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“AMG Performance 2015“: Performance und Effizienz in Perfektion – Entwicklungsziele und Konstruktion
von Philipp Deppe | 10.März 2010
Emotionale Höchstleistung und enormes Drehmomentangebot, agile Kraftentfaltung und charakteristischer Motorsound, Langstreckentauglichkeit und Mercedes-typische Zuverlässigkeit:
Die Erwartungen an ein neues High-Performance-Triebwerk von Mercedes-AMG sind hoch – so auch beim allerersten Achtzylinder-Motor mit Biturboaufladung. Dabei gewinnen zwei Kriterien immer mehr an Bedeutung: Effizienz und Ökonomie. Mercedes-AMG stellt sich den Herausforderungen der Zukunft und beweist, dass sich faszinierende Dynamik und niedrige Verbrauchswerte perfekt kombinieren lassen.
Der neue AMG 5,5-Liter-Biturbomotor vereint Performance mit Effizienz in bislang nicht gekannter Art. Möglich macht es die einzigartige Kombination aus innovativen Hightech-Systemen, wie Benzin-Direkteinspritzung, Biturboaufladung mit Luft-Wasser-Wärmetauscher und Controlled Efficiency Stopp-Start-Funktion. Sein Marktdebüt feiert der Achtzylinder-Biturbomotor im neuen S 63 AMG im September 2010. Mercedes-AMG folgt mit seinem neuen V8-Biturbo konsequent dem Trend zur Effizienzsteigerung: Mit einem Hubraum von 5461 Kubikzentimeter bleibt er um exakt 747 cm3 unterhalb des 6208 cm3 großen AMG 6,3 Liter-V8-Saugmotors. Dennoch überbietet er diesen in punkto Leistung und Drehmoment deutlich. Der AMG 5,5-Liter-V8-Biturbomotor entwickelt eine Höchstleistung von 400 kW (544 PS) und ein maximales Drehmoment von 800 Newtonmetern. In Verbindung mit dem AMG Performance Package steigen die Werte auf 420 kW (571 PS) und 900 Newtonmeter. Speziell der Blick auf die Drehmomentwerte verdeutlicht: Kein anderes Triebwerk dieser Leistungsklasse erreicht die Werte des neuen Mercedes-AMG-Biturbomotors.
Trotz deutlichem Plus an Leistung von 14 kW (19 PS) bzw. 34 kW (46 PS) und Drehmoment von 170 bzw. 270 Newtonmeter gegenüber dem 386 kW (525 PS) und 630 Newtonmeter starken V8-Saugmotor konnten die AMG Motorexperten Kraftstoffverbrauch und CO2-Emissionen erheblich absenken: Der neue S 63 AMG konsumiert nach NEFZ gesamt nur 10,5 Liter je 100 Kilometer (vorläufige Angabe) und unterbietet das Vorgängermodell um 3,9 Liter. Dies bedeutet eine Verbrauchsreduzierung um über 25 Prozent – für Motorfachleute ein Quantensprung. Genauso eindrucksvoll ist die Betrachtung der CO2-Emissionen: Der Wert von 246 Gramm pro Kilometer (vorläufige Angabe) liegt um 28,5 Prozent unter dem des Vorgängers (344 g/km).
Die Zielerfüllung in den Bereichen Effizienz und Umweltverträglichkeit hat keinerlei negative Auswirkungen auf die Dynamik. Im Gegenteil, der neue AMG 5,5-Liter-V8-Biturbomotor erfüllt das AMG Markenversprechen „Performance“ zu 100 Prozent: Der S 63 AMG beschleunigt von null auf 100 km/h in 4,5 Sekunden und ist maximal 250 km/h schnell (elektronisch begrenzt). Mit AMG Performance Package absolviert die High-Performance-Limousine die Beschleunigung von null auf Tempo 100 in 4,6 Sekunden und erreicht eine Höchstgeschwindigkeit von 300 km/h (elektronisch begrenzt).
Die wichtigsten Daten im Überblick:*
Kombination aus Biturboaufladung und Benzin-Direkteinspritzung
Mercedes-AMG präsentiert mit der Kombination Biturboaufladung und Benzin-Direkteinspritzung mit strahlgeführter Verbrennung ein attraktives Hightech-Paket. Die innovative Einspritztechnik bringt entscheidende Vorteile beim Kraftstoffverbrauch und den Abgas-Emissionen. Der Grund liegt im höheren thermodynamischen Wirkungsgrad. Besonders schnelle und präzise arbeitende Piezo-Injektoren spritzen den Kraftstoff in die Brennräume und sorgen für eine homogene Gemischwolke und eine besonders effektive Verbrennung.
