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Acht oder vier: Neuer V8-Saugmotor von AMG mit Zylinderabschaltung

Ein neuer 5,5-l-V8-Motor kommt nun aus dem Hause Mercedes-AMG. Die Neuentwicklung mit einem Hubraum von 5461 Kubikzentimeter soll kraftvolle Achtzylinder-Leistung mit ökonomischen Verbrauchswerten eines Vierzylinders verbinden. Für Effizienz des Aggregates soll die von der Daimler-Tochter neu entwickelte Zylinderabschaltung AMG Cylinder Management sorgen, wie es aus Affalterbach heißt. Der AMG-5,5-l-V8-Motor (M 152) mit Zylinderabschaltung und Benzindirekteinspritzung kommt exklusiv im neuen SLK 55 AMG zum Einsatz, der im September auf der Internationalen Automobil-Ausstellung IAA in Frankfurt am Main seine Weltpremiere feiern wird.

Im Vergleich zum Vorgängerantrieb konnte die Leistung um 45 Kilowatt auf 310 Kilowatt gesteigert, das Drehmoment von 510 auf 540 Newtonmeter verbessert werden. Der Verbrauch soll mit 8,5 Liter pro 100 Kilometer (Neuer Europäischer Fahrzyklus gesamt (NEFZ), vorläufige Werte) 3,5 Liter unter dem Wert des Vorgängers liegen - eine Verbesserung um 30 Prozent, nennt das Unternehmen Zahlen. Die CO2-Emissionen konnten ebenso reduziert werden, wie es heißt: Sie werden nun mit 199 Gramm pro Kilometer (NEFZ gesamt, vorläufige Angaben) angegeben.

Der neue V8-Saugmotor basiert auf dem 2010 vorgestellten AMG-5,5-l-V8-Biturbomotor M 157, der in den Modellen E 63 AMG, CLS 63 AMG, S 63 AMG und CL 63 AMG zum Einsatz kommt. Zahlreiche Komponenten und Systeme wie Hubraum, Bohrung-Hub-Verhältnis, Zylinderabstand, Stopp-Start-System und Benzindirekteinspritztechnik sind identisch, wie es heißt. Vom M 157 unterscheidet er sich unter anderem durch die neue Ansaugluftführung, neue Zylinderköpfe, den modifizierten Ventiltrieb, einen angepassten Ölhaushalt und ein optimiertes Kurbelgehäuse.

Der Ottomotor verfügt über eine Benzindirekteinspritzung mit 200 bar Druck, strahlgeführte Verbrennung und Piezo-Injektoren in Verbindung mit kennfeldgesteuerter Zylinderabschaltung, brillengehontem Vollaluminium-Kurbelgehäuse, Vierventil­technik mit kontinuierlicher Nockenwellenverstellung, eine hohe Verdichtung von 12,6 : 1, Start-Stopp-System und Generatormanagement. Dabei erreicht er laut Daimler-Tochter Maximaldrehzahlen von über 7000 1/min. All diese konstruktiven Maßnahmen führen zu einem thermodynamisch hohen Wirkungsgrad, erklärt das Unternehmen. Zudem soll die Entscheidung für einen großvolumigen Achtzylindersaugmotor mit Zylinder­abschaltung den Zielkonflikt aus hohem Leistungs- und Drehmomentangebot bei gleichzeitig niedrigen Verbrauchswerten lösen.

