Die Verbrauchsschraube bei Otto- und Dieselmotoren wird immer mehr angezogen. Neue Aggregate konsumieren nicht nur weniger Kraftstoff, sondern sind bei vergleichsweise kleinen Hubräumen sehr leistungsstark. Darunter zu finden sind zwei neue 4-Zylinder-Benzinaggregate von Audi und BMW mit 1,8 l bzw. 2,0 l Hubraum.

Audi und BMW entwickelten zwei Ottomotoren, die einige ähnliche Ansätze, aber auch deutliche Unterschiede zeigen. Die neuen 4-Zylinder-Benziner von BMW werden in mehreren Leistungsstufen im Bereich von 135 kW bis 180 kW angeboten, bisher setzten die Münchner für diese Leistung auf 6-Zylinder-Saugmotoren – diese Zeiten scheinen vorbei. Ein 320i wird so zukünftig von einem aufgeladenen Vierzylinder angetrieben.

Bei diesem Motor wird laut BMW erstmals das Lichtbogen-Drahtspritzen zur Laufflächenbeschichtung in der Großserie eingesetzt. Dabei wird eine im Vergleich zur Graugussbuchse sehr dünne Eisenlegierung auf die mit Hochdruck-Emulsionsstrahlen vorbehandelte Laufbahn per Lichtbogen aufgetragen. Die Dicke der Beschichtung ist mit den Prozessparametern einstellbar. BMW hat sich für 0,3 mm entschieden. Diese neue Technik böte gegenüber Graugussbuchsen Vorteile wie: bessere Wärmeabfuhr, mehr Spielraum für gezielte Stegkühlung und weniger Gewicht.

Bei der Abgasturboaufladung setzen die Münchener konsequent auf die Flutentrennung zwischen den sich störenden Zylindern beim Ladungswechsel. Um diese Flutentrennung auch an der Turbine wirksam zu nutzen, ist auch das Gehäuse der Turbine bis an das Rad der Turbine heran in der „Twin-Scroll“-Technik ausgeführt.

Die Magnetventilinjektoren spritzen mit bis zu 200 bar das Benzin in den Brennraum, die Düsen haben sechs Löcher (0,2 mm). Besonders die Kleinstmengenfähigkeit und -konstanz standen bei der Entwicklung im Fokus.

Im BMW X1 xDrive 20i und 28i sowie in der 5er-Baureihe werden die 2,0-l-Varianten mit 135 kW (270 Nm) bzw. 180 kW (350 Nm) bereits angeboten – in der neuen 3er-Limousine startet im Februar 2012 im 328i die 180-kW-Variante. Beim 28i-Motor steht das max. Drehmoment von 350 Nm ab 1250 min-1 bis 4800 min-1 zur Verfügung. Im Vergleich zum vorherigen 6-Zylinder im X1 sinkt laut BMW der Benzinverbrauch im Normzyklus um 16 % auf 7,9 l/100 km (183 g CO2/km).

Der 1,8-l-Vierzylinder von Audi entwickelt 125 kW und bietet von 1500 min-1 bis 3700 min-1 ein Drehmoment von 320 Nm. Weitere Varianten sind geplant. Beim Einspritzdruck setzen auch die Ingolstädter auf max. 200 bar. Das bekannte „Valvelift“-System ergänzt Audi bei diesem Motor mit einem Nockenwellenversteller an der Auslassseite.

Überhaupt kein Konsens besteht dagegen bei der Wahl des Materials für das Kurbelwellengehäuse. Audi setzt auf Grauguss mit 3 mm Wandstärke, BMW auf Aluminium (Al). Dass auch Gusseisen, wie ihn das Eisenwerk Brühl verarbeitet, ein Leichtbauwerkstoff sein kann, zeigt der Gewichtsvergleich (DIN 70020 GZ): Der Audi-Motor aus Grauguss mit Lamellengraphit (GJL) wiegt 131,5 kg, der von BMW aus Al (AlSi9Cu3) 143 kg.

Damit der Vorschlag der EU-Kommission für Abgasnorm EU6 bei Partikelmasse und -anzahl in umsetzbare Nähe rückt, wurde vor allem bei dem Einspritzsystem viel Aufwand getrieben. Neben der Hochdruckdirekteinspritzung (FSI) setzt Audi – ähnlich wie Lexus bereits in zwei 6-Zylindermotoren und im V8 – eine zusätzliche Mehrpunkteinspritzung (Multi Point Injection) ein – die MPI sind von Bosch. Im Teillastbereich versorgen ihre Niederdruckinjektoren die Brennräume mit Benzin, beim Start und bei höheren Lasten übernehmen die Hochdruckeinspritzventile der FSI die Versorgung der Zylinder.

Das Benzin bekommen die Injektoren der MPI aus einer Kunststoffkraftstoffleitung. Die Steuerung der Einspritzmenge übernimmt ein integrierter Niederdrucksensor. Laut Audi ist das zweite separate Einspritzsystem im Vergleich zu Sekundärmaßnahmen auch aus Kostensicht eine hochattraktive Lösung, die in bestimmten Kennfeldbereichen darüber hinaus den Benzinverbrauch senkt.

Interessant ist auch das Thermomanagement des Motors. Die beiden Hauptkomponenten sind der in den Zylinderkopf integrierte Abgaskrümmer und ein Drehschiebermodul aus Kunststoff, in dem zwei Drehschieber den Kühlwasserfluss regeln.

Im Warmlauf unterbindet ein Drehschieber den Eintritt des Wassers in das Kurbelgehäuse (stehendes Wasser). Schaltet der Fahrer die Heizung ein, arbeitet im autarken Heizkreislauf eine Zusatzwasserpumpe, die warmes Wasser aus dem Abgaskrümmer zu den Wärmetauschern des Innenraums pumpt. Der Drehschieber bleibt weiterhin geschlossen.

Die autarke Heizung erfüllt die Komfortansprüche und der Motor wird trotzdem schnell aufgeheizt. In Abhängigkeit von der Wassertemperatur öffnet sich langsam der Drehschieber. Der andere Drehschieber regelt ab einer definierten Wassertemperatur die Erwärmung des Motorenöls. Laut Audi sorgt dieses ausgefeilte Thermomanagement für eine CO2-Reduktion von 2,5 g/km im Normzyklus.

Ressortleiter Infrastruktur bei VDI nachrichten. Fachthemen: Automobile, Eisenbahn, Luft- und Raumfahrt.

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