BMW M5 V10-Motor: Hochdrehzahl-Triebwerk für die Straße

26.06.2004

Zehn Zylinder, fünf Liter Hubraum, 507 PS Leistung und 520 Newtonmeter Drehmoment markieren eine Spitzenposition im Serien-Motorenbau.

Der V10-Motor des neuen BMW M5 verkörpert einen der faszinierendsten Antriebe für ein Serienautomobil. Die neue BMW-Maschine hat mit dem Formel-1-Rennmotor von BMW WilliamsF1 nicht nur die Anzahl der Zylinder gemein, sondern auch das Hochdrehzahlkonzept. Der V10 stellt das derzeit einzige Hochdrehzahl-Triebwerk in einer Serienlimousine dar. Mit zehn Zylindern, fünf Litern Hubraum, 507 PS Leistung und 520 Newtonmetern Drehmoment ist der M5 zugleich das stärkste Serienmodell der Bayern.

Aber Leistung ist nicht alles. Vor allem kommt es auf das Beschleunigungsverhalten und damit auf die Fahrdynamik an. Diese hängt von der tatsächlich generierten Schubkraft und dem Fahrzeuggewicht ab. Die Schubkraft an den Antriebsrädern ergibt sich aus dem Motordrehmoment und der Getriebeübersetzung. Das Hochdrehzahlkonzept ermöglicht eine optimale Getriebeübersetzung und damit die Umsetzung einer beeindruckenden Schubkraft.

Mit 8 250 min-1 stößt der Zehnzylinder dabei in eine Drehzahlregion vor, die bis vor kurzem reinrassigen Rennwagen vorbehalten war. Gegenüber dem bisherigen M5 Achtzylinder beträgt die Leistungssteigerung mehr als 25 Prozent. Der M5 überschreitet damit sogar die 100-PS-je-Liter-Grenze.

Befüllanlage der Bedplate-Abdichtung

BMW ist vor allem für seine Reihenmotoren berühmt. Die beiden Fünfzylinderreihen des V10 sind für einen schwingungs- und komfortoptimierten Massenausgleich des Kurbeltriebs im Winkel von 90 Grad angeordnet. BMW setzt beim neuen M5 Motor erstmals eine Bedplate-Konstruktion in einem serienmäßigen V-Motor ein. Vor allem aus Steifigkeitsgründen, d. h. wegen der hohen Belastungen aus Verbrennungsdruck, Drehzahl und Schwingungen, wurde für das Kurbelgehäuse diese Konstruktionsweise gewählt. Für eine optimale Lagerung der Kurbelwelle sind Grauguss-Inlays in das Bedplate aus Aluminium eingegossen. Diese beeinflussen auch den Akustik- und Schwingungskomfort und den hohen Öldurchsatz positiv. Die extrem steife Kurbelwelle ist 6fach gelagert.

Die einteiligen Aluminium-Zylinderköpfe des V10-Motors sind bankspezifisch aufgebaut und verfügen über vier Ventile je Zylinder. Der Ventiltrieb ist in allen Bauteilen auf geringe Masse ausgelegt. So kommen erstmals bei M Motoren gewichts- und strömungsoptimierte Ventile mit Fünf-mm-Schaft, ballige Tassenstößel mit Hydraulischem Ventilspielausgleich (HVA) und Einfach-Ventilfedern zum Einsatz. Die so erreichte Massenreduzierung ist Voraussetzung für das Hochdrehzahlkonzept.

Das Schnittmodell zeigt den Zylinderkopf von vorne mit der VANOS-Einheit

Die variable Nockenwellensteuerung Doppel-VANOS sorgt im M5 Motor für einen optimal angepassten Gaswechsel. Damit können extrem kurze Verstellzeiten realisiert werden. In der Praxis heißt das: mehr Leistung, besserer Drehmomentverlauf, optimales Ansprechverhalten, weniger Verbrauch und schadstoffärmeres Abgas. Denn durch die Doppel-VANOS-Technik können Einlass- und Auslassventile in jeder Fahrsituation zum jeweils optimalen Zeitpunkt öffnen oder schließen.

