BMW M3 kommt mit V8-Triebwerk und 420 PS

Der Maßstab, den die neue Antriebseinheit zu übertreffen hatte, könnte höher kaum sein. Der 3,2 Liter-Reihensechszylinder hat weltweit Berühmtheit erlangt und zahlreiche Auszeichnungen gesammelt. Mehrfach "Engine of the Year" und zuletzt 252 kW/ 343 PS stark, machte er den BMW M3 nicht nur zum Nonplusultra in der Klasse der High-Performance-Sportwagen, sondern auch zum Bestseller. Dennoch: Alles hat seine Zeit. Der Reihensechszylinder verlässt die Bühne. Der Auftritt des V8 für den neuen BMW M3 beginnt.

Die technischen Daten des neuen Hochleistungstriebwerks belegen den enormen Fortschritt, der mit diesem Wechsel verbunden ist. Sein Hubraum beträgt 3.999 cm³, seine Leistung 309 kW/ 420 PS. Das maximale Drehmoment von 400 Newtonmetern beeindruckt ebenso wie die Höchstdrehzahl von 8.300/min^–1. Vom Start weg setzt sich der neue BMW M3 mit imponierender Performance an die Spitze.

Idealmaße für optimale Performance

Mit einem Volumen von 500 cm3 je Zylinder erfüllt das neue V8-Triebwerk bereits in seinen Hubraum-Maßen die Idealvorstellung anspruchsvoller Motorenkonstrukteure. Und auch die übrigen Konstruktionskriterien – von den Abmessungen und Füllmengen über die Bauteile-Anzahl bis hin zum Gewicht – stellen das Optimum dar.

Darüber hinaus besitzt der Achtzylinder die M spezifisch ausgelegten Eigenheiten der Serienautomobile wie Doppel-VANOS, Einzeldrosselklappen und eine leistungsstarke Motorelektronik. Zugleich deuten Zylinderanzahl, das M Hochdrehzahlkonzept und das geringe Gewicht unverkennbar darauf hin, dass sich seine Ingenieure vom Achtzylinder-Motor des BMW Sauber F1 Teams haben inspirieren lassen. Die Gemeinsamkeiten mit dem aktuellen Triebwerk der Marke in der Formel 1 sind vielfältig. Auch werden diverse technologische Grundprinzipien, Fertigungsverfahren und Materialien aus dem Formel-1-Motor für den Antrieb des neuen BMW M3 übernommen.

In seiner spezifischen Leistung überschreitet der neue V8-Motor die als Maßstab für besonders sportliche Kraftentfaltung geltende Marke von 100 PS je Liter Hubraum deutlich. Doch Leistung ist nicht alles. Das fahrdynamische Erlebnis wird entscheidend vom Beschleunigungsverhalten geprägt, das wiederum sowohl vom Fahrzeuggewicht als auch von der Schubkraft beeinflusst wird. Die Schubkraft an den Antriebsrädern ergibt sich aus dem Motordrehmoment und der Gesamtübersetzung. Das M Hochdrehzahlkonzept ermöglicht eine optimale Getriebe- und Hinterachsübersetzung und damit die Umsetzung einer beeindruckenden Schubkraft. Beim Motor des neuen BMW M3 haben die Ingenieure das Hochdrehzahlprinzip in eine neue Dimension gehoben. Die maximale Drehzahl des Achtzylinder-Motors beträgt 8.300/min^–1. Die zweite Komponente der Schubkraft, das Motordrehmoment, beträgt beim neuen V8-Antrieb 400 Newtonmeter bei 3.900 min^–1. Etwa 85 Prozent des maximalen Drehmoments sind über die enorme Drehzahlspannbreite von 6.500 min^–1 hinweg abrufbar. Schon bei 2.000 min^–1 liegen 340 Newtonmeter an.

Hohe Drehzahl, geringes Gewicht

Masse behindert Beschleunigung. Daher ist der V8 mit nur 202 Kilogramm ein ausgesprochenes Leichtgewicht. Selbst gegenüber dem Sechszylinder- Motor des Vorgängermodells beträgt die Gewichtsersparnis rund 15 Kilogramm. Das Gewicht von zwei zusätzlichen Zylindern wurde also deutlich überkompensiert. Hinzu kommt, dass das Hochdrehzahlkonzept prinzipiell einen leichten Antriebsstrang sowie sehr kurze Übersetzungen ermöglicht.

