinder-Dieselmotoren positiv aus. Zur Verbesserung des Fußgängerschutzes wurde der Kettentrieb auf die Schwungradseite verlegt. Die Hochdruckpumpe wird über eine Kette von der Kurbelwelle angetrieben. Die Pumpe wiederum übernimmt über eine zweite Kette den Nockenwellenantrieb.

Um die neuen Motoren noch kompakter zu gestalten, wurden die beiden entgegen der Motordrehrichtung in Nadellagern laufenden Ausgleichswellen seitlich ins Kurbelgehäuse integriert. Mit dieser Positionierung wird die besondere Bauraumsituation bei allradgetriebenen Fahrzeugen berücksichtigt.

Erstmals werden die Ausgleichswellen mit Nadellagerung ausgeführt, wodurch deren Reibleistung deutlich reduziert wurde. Dank ihrer kompakten Bauweise können die neuen Vierzylinder-Diesel mit Ausgleichswellen auch mit dem intelligenten Allradsystem BMW xDrive kombiniert werden.

Überaus kompakt wurde darüber hinaus auch der Öl-Wasser-Wärmetauscher untergebracht. Er wurde ins Ölfiltergehäuse integriert, das direkt am Kurbelgehäuse montiert wird. Das Filtergehäuse ist so konstruiert, dass keine Schlauchverbindung notwendig ist, um den Wärmetauscher an den Wassermantel des Kurbelgehäuses anzuschließen.

Auch die Bauhöhe des Motors konnte nochmals reduziert werden, indem die Vakuumpumpe für die Bremskraftverstärkung auf der Schwungradseite in den Ölsumpf der Motorölwanne verlagert wurde. Auf Höhe der Dichtungsebene an der Motorunterseite befindet sich auch der kompakte Starter.

Vorbildliches Emissionsverhalten mit Dieselpartikelfilter.

Um die Motor-Peripherie so überschaubar wie möglich zu gestalten, wurde die Zuleitung der Abgasrückführung (AGR) in den Zylinderkopf integriert. Das AGR-Ventil wurde an der heißen Motorseite angeordnet. Der AGR-Kühler ist mit einer Bypassklappe versehen, wodurch die Schadstoffemissionen im Warmlauf begrenzt werden. Zugleich ist ein jederzeit ruhiger und kultivierter Motorlauf gewährleistet. Alle Vertreter der neuen Motorengeneration sind serienmäßig mit einem motornahen Dieselpartikelfilter ausgerüstet. Auf diese Weise wird auch in diesem Antriebssegment eine besonders wirkungsvolle Optimierung des Emissionsverhaltens gewährleistet.

Der Dieselmotor ist damit auch ein Kernelement der Strategie der BMW Group zur CO2-Reduzierung. Die BMW Group bewegt sich damit auf der Linie einer Vereinbarung des Europäischen Kraftfahrzeugherstellerverbandes ACEA mit der EU-Kommission zur Reduzierung der CO2-Emissionen. Bis zum Jahr 2008 sollen die durchschnittlichen CO2-Emissionen von Pkw im europäischen Flottenmittel auf 140 Gramm pro Kilometer verringert werden. Dies entspricht einer Reduzierung um 25 Prozent im Vergleich zum Basisjahr 1995.

Die neu entwickelten BMW Vierzylinder-Dieselmotoren sind ein weiterer Schritt, mit dem die BMW Group ihren Beitrag zum Erreichen dieser Ziele leistet. Beim neuen BMW 120d konnte der CO2-Ausstoß auf 129, beim neuen BMW 118d sogar auf 123 Gramm je Kilometer gesenkt werden. Darüber hinaus erfüllt BMW bereits heute die Zusage der deutschen Automobilindustrie, bis zum Jahre 2008 alle neuen Diesel-Pkw ab Werk mit einem Partikelfilter auszurüsten. Die von BMW eingesetzten Dieselpartikelfiltersysteme erreichen eine vom Bundesumweltamt bestätigte Abscheiderate von mehr als 99 Prozent. Damit liegt die Partikelkonzentration im Abgas von BMW Dieselfahrzeugen auf einem ähnlichen Niveau wie in der Umgebungsluft.

BMW Dieselmotoren: Mit Durchzugskraft und Effizienz auf Erfolgskurs.