Atemluft holt sich der Saugmotor durch zehn strömungsoptimierte Ansaugtrichter aus zwei Luftsammlern. Rennsport-typisch verfügt jeder Zylinder über eine eigene Drosselklappe. Alle Klappen werden simultan betätigt. Um einerseits ein feinfühliges Ansprechen des Motors im niedrigen Geschwindigkeitsbereich zu ermöglichen und andererseits auch beim Abrufen hoher Motorleistung eine unmittelbare Reaktion des Fahrzeuges zu erreichen, werden die Drosselklappen vollelektronisch gesteuert.

Die Abgasanlage des neuen M5 Motors aus nahtlos gefertigtem Edelstahl wird zweiflutig bis in die Schalldämpfer geführt, bevor das Abgas das System schließlich durch die vier Endrohre verlässt. Die Abgase erfüllen die europäische EU4-Norm beziehungsweise die US-amerikanische LEV 2.

Verantwortlich für die hervorragenden Leistungs- und Abgasdaten des V10 ist im wesentlichen die Motorsteuerung MS S65. Keine andere Motorsteuerung weist mit mehr als 1000 Einzelbauteilen eine solche Packagedichte auf. Ihre Prozessoren sind die leistungsstärksten, die derzeit für die Anwendung im Automobil freigegeben sind, denn die Anforderungen an die Leistungsfähigkeit der Motorsteuerung liegen wegen der hohen Drehzahlen sowie der Summe an Steuerungs- und Regelungsaufgaben besonders hoch. Schließlich errechnet sie aus mehr als 50 Eingangssignalen zylinderindividuell und für jeden einzelnen Arbeitstakt den optimalen Zündzeitpunkt, die ideale Füllung, die Einspritzmenge sowie den Einspritzzeitpunkt. Synchron dazu wird die optimale Nockenwellenspreizung errechnet und eingestellt, ebenso die jeweilige Stellung der zehn Einzeldrosselklappen.

Basismotor mit Ionenstromsteuergerät und Ansaugtrichtern

Ein Highlight des Motorsteuergeräts ist die Ionenstromtechnologie zur Erkennung von Motorklopfen, Zünd- und Verbrennungsaussetzern. Sie ermöglicht es, über die Zündkerze in jedem Zylinder eventuelles Klopfen festzustellen, die korrekte Zündung zu kontrollieren beziehungsweise eventuelle Aussetzer zu erkennen. Die Zündkerze wirkt somit gleichzeitig als Aktuator - für die Zündung - und als Sensor zur Beobachtung des Verbrennungsprozesses. Die Ionenstrommessung erfolgt direkt in der Verbrennung. Der so genannte Ionenstromsatellit empfängt die Signale von den fünf Zündkerzen einer jeden Zylinderbank. Er verstärkt diese lastabhängig und übermittelt sie an die Motorsteuerung, die diese dann analysiert und beispielsweise über die Klopfregelung den Zündzeitpunkt zylinderselektiv ideal an den Verbrennungsvorgang anpasst. Der Fahrer des M5 profitiert davon in Form eines verbesserten Kraftstoffverbrauchs sowie einer höheren Drehmoment- und Leistungsausbeute.

Mit dem Siebengang-SMG-Getriebe steht genau das Schaltgetriebe zur Verfügung, das die Kraft des V10-Motors ideal über den Antriebsstrang zu den Rädern transportiert. BMW M bietet mit diesem Getriebe ein sequenziell zu schaltendes Getriebe mit sieben Gangstufen und Drivelogic-Funktion. Das SMG erlaubt sowohl manuelle Gangwahl mit extrem kurzen Schaltzeiten als auch komfortables Cruisen dank automatisierter Gangwahl. Ebenso sind geringere Drehzahl- und Momentensprünge die Folge der zusätzlichen Gangstufe.