Die neu entwickelte Zylinderabschaltung soll den Wirkungsgrad deutlich steigern: Im Teillastbereich werden die Zylinder zwei, drei, fünf und acht abgeschaltet, was den Kraftstoff­verbrauch entscheidend absenkt, erklärt das Unternehmen. Die Technologie komme in ähnlicher Weise auch bei den rund 552 Kilowatt starken V8-Motoren aus der Formel 1 zum Einsatz. Da auch in dieser Motorsportklasse die Effizienz eine wichtige Rolle spiele, würden bei geringer Lastanforderung – beispielsweise bei langsamen Kurvenfahrten, in Safety-Car-Phasen oder beim Boxenstopp - vier oder sechs Zylinder durch Abschalten der Kraftstoffeinspritzung deaktiviert. Die Zylinderabschaltung des neuen Motors ist im Drehzahlbereich von 800 bis 3600 1/min verfügbar, wenn der Fahrer das Getriebe-Fahrprogramm "C" Controlled Efficiency gewählt hat, wird erläutert. Das Hauptmenü im Kombiinstrument informiert den Fahrer, ob die Zylinderabschaltung aktiv ist und ob der Motor aktuell im Vier- oder Achtzylinderbetrieb läuft. Im Vierzylindermodus stehen 230 Newton­meter zur Verfügung, heißt es. Sobald der Fahrer den Wunsch nach mehr Leistung verspüre und den Teillastbereich verlasse, schalten sich die Zylinder zwei, drei, fünf und acht zu. Der Übergang vom Vierzylinder- in den Acht­zylinderbetrieb erfolgt spontan, schnell und momentenneutral, sodass die Insassen keinerlei Komforteinbußen spüren, wird erklärt. Bei einer Motordrehzahl von 3600 1/min erfolge der Zuschaltvorgang in 30 Millisekunden.

Möglich soll dies das Zusammenspiel der leistungsfähigen Motorsteuerung mit 16 hydraulisch schaltbaren Ausgleichselementen und der komplexen Ölversorgung im Zylinderkopf machen. Die schaltbaren Ausgleichselemente sind in den Zylinderköpfen integriert und halten die jeweiligen Einlass- und Auslassventile der Zylinder zwei, drei, fünf und acht geschlossen, erläutert der Hersteller. Parallel dazu würden auch die Kraftstoffzufuhr und die Zündung deaktiviert. Auf diese Weise sollen sich nicht nur die Ladungswechselverluste der vier abgeschalteten Zylinder reduzieren lassen, vielmehr soll sich gleichzeitig auch der Wirkungsgrad der anderen weiter betriebenen Zylinder erhöhen lassen. Und zwar durch die Verlagerung des Betriebspunktes hin zu höheren Lasten. Die Ausgleichselemente seien kompakt und leicht ausgeführt, auf diese Weise sei ein steifer Ventiltrieb realisiert worden, der hohe Drehzahlen von bis zu 7200 1/min ermögliche.

Das Kurbelgehäuse des neuen V8-Motors ist als Vollaluminium-Bauteil in Druckgusstechnik hergestellt. Das Gewicht des Motors wird mit 187 Kilogramm (trocken) angegeben. Die Lagerdeckel für die Kurbelwellen-Hauptlager bestehen aus Grauguss und sind im Sinne hoher Steifigkeit mit dem Kurbelgehäuse und zusätzlich seitlich verschraubt, heißt es. Zur Minimierung der inneren Reibung und zur Optimierung des Verschleiß­verhaltens seien die Kolbenringe mit Kohlenstoff beschichtet. Eine geringe Reibung der acht Kolben sollen ebenso die eingegossenen Silitec-Laufbuchsen sicher stellen. Eine weitere Maßnahme, die Reibung und damit den Verbrauch zu reduzieren, sei die so genannte Brillenhonung: Bei diesem Prozess wird die mechanische Oberflächenbehandlung der Laufbuchsen im verschraubten Zustand durchgeführt, wird erklärt. Da ein montierter Zylinderkopf die Bearbeitung nicht mehr ermöglichen würde, werde eine Art Brille auf das Kurbelgehäuse geschraubt. Die Zylinderlaufbuchsen verformen sich wie mit montiertem Zylinderkopf und werden dann erst mechanisch bearbeitet. Dadurch sollen alle statischen Verzüge, die in den Laufbuchsen durch das Anziehen der Zylinderkopfschrauben entstehen, so vollständig eliminiert werden können. Als weitere Maßnahmen zur Optimierung des Wirkungsgrades nennt das Unternehmen gewichtsoptimierte Aluminium-Gusskolben mit spezieller Kolbenhemdbeschichtung, spezielle Ventilationsbohrungen im Kurbelgehäuse, eine Ölpumpe mit elektrisch geregelter Druckstufe, eine separate Ölpumpe für die Zylinderabschaltung als reibleistungsoptimierte und regelbare Flügelzellenpumpe, eine Motorwasserkühlung nach Querstromprinzip, den elektronisch geregelter Kraftstoffdruck, vollvariabel und bedarfsgerecht zwischen 100 und 200 bar.

