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03.12.2012 Die neuen Diesel Spitzenmotorisierungen von BMW
Die neuen Diesel Spitzen-
motorisierungen von BMW
Anna Gapeeva und Karen Mehrens
03.12.2012 Die neuen Diesel Spitzenmotorisierungen von BMW
Entwicklung der Leistungsdichte 2004: Erstmals 2-stufig aufgeladene 6-Zylinder PKW-Dieselmotoren
Steigerung der Leistung ohne den Hubraum zu vergrößern
niedriger Kraftstoffverbrauch
03.12.2012 Die neuen Diesel Spitzenmotorisierungen von BMW
Schlüsseltechnologien zur Leistungssteigerung
Allgemein: • Aufladung • Einspritztechnik • thermodynamische Robustheit des Motors
Konkret: • 2-Stufige Aufladung im nahezu gesamten Motorkennfeld • Indirekte Ladeluftkühlung mit Zwischenkühlung zw. ND- und HD-Stufe • Druckgesteigertes Common-Rail-Einspritzsystem • Triebwerksauslegung für erhöhte maximale Zylinderdrücke
03.12.2012 Die neuen Diesel Spitzenmotorisierungen von BMW
Randbedingungen
Ziel: Aufbau des neuen BMW 3.0l 6-Zylinder Dieselmotors auf den BMW 6- Zylinder-Diesel-Basismotor
Anpassung an höhere Lade- und Zylinderdrücke
•basiert auf 3.0l BMW Baukasten •Integration in bestehenden Fertigungsprozess
• Hub, Bohrung, Zylinderabstand identisch • einheitliches Zylindervolumen von 499 cm³
• 6 Zylinder-Motor 2993 cm³ 3.0l
• Leistungsvermögen wie 8-Zylinder Dieselmotoren von Wettbewerbern •Leichtbau •Verdichtungsverhältnis: 16 • Zündruckverträglichkeit bis 200bar
03.12.2012 Die neuen Diesel Spitzenmotorisierungen von BMW
Zylinderkurbelgehäuse • Voll-Aluminium Zylinderkurbelgehäuse
• Abänderung durch Werkstoff- und Gestaltungsmaßnahmen
• Werkstoff: AlSi7MgCu0,5 mit Wärmebehandlung und HIP +12% Bauteilfestigkeit
• Zugankerbolzen Vorspannkräfte der Zylinderkopf- und Hauptlagerschrauben zu erhöhen
03.12.2012 Die neuen Diesel Spitzenmotorisierungen von BMW
Zylinderkurbelgehäuse • Zweite Steg-Kühlungsbohrung ausreichende Wärmeabfuhr zu gewährleisten
Stegtemperaturreduktion bis zu 27°C
• 42 kg optimiertes Bauteilgewicht + 2,5 kg Gewicht im Vergleich zum Basismotor - 20 % gegenüber 6-Zylinder Kürbelgehäuse der Wettbewerber
03.12.2012 Die neuen Diesel Spitzenmotorisierungen von BMW
Kurbeltrieb • nur 4 Gegengewichte
Gewichtsersparnis
• höherwertiger Werkstoff 44MnSiVS6
Hauptlager:
• Verkleinerung der Ölversorgungsnut Öldurchsatzreduktion
03.12.2012 Die neuen Diesel Spitzenmotorisierungen von BMW
Kurbeltrieb Pleuel: • Stichmaßreduktion und geometrische Anpassung besseren Krafteinleitung
Kolben: • Aluminium-Gusskolben
Vorteile bei Akustik, Kosten und Ölangebot
• Erhöhung der Kompressionshöhe
• Einsatz von Nabenbuchsen
03.12.2012 Die neuen Diesel Spitzenmotorisierungen von BMW
Zylinderkopfhaube mit Ölabscheidesystem
Ölabscheidesystem: • Multi-Flaps zur Feinabscheidung
• Anzahl erhöht höhere Flexibilität • auch sehr kleine Partikel ( < 0,8 μm) könne abgeschieden werden •Öffnungs-/Abscheidecharakteristik angepasst
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Aufladesystem • 2-stufiges Aufladesystem
• 3 Abgasturbolader (2 x HD und 1 x ND)
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Aufladesystem Ziel: Abgasenthalpie mit möglichst großem Wirkungsgrad
Strömungsverluste minimieren (trotz kompaktem Bauraum)
Geometrieoptimierung mittels CFD (numerische Strömungssimulation)
Abgaskrümmer:
• kritisches Spannungsfeld von Temperaturen bzw. thermomechanischem Einfluss
Geometrieanpassung an lokal hochbeanspruchten Zonen mittels TMF (Thermomechanische Schädigungsrechnung)
03.12.2012 Die neuen Diesel Spitzenmotorisierungen von BMW
Einspritzsystem • Common-Rail-Einspritzsystem
• Systemdruck von 2200bar
• 2-Stempel Triebwerk der HD-Pumpe • höhere Systemdrücke
•druckgesteigerte Piezo-Injektoren • optimiert: Schaltventil und Düse (Emissionen, Verbrauch, hohe Leistungsdichte)
• Material- und Herstellungsprozess- verbesserungen der Hochdruck-Leitungen (Schmiedeteil)
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AGR-System
Kompakt Plattenbauweise mit
„WavyFin“
Kühlmittelversorgung über motoreigenen Kühlkreislauf
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Ansaugluftsystem Luftmassendurchsätze
bis 1400 kg/h Rohrluftansaugung
2-flutig oberhalb des Kühlmodules
Ansauggeräuschdämpfer mit Luftfilter
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Indirekte Ladeluftkühlung
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Kühlmodul Kühlung der Ladeluft: Niedertemperatur-
Kühlmittelkühler Kühlung des Motors: Haupt-Kühlmittelkühler
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Abgasanlage Niedriger Abgasendruck Motornahe Anordnung EU6 Akustik,
Wärmemanagement Optimierung
Bauteilgewicht
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NOx-Speicherkatalysator Kat und DPF in einem Gehäuse Dieselpartikelfilter aus SiC In Strömungsrichtung zonierte
katalytische Beschichtung Akustisch-thermische
Isolation aus Vlies mit Metallfolie
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Abgasanlage Vorschalldämpfer sowie
Nachschalldämpfer links und rechts Wandstärke von Röhren bzw.
Schalldämpfern auf 1,5 mm reduziert
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Betriebsmodi Aufladung 2-stufige
Aufladung 2-fache
Ladeluftkühlung Ladedrücke bis 4
bar (abs) 1400 kg/h
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Reibleistung
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Leistung und Drehmoment
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Fahrleistungen und Kraftstoff-verbrauch
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Emissionen
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