Das Siebengang-SMG-Getriebe wird entweder über den Mittelschalthebel oder über so genannte Paddles am Lenkrad geschaltet. Gegenüber dem bisherigen SMG-Getriebe erledigt die neue SMG Generation den Schaltvorgang aber um 20 Prozent schneller. Der Gangwechsel erfolgt nahezu "fließend" und erheblich schneller, als dies selbst geübte Fahrer bewerkstelligen könnten. Damit sind die beim Schalten unvermeidlichen Kraftflussunterbrechungen kaum noch wahrnehmbar. Der M5 beschleunigt fast ruckfrei aus dem Stand bis zur Höchstgeschwindigkeit.

Durch die Drivelogic-Funktion des SMG stehen dem Fahrer insgesamt elf Schaltoptionen zur Verfügung, mit denen er die Schaltcharakteristik des SMG seiner gewünschten Fahrweise individuell anpassen kann. Sechs dieser Fahrprogramme lassen sich innerhalb der sequenziellen Handschaltfunktion (S-Modus) vorwählen. Sie reichen von ausgeglichen dynamisch bis sehr sportlich. Im S-Modus schaltet der Fahrer stets von Hand. In der Funktion Launch Control schaltet das SMG Drivelogic jedoch selbst optimal knapp vor Erreichen der jeweiligen Höchstdrehzahl und mit optimal geregeltem Schlupf, bis der M5 seine Höchstgeschwindigkeit erreicht. Im automatisierten Schaltmodus D (Drive)-Modus schaltet das Getriebe die sieben Gänge grundsätzlich selbsttätig. Dies erfolgt abhängig vom jeweils gewählten Fahrprogramm, der jeweiligen Fahrsituation, der Geschwindigkeit und der Gaspedalstellung.

Die komplette Abgasanlage mit Auspuffkrümmern

Das Siebengang-SMG-Getriebe bietet auch viele Sicherheitsfeatures. So öffnet es in kritischen Fahrsituationen - etwa beim Zurückschalten auf glatter Fahrbahn - blitzschnell die Kupplung, damit der M5 bei einem zu hohen Motorschleppmoment an den Antriebsrädern nicht ausbricht. Andere Spezialfunktionen sind der Steigungsassistent, der für kurze Zeit ein rückrollfreies Anfahren an Steigungen ermöglicht, sowie die Bergerkennung, die an Steigungen und Gefällen die Schaltpunkte verschiebt. Bergauf werden dadurch Pendelschaltungen vermieden. Bergab hält die Bergerkennung die niederen Gänge länger, um die Bremswirkung des Motors besser zu nutzen.

Im Hochleistungstriebwerk des neuen BMW M5 spiegelt sich die gesamte Kompetenz der Münchener im Motorenbau wider. Das stärkste Pkw-Serientriebwerk der Unternehmensgeschichte entsteht zusammen mit anderen BMW Sondermotoren auf einer hochflexiblen Fertigungslinie im BMW Werk München. Sowohl in der mechanischen Fertigung als auch in der Montage des Hochdrehzahl-Aggregats gelten strengste Qualitätsmaßstäbe. Wegen der außergewöhnlichen Belastung von Materialien und Teilen des Hochdrehzahl-Aggregats sind die Anforderungen an die Oberflächengüte und die Fertigungstoleranzen enorm. Einige Bauteile werden deshalb mit einer Genauigkeit von bis zu 1_1000 Millimeter bearbeitet. Die Codierung der Kernbauteile ermöglicht es, den Werdegang jedes dieser Komponenten vom Wareneingang über die mechanische Fertigung bis hin zum Einbau zu verfolgen. Durch einen - jedem einzelnen Motor zugeordneten - Datenträger wird per Datenübertragung an die Montagestationen sichergestellt, dass stets die richtigen Teile und Werkzeuge zum Einsatz kommen.

(Text: Pressetext / rr)
(Fotos: BMW)

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