Eine elektrische Niederdruckpumpe fördert den Kraftstoff mit sechs bar Druck vom Tank zu einer Hochdruckpumpe im Motorraum. Der Kraftstoffdruck in der Hochdruckrail wird vollvariabel und bedarfsgerecht zwischen 100 und 200 bar geregelt.
Zwei Abgasturbolader, effiziente Luft-Wasser-Ladeluftkühlung
Zwei neben den Zylinderbänken angebrachte Abgasturbolader versorgen die acht Zylinder mit Frischluft. Bei einer Maximaldrehzahl von 185.000 Umdrehungen pressen beide Turbolader bei Volllast 1750 kg pro Stunde in die Brennräume. Der maximale Ladedruck beträgt 1,0 bar, in Verbindung mit AMG Performance Package 1,3 bar. Durch ihre spezielle und kompakte Bauform – die Turbinengehäuse sind mit dem Abgaskrümmer verschweißt – ergeben sich nicht nur deutliche Platzvorteile, dies begünstigt auch das Aufheizen der Katalysatoren.
Der neue AMG-V8 kommt als erster Turbomotor ohne das üblicherweise verwendete Schubumluftventil aus. Durch diesen Kunstgriff konnte das Verdichtergehäuse äußerst kompakt gestaltet werden. Für ein agiles, verzögerungsfreies Ansprechen des Motors sind sämtliche Luftführungen im Ansaugtrakt so kurz wie möglich gestaltet. Das Wastegate-Ventil, das bei negativen Lastsprüngen Druck im Abgassystem abbaut, steuern die AMG Experten mittels Unterdruck über einen elektropneumatischen Wandler an. Dies ermöglicht eine Entdrosselung im Teillastbereich, was wiederum den Kraftstoffverbrauch absenkt.
Wie schon beim AMG 6,0-Liter-V12-Biturbomotor kommt beim neuen Achtzylinder-Direkteinspritzer die besonders effiziente Luft-Wasser-Ladeluftkühlung zum Einsatz. Der wasserdurchströmte Niedertemperaturkühler ist besonders Platz sparend im Zylinder-V untergebracht; er kühlt die von den Turboladern verdichtete Ansaugluft vor Eintritt in die Brennräume wirkungsvoll herunter und sorgt bei Volllast für eine konstant niedrigere Ansaugtemperatur. Ein groß dimensionierter Kühler in der Fahrzeugfront sorgt für eine definierte Abkühlung des im Niedertemperatur-Kühlkreis zirkulierenden Wassers. Dies garantiert bei allen Außen-temperaturen und Betriebsbedingungen eine hohe Leistungs- und Drehmomentausbeute. Ein optimales Ansprechverhalten bewirken die sehr kurzen Wege für die Ladeluftführung. Die im Innenhochdruckumformverfahren hergestellten Druckrohre aus Edelstahl für Rein- und Ladeluft verfügen über eine Wandstärke von nur 0,8 Millimeter und sind auf besonders geringen Druckverlust optimiert.
Vollaluminium-Kurbelgehäuse mit Silitec-Laufbüchsen
Das Kurbelgehäuse des neuen AMG 5,5-Liter-V8-Biturbomotor ist als Vollaluminium-Bauteil in Druckgusstechnik hergestellt. Das niedrige Motorgewicht von lediglich 204 Kilogramm (trocken) ist das Ergebnis engagierten Leichtbaus und führt zu einer ausgewogenen Gewichtsverteilung des Fahrzeugs. Der Lagerdeckel für die Kurbelwellenhauptlager besteht aus Grauguss und ist im Sinne hoher Steifigkeit mit dem Kurbelgehäuse verschraubt. Eine geringe Reibung der acht Kolben stellen die eingegossenen Silitec-Laufbüchsen sicher. Mehr Leistung und weniger Verbrauch bei Teillast bewirken die Pulsationsbohrungen im Kurbelgehäuse: Oberhalb der Lagerstühle befinden sich Längsbohrungen, die die nebeneinander liegenden Kurbelräume verbinden. Üblicherweise wird durch die Auf- und Abwärtsbewegung der Kolben Luft in die Ölwanne gedrückt und wieder angesaugt – was zu einer Erhöhung der inneren Reibungsverluste und damit zu einem Verlust von Motorleistung führen würde. Die Pulsationsbohrungen verhindern dies, indem sie für einen wirksamen Druckausgleich zwischen den Kurbelräumen sorgen.