Gleichwohl rücken bei steigender Motordrehzahl unvermeidlich die Grenzen der Physik näher. Bei 8.300 Kurbelwellenumdrehungen in der Minute legt beispielsweise jeder der acht Kolben pro Sekunde einen Weg von 20 Metern zurück. Enorme Materialbelastungen treten dabei auf. Auch deshalb legten die Konstrukteure beim neuen Achtzylinder-Motor höchsten Wert auf möglichst geringe bewegte Massen.

Motorblock aus der Formel-1-Gießerei von BMW

Der Motorblock des neuen Achtzylinders stammt aus der BMW Leichtmetallgießerei in Landshut. Auch die Motorblöcke für die Formel-1-Boliden entstehen dort. Das Zylinderkurbelgehäuse besteht aus einer speziellen Aluminium-Silizium-Legierung. Statt herkömmlicher Laufbuchsen wird die Zylinderlaufbahn allein durch Freilegen der harten Siliziumkristalle erzeugt. Die eisenbeschichteten Kolben laufen direkt in dieser unbeschichteten, gehonten Bohrung.

Die hohen Drehzahlen, Verbrennungsdrücke und Temperaturen belasten das Kurbelgehäuse extrem. Es ist daher kompakt und verwindungssteif als Bedplate konstruiert, was eine sehr exakte Kurbelwellenlagerung gewährleistet. Auch die relativ kurze geschmiedete Kurbelwelle erweist sich als sehr biege- und torsionssteif. Dennoch wiegt sie nur etwa 20 Kilogramm.

Doppel-VANOS mit Niederdruck

Mit extrem kurzen Verstellzeiten perfektioniert die variable Nockenwellensteuerung Doppel-VANOS die Gaswechsel. Sie reduziert Ladungswechselverluste und verbessert so Leistung, Drehmoment und das Ansprechverhalten des Motors sowie den Kraftstoffverbrauch und die Abgasemissionen. Dem speziell für den Achtzylinder entwickelten Niederdruck M Doppel-VANOS genügt der normale Motoröldruck, um kürzeste Verstellzeiten zu erreichen. Last- und drehzahlabhängig stellen sie stets den optimalen Spreizungswinkel synchron zu Zündzeitpunkt und Einspritzmenge ein.

Sichere Ölversorgung auch bei extrem dynamischer Fahrweise

Zwei volumenstromgesteuerte Pendelschieberzellenpumpen versorgen den Achtzylinder mit Schmieröl. Dabei fördern sie jederzeit genau die Menge, welche der Motor benötigt. Eine dynamikoptimierte Nasssumpf-Ölschmierung sichert auch bei extremen Bremsmanövern die Schmierung. Das System weist zwei Ölsümpfe auf: einen kleinen vor dem Vorderachsträger und einen großen dahinter. Eine separate Rückförderpumpe saugt das Öl aus dem vorderen Ölsumpf ab und fördert es in den hinteren.

Acht Einzeldrosselklappen werden elektronisch geregelt

Die im Rennsport verbreitete Einzeldrosselklappe für jeden Zylinder ist unübertroffen, will man ein möglichst spontanes Ansprechverhalten des Motors erzielen. Das neue Triebwerk für den BMW M3 verfügt über acht Einzeldrosselklappen, von denen jeweils vier einer Zylinderbank von einem separaten Stellmotor bedient werden. Die Steuerung der Drosselklappen erfolgt vollelektronisch und blitzschnell. Dadurch wird ein feinfühliges Ansprechen des Motors im niedrigen Drehzahlbereich erreicht sowie eine unmittelbare Reaktion des Fahrzeuges beim Abrufen hoher Motorleistung.