Mit den neuen Vierzylinder-Dieselaggregaten setzt BMW den Erfolgskurs dieses Antriebskonzepts konsequent fort. Die Kombination von Dynamik und Wirtschaftlichkeit, die dem Dieselmotor zu seiner stetig wachsenden Bedeutung verholfen hat, wird nun auch im Bereich der Vierzylinder-Aggregate auf ein neues Niveau gehoben. Dieselmotoren sind bereits seit mehr als zwei Jahrzehnten ein fester Bestandteil der BMW Antriebspalette. Seit 1983 haben sich die Produktionszahlen von BMW Dieselmotoren mehr als verzehnfacht.

Die in BMW Fahrzeugen angebotenen Motoren vereinen Dynamik, Effizienz und Laufkultur in einer besonders attraktiven Weise. Diese Qualitäten haben unter anderem dazu geführt, dass im Jahre 2005 weltweit bereits 39 Prozent aller neu zugelassenen BMW Fahrzeuge einen Dieselmotor unter der Haube hatten. Je nach Baureihe und Absatzmarkt liegt der Dieselanteil teilweise sogar noch deutlich höher. So wurden zum Beispiel 88 Prozent aller 2005 in Europa verkauften BMW X3 von einem Dieselmotor angetrieben.


 

3.1 Die technischen Daten der neuen BMW Vierzylinder-Dieselmotoren.
 

Merkmal/Größe	Einheit	4 Zylinder Diesel-motor mit Aluminium-Kurbel-gehäuse			Zum Vergleich: 6 Zylinder Dieselmotor mit Aluminium Kurbel-gehäuse und Variable Twin Turbo Technologie
Kraftstoff		Diesel	Diesel	Diesel	Diesel
Nennleistung	kW	105	130	150	210
Nennleistung bei	U/Min.	4.000	4.000	4.400	4.400
Nenndrehmoment	Nm	300	350	400	580
Nenndrehmoment bei	U/Min.	1.750 - 3.000	1.750 - 3.000	2.000	1.750
Drehzahl maximal	U/Min.	5.000	5.000	5.200	5.000
Hub	mm	90	90	90	90
Bohrung	mm	84	84	84	84
Hubraum	cm3	1.995	1.995	1.995	2.993
Zylinderabstand	mm	91	91	91	91
Ventiltellerdurchmesser Einlass	mm	27,2	27,2	27,2	27,4
Ventiltellerdurchmesser Auslass	mm	24,8	24,8	24,8	25,9
Verdichtungsverhältnis		16:1	16:1	16:1	16,5:1
Kraftstoffeinspritzung		Common Rail 2. Generation; Magnetventil-Injektoren; bis zu 5 Einzelein-spritzungen	Common Rail 3. Generation; Piezoinjek-toren; bis zu 5 Einzelein-spritzungen	Common Rail 3. Generation; Piezoinjek-toren; bis zu 5 Einzelein-spritzungen	Common Rail 3. Generation; Piezoinjek-toren; bis zu 5 Einzelein-spritzungen
Maximaler Einspritzdruck	bar	1.600	1.800	2.000	1.600
Ladedruck maximal über Atmosphäre	mbar	1.500	1.500	2.000	1.950
Art der Aufladung		Abgasturbolader mit variabler Turbinen-geometrie	Abgasturbolader mit variabler Turbinen-geometrie	Stufen-aufladung (Variable Twin Turbo Technologie)	Stufen-aufladung (Variable Twin Turbo Technologie)
Maximaler Brennraum-Mitteldruck	bar	19	22	25,3	24,5
Maximaler Brennraumdruck	bar	170	180	180	180
Gewicht nach BMW Richtlinie	kg	152	152	161	196
Minimaler spezifischer Verbrauch	g/kWh	198	198	204	205
Literleistung	kW/L	52,6	65,2	75,2	70,2
Leistungsgewicht bezogen auf Motor	kg/kW	1,44	1,17	1,07	0,93
Material Kurbelgehäuse		Aluminium	Aluminium	Aluminium	Aluminium
Nockenwelle		gebaut	gebaut	gebaut	gebaut
Ventile pro Zylinder		4	4	4	4

3.2 Das Drehmoment- und Leistungsdiagramm des BMW 2,0 Liter-Vierzylinder-Dieselmotors mit 150 kW und Variable Twin Turbo.	3.3 Das Drehmoment- und Leistungsdiagramm des BMW 2,0 Liter-Vierzylinder-Dieselmotors mit 130 kW.	3.4 Das Drehmoment- und Leistungsdiagramm des BMW 2,0 Liter-Vierzylinder-Dieselmotors mit 105 kW.

  
Quelle: BMW Presse-Information vom 22.03.2007

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