Die geschmiedete Kurbelwelle aus der hochwertigen Stahl-Legierung 38MnS6BY dreht sich in fünf Hauptlagern, besitzt acht Ausgleichsgewichte und ist in Bezug auf Verdrehsteifigkeit, Massenträgheit, geringe rotatorische Massen und Dauerhaltbarkeit optimiert. Ein vorne angebrachter Zweimassen-Viskodämpfer eliminiert Schwingungen zuverlässig. Je zwei geschmiedete Pleuel in Crackbauweise sitzen an einem Hubzapfen der Kurbelwelle. Die acht Leichtbau-Kolben verfügen im Sinne geringer mechanischer Reibung und hoher Verschleißfestigkeit über eine metallische Laufflächenbeschichtung. Druckgesteuerte Ölspritzdüsen im Kurbelgehäuse sorgen für eine Kühlung der hochbelasteten Kolbenböden.
Vierventiltechnik mit stufenloser Nockenwellenbetätigung
Eine perfekte Füllung der Brennräume gewährleisten die groß dimensionierten Ein- und Auslassventile – jeweils vier pro Zylinder. Die thermisch hoch belasteten Auslassventile sind hohl gebohrt und natriumgekühlt. Vier oben liegende Nockenwellen betätigen über reibungsoptimierte und wartungsarme Rollenschlepphebel 32 Ventile. Die stufenlose und variable Verstellung der Nockenwellen auf der Ein- und Auslassseite geschieht last- und drehzahlabhängig im
Bereich von 40 Grad und führt zu höchsten Leistungs- und Drehmomentwerten. Davon profitiert auch der stabile, niedrige Leerlauf. Je nach Motordrehzahl kann die Ventilüberschneidung im Sinne einer optimalen Versorgung der Brennräume mit Gemisch und einem bestmöglichen Abtransport der Abgase variiert werden.
Die Steuerung der variablen Nockenwellenverstellung erfolgt elektromagnetisch über vier so genannte Schwenkflügelversteller und wird vom Motorsteuergerät geregelt. Drei Hochleistungszahnketten übernehmen die Nockenwellenbetätigung, sie bieten im Vergleich zu Zylinderrollenketten deutliche Vorteile beim Geräuschkomfort.
Leistungsfähige Ölversorgung und Wasserkühlung
Eine leistungsfähige Ölversorgung in allen Last- und Betriebszuständen stellt die Ölpumpe mit elektrisch geregelter Druckstufe sicher. Der Öldruck kann zwischen zwei und vier bar variiert werden, was zu Vorteilen bei der Reibleistung und beim Kraftstoffverbrauch führt. Eine in der Ölpumpe integrierte Absaugstufe für die beiden Abgasturbolader verhindert Öleintrag in Ladeluft und Abgas und trägt damit zu einer weiteren Reduzierung der Emissionen bei. Sowohl die Ölwanne wie auch der Absaugpunkt wurden hinsichtlich maximaler Querbeschleunigung und zuverlässiger Schmierung optimiert. Der Ölinhalt beträgt 10,5 Liter.
Besonders clever gelöst ist das kombinierte Wasser-/Ölkühlsystem: Das Motoröl strömt zunächst nur durch den Öl-Wasser-Wärmetauscher. Falls die Kühlleistung des sehr kompakten Kühlers nicht ausreicht, wird über ein Ölthermostat der externe Motoröl-Luftkühler durchströmt. Der Vorteil dieses Systems ist die schnellere Erwärmung des Motoröls, weil in der Aufheizphase das Kühlwasser schneller warm wird und später das Öl im Kühlwasser herunterkühlt wird. Ein schaltbares Wasserthermostat sorgt für eine schnelle Erwärmung des Kühlwassers beim Motorstart und anschließendem Warmlaufvorgang.