Die Füllung der Brennräume gewährleisten die groß dimensionierten Einlass- und Auslassventile - jeweils vier pro Zylinder, wie es heißt. Die thermisch hoch belasteten Auslassventile seien hohl gebohrt und natriumgekühlt. Vier oben liegende Nockenwellen betätigen über reibungsoptimierte Rollenschlepphebel 32 Ventile. Die stufenlose und variable Verstellung der Nockenwellen auf der Ein- und Auslassseite geschehe last- und drehzahlabhängig im Bereich von 40 Grad Kurbelwellenwinkel und führe zu hohen Leistungs- und Drehmomentwerten. Je nach Motordrehzahl soll die Ventilüberschneidung im Sinne einer optimalen Versorgung der Brennräume mit Ansaugluft und einem bestmöglichen Ausstoßen der Abgase variiert werden können. Die Steuerung der variablen Nockenwellenverstellung erfolgt hydraulisch über vier so genannte Schwenkflügelversteller. Diese werden elektromagnetisch angesteuert und vom Motorsteuergerät geregelt. Drei Hochleistungszahnketten übernehmen die Nockenwellenbetätigung, sie bieten im Vergleich zu Zylinderrollenketten deutliche Vorteile beim Geräuschkomfort, erklärt das Unternehmen.

Einen weiteren Beitrag zum niedrigen Kraftstoffverbrauch soll ebenfalls das Generatormanagement leisten: In jeder Schubphase des V8-Motors und beim Bremsen werde kinetische Energie zum Laden der Batterie genutzt und nicht in Abwärme umgewandelt. In allen anderen Betriebsbereichen könne durch die Kombination von Bordnetz- und Generatormanagement der Generator auf einem niedrigen Spannungsniveau gehalten werden. Dies entlaste den Motor und ermögliche eine Kraftstoffersparnis: Rund 0,15 Liter auf 100 Kilometer nach NEFZ-Norm und bis zu 0,2 l/100 km im Stadtverkehr mit häufigen Schub- und Bremsphasen, berichtet das Unternehmen.

Die Ausführung und Kontrolle sämtlicher Motorfunktionen übernimmt das Steuergerät vom Typ Bosch MED 17.7.3. Der Motorcomputer regelt nicht nur die Benzindirekteinspritzung, die Zylinderabschaltung und die variable Ölversorgung, sondern kommuniziert auch mit allen anderen Steuergeräten des Fahrzeugs, erklärt der Hersteller. Der Mikroprozessor habe über 30.000 verschiedene Kenngrößen und Funktionen gespeichert und könne bis zu 260 Millionen Einzeloperationen pro Sekunde vornehmen. Zur Entlastung des Motorsteuergeräts verfügen die acht einzelnen Zündspulen über einen integrierten Elektronikbaustein an jedem Zylinder, die so genannten Zünd­endstufen; sie sorgen für einen kräftigen Zündfunken in jedem Drehzahl- und Lastzustand, wird erläutert. Acht Hochvolt-Endstufen übernehmen die Ansteuerung der Piezo-Injektoren.

Die Entwicklung des neuen 5,5-l-V8-Saugmotors startete im Jahr 2008, gibt das Unternehmen an. Auf Basis des Biturbo-Achtzylinders M 157 wurden die ersten Entwürfe berechnet, konstruiert und in der Simulation bestätigt. Auf verschiedene Attrappen- und Komponententests folgten zahlreiche Versuchsreihen, bevor sie im Konzeptmotor zum Einsatz kamen, wird berichtet. Der Fokus habe dabei auf der höchstmöglichen Systemverfügbarkeit der Zylinderabschaltung gelegen, mit dem Ziel, eine maximale Kraftstoffersparnis zu generieren.
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