Strömungsoptimierte Luftansaugung

Für ein spontanes Dynamikverhalten des Motors sind die Drosselklappen in den Saugrohren sehr dicht an den Einlassventilen platziert. Auch Länge und Durchmesser der Ansaugtrichter begünstigen die Schwingrohraufladung. Zur Gewichtsoptimierung bestehen Trichter und Luftsammler aus einem leichten Verbundwerkstoff mit 30-prozentigem Glasfaseranteil.

Innovative Abgasanlage

Die Auslegung der Abgasanlage für den neuen V8-Motor optimiert ihrerseits die Ladungswechsel zu Gunsten eines bestmöglichen Leistungs- und Drehmomentverhaltens. Auch bei dieser Komponente wurde entwicklungsseitig auf konsequenten Leichtbau geachtet.

Die Abgasrohre entstehen im Innenhochdruck-Umformverfahren (IHU). Dabei werden die gewünschten Konturen der Edelstahlrohre unter einem Druck von bis zu 800 bar von innen her ausgeformt. Das Ergebnis ist eine extreme Dünnwandigkeit von nur 0,65 bis 1,0 Millimeter. Dadurch lassen sich die Strömungswiderstände, das Gewicht sowie das Ansprechverhalten der Katalysatoren optimieren. Vier Katalysatoren reinigen die Abgase. Der Motor erfüllt die europäische EU4-Norm sowie die Bestimmungen der US-amerikanischen LEV 2-Klassifizierung.

Noch leistungsfähiger: das Motorsteuergerät

Eine Weiterentwicklung stellt auch die Motorsteuerung des V8-Antriebs dar. Sie koordiniert alle Motorfunktionen optimal. Beispielsweise ermittelt sie aus mehr als 50 Eingangssignalen zylinderindividuell und für jeden Arbeitstakt den optimalen Zündzeitpunkt, die ideale Füllung, die Einspritzmenge sowie den Einspritzzeitpunkt. Synchron dazu werden die optimale Nockenwellenspreizung errechnet und eingestellt sowie die jeweilige Stellung der acht Einzeldrosselklappen. Außerdem unterstützt das Steuergerät die M spezifischen Funktionen von Kupplung, Getriebe, Lenkung und Bremse.

Schließlich übernimmt die Motorsteuerung umfassende On-Board-Diagnoseaufgaben mit verschiedenen Diagnoseroutinen für die Werkstatt sowie weitere Funktionen und die Steuerung von Peripherieaggregaten.

Highlight in der Motorsteuerung: Ionenstromtechnologie

Ein Highlight der Motorsteuerung ist die Ionenstromtechnologie zur Erkennung von Motorklopfen sowie Zünd- und Verbrennungsaussetzern. Im Unterschied zu herkömmlichen Verfahren erfolgt dies direkt am Ort des Geschehens, nämlich im Verbrennungsraum. Hierzu wird über die Zündkerze in jedem Zylinder ein eventuelles Klopfen sensiert und geregelt. Gleichzeitig werden die korrekte Zündung kontrolliert und eventuelle Aussetzer erkannt. Die Zündkerze wirkt also als Aktuator für die Zündung und als Sensor zur Beobachtung des Verbrennungsprozesses. Sie unterscheidet damit zwischen Verbrennungs- und Zündaussetzern. Diese doppelte Funktionalität der Zündkerze erleichtert auch die Diagnose bei Wartungs- und Servicearbeiten.

Mehr Effizienz und Dynamik dank Brake Energy Regeneration

Um die Effizienz des neuen V8-Motors noch weiter zu steigern, wird mit der Brake Energy Regeneration ein intelligentes Energiestrommanagement betrieben, das die Erzeugung von Strom für das Bordnetz auf die Schub- und Bremsphasen konzentriert. Auf diese Weise wird die Fahrzeugbatterie geladen, ohne dass dazu auf die Motorleistung und damit auf die im Kraftstoff enthaltene Energie zugegriffen werden muss. Während der Zugphasen des Motors bleibt der Generator dagegen im Regelfall abgekoppelt. Neben einer besonders effizienten Stromgewinnung führt dies auch dazu, dass beim Beschleunigen mehr Antriebskraft zur Umsetzung in Fahrdynamik zur Verfügung steht.