Die Motorwasserkühlung erfolgt nach dem besonders effektiven Querstrom-prinzip. Sowohl das Kurbelgehäuse wie auch die Zylinderköpfe werden quer durchströmt. Zusätzliche Kühlschlitze im Zylinderkopf garantieren eine bessere Kühlung des Brennraums, was Vorteile in der Verbrennung bringt: Dadurch können frühere Zündzeitpunkte gewählt werden, ohne Risiken bei der Klopf-anfälligkeit eingehen zu müssen.
Leistungsfähige Motorelektronik für sämtliche Funktionen
Die Ausführung und Kontrolle sämtlicher Motorfunktionen übernimmt ein
besonders leistungsfähiges Steuergerät vom Typ Bosch MED 17.7.3. Der hoch-moderne Motorcomputer regelt nicht nur die Benzin-Direkteinspritzung, den Ladedruck, die Nockenwellenverstellung und die variable Ölversorgung, sondern kommuniziert auch mit allen anderen Steuergeräten des Fahrzeugs. Der Mikroprozessor hat über 30.000 verschiedene Kenngrößen und Funktionen gespeichert und kann bis zu 260 Millionen Einzeloperationen pro Sekunde vornehmen. Zur Entlastung des Motor-Steuergeräts 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. Acht Hochvolt-Endstufen übernehmen die hoch präzise Kraftstoff-zuteilung der Piezo-Injektoren.
Wirkungsvolle Abgastechnik mit neuen Katalysatorboxen
Niedrige Abgas-Emissionen, die Einhaltung aller länderspezifischen Grenzwerte und ein AMG-typischer, charakteristischer Motorsound – die Anforderungen an die Abgasanlage des neuen AMG 5,5-Liter-V8-Biturbomotors waren vielfältig und komplex. Der S 63 AMG erfüllt die aktuellen EU-5-Abgasnormen ebenso wie sämtliche Anforderungen des US-Marktes (LEV-II-Standard, On-Board-Diagnose II und Lambdasonden-Diagnose).
Die Turbolader sind mit den Abgaskrümmern verschweißt, luftspaltisolierte Krümmer mit nur 1,0 Millimetern Wandstärke garantieren ein schnelles Ansprechen der Katalysatoren. Effizient und Platz sparend ist das Konzept mit einer Tandem-Katalysatorbox pro Seite: Nahe der Fahrzeugstirnwand sind je zwei Dünnwandsubstrate aus Keramik in einem Gehäuse zusammengefasst. Diese Lösung erfordert keine zusätzlichen Unterboden-Katalysatoren mehr. Im Sinne einer schnellen und wirkungsvollen Abgasreinigung unterscheiden sich die beiden Keramiksubstrate: Der vordere Träger ist mit Palladium beschichtet, der hintere verfügt über eine Bimetallbeschichtung mit Palladium und Rhodium. Pro Zylinderreihe ist vor jeder Katbox eine Lambdasonde platziert, zwischen beiden Dünnwandsubstraten sitzt je eine Lambda-Diagnosesonde.
Die Lambdasonden sind für die bedarfsgerechte Lambdaregelung nötig. Damit kann in sämtlichen Betriebszuständen die Zusammensetzung des Ansauggemisches exakt geregelt werden, um die Katalysatoren nicht zu beschädigen. Davon profitiert auch der Kraftstoffverbrauch unter Volllast, weil das Gemisch weniger fett gefahren werden kann als bei Motoren ohne diese Regelung.
Zweiflutige AMG Sport-Abgasanlage für charakteristischen Motorsound
Die komplett zweiflutige AMG Sport-Abgasanlage verfügt von den Krümmern bis zu den Endschalldämpfern über einen Rohrquerschnitt von 70 Millimetern. Beim Sounddesign galt es, eine perfekte Synthese aus erlebbarer Dynamik und Mercedes-typischer Langstreckentauglichkeit zu gestalten. Die Zielsetzung bei der Entwicklung lautete: Emotional beim Beschleunigen und bei der Zwischengasfunktion, zurückhaltend bei konstantem Tempo. Störende Frequenzen oder Brummgeräusche wurden in aufwändigen Versuchsreihen wirkungsvoll ausgeschlossen. Aus den markanten zwei Doppelendohren der AMG Sport-Abgasanlage entweicht ein sonorer, AMG-typischer Achtzylindersound.
Quelle: Daimler AG
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