Obermotz
Fünfzylindernazi
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Quelle: Unbekannt
Ich arbeite seit nunmehr rund 20 Jahren für BMW in der Entwicklung von Dieselmotoren. Die Aggregate der Baureihen M47/M57 sowie deren Nachfolger N47/M57 gehören ein wenig zu meinen „Kindern“, für die alleine drei Patente auf meinen Namen laufen.
Früher konnte man es sich noch leisten für fast jedes Auto einen eigenen Motor, ja fast eine eigene Motorenpalette zu entwickeln. Das geht heute nicht mehr. Heute ist man auf so genannte Gleichteile angewiesen – nur so lassen sich moderne Motoren noch halbwegs kostengünstig herstellen. BMW baut nur noch Sechszylinder mit drei Litern Hubraum – darauf zu schließen, das damit alle Motor gleich wären, bloß weil sie den gleichen Hubraum haben, ist sehr eng gedacht und leider das gängige Tunerdenken.
Im Jahre 1993 begann man mit der Entwicklung eines modernen, direkteinspritzenden Dieselmotors. Dazu baut man aber nicht mehr ganze Motoren, sondern nur einen sogenannten Masterzylinder. Dieser hat für alle Common Rail-Diesel bei BMW 84mm Bohrung und 90mm Hub. Vier dieser Zylinder ergeben den Zweiliter Diesel, sechs davon den Dreiliter und acht davon – wer hätte es gedacht – den V8, den es mal im 7er gab.
Heute gibt es für jeden dieser Zylinder im Dieselmotor drei Ausführungen: UL, OL und TOP.
-UL steht für untere Leistung/Drehmomentanforderungen, die Kolben bestehen z.B aus einer einfachen Aluminumlegierung, die Kurbelwelle ist einfach geschmiedet und verwendet werden Sinterpleuel. Damit kann man Leistungen bis 25kw bzw. 75Nm je Zylinder abdecken und verwendet wird diese Variante z.B. x16d, x18d und x25d (außer F10 ab 2011)
-OL steht für Obere Leistungs/Drehmomentanforderungen, die Zylinderbahnen werden mehrfach gehohnt, es gibt geschmiedete Pleuel und die Lager der Pleuel und Kurbelwelle sind Sputterlager. Damit lassen sich Anforderungen bis zu 35kw je Zylinder oder 100Nm vertreten und verwendet wird diese Basiszylinder in den x20d, x30d.
-TOP ist für Hochleistunganforderungen mit einer speziell nachbehandelten Kurbelwelle sowie laserbearbeiteten Zylinderlaufbahnen. Damit ist eine Erhöhung der Nenndrehzahl sowie eine Erhöhung des Einspritzdruckes möglich. Diese Basiszylinder werden im x23d, 525d ab 2011 sowie in den x35d und x40d Modellen verwendet.
Die Motoren sind in den mechanischen Abmessungen identisch, aber nicht in Bezug auf die verwendeten Materialien:
UL-Modelle: (25d-6Zyl), 18d,usw.) Mahle Typserie 124, Kolben mit 0,6% CU, Magnetinjektoren,
OL-Modelle: (20d, 30d) Mahle Typserie 148, Kolben mit 1,2% CU, Piezoinjektoren, Raildruck bis 1800 bar, Pleuel und Kurbelwellen aus anderem Material
TOP-Modelle (23d, 35d, 50d) Mahle Typserie 174, div. weitere Modifikationen
Beispiel Kolben:
Die Kolben des OL haben einen höheren Kupfer- und einen höheren Chromanteil. Der höhere Kupferanteil sorgt für eine bessere Wärmeleitung aus dem Brennraum heraus in die Kolbenbodenkühlung. Chrom macht den Kolben bei den höheren Verbrennungsdrücken der OL-Motoren stabiler.
Der Preis der Kolben unterscheidet sich beträchtlich, sodass man da jeden Cent spart.
Die beiden Hauptzuschlagsstoffe bei Kolben sind Kupfer (verbessert die Wärmedurchleitung) und Chrom (verbessert die Festigkeit bei hohen Drücken und Temperaturen). Das dumme ist: Chrom, Kupfer und Aluminium haben so unterschiedliche Schmelzpunkte und Dichten, dass diese drei Stoffe nicht einfach so gegossen werden können ohne sich zu entmischen.
– der 124er-Kolben ist günstiger, da er sich als einzige noch im Stempelgußverfahren herstellen lässt, da der Kupferanteil unter 1% liegt. Das geht mit den beiden anderen nicht mehr. Der Vorteil des Stempelgusses ist, das es keine verlorene Form gibt
– der 148er-Kolben wird im Schleudergussverfahren hergestellt. Die Produktionszeit ist länger, die Nachbereitung aufwändiger.
– der Kolben Typ 174 hat 2% Kupfer und 6% Chrom – das ist mit Flüssiglegieren nichts mehr. Dieser ist eine Knetlegierung und der Kolben selbst wird geschmiedet. Das macht den Kolben teuer – bei Ersatzteilen ist der Einkaufspreis aber eher sekundär, da dort die Lagerhaltungskosten über die Zeit das Problem werden.
Da die Kolben aber mechanisch identisch sind, kann als Ersatzteil für den UL auch der Kolben des OL bzw. TOP herhalten. Spart Lagerkosten und bei Ersatzteilen ist der Preis sowieso eher sekundär. Bei den Herstellungskosten macht es aber einiges aus, wenn man es nicht nur bei den Kolben so macht.
Es ist korrekt, dass der 25d über das Steuergerät gedrosselt wird, das muss man aber auch, weil die Komponenten in der verwendeten Ausführung für die Leistung und vor allem das höhere Drehmoment nicht ausgelegt sind. Nahezu alle aufgeladenen Dieselmotoren können thermisch mehr leisten als sie mechanisch vertragen – Chiptuning beruht genau darauf.
Nun kommen die Tuner mit ihren Chips daher, weil sie nach dem Abgleich von Teilenummern im After-Sales Programm (bei BMW frei zugänglich) denken, dass alle Motoren gleich wären. Das stimmt für den Reparaturfall auch, um die Lagerkosten zu minimieren. Die Ausrüstung ab Werk sieht anders aus. Bedeutet, dass man in der Tat Kolben für einen 535d auch in einem 316d verwenden kann – passen tut er, ist halt von der Materialzusammensetzung und Festigkeit ein wenig überdimensioniert, aber macht nichts und ist im Reparaturfall so vorgesehen. Diese Gleichteilepolitik ist Absicht, weil so für alle Dieselmotoren nur ein Kolbenmuster als Ersatzteil vorgehalten werden muss.
Um ein Gefühl für die Dimension der Kostenersparnis bei der Unterteilung von Teilen in der Fabrik zu bekommen: wenn ein Kolben „148“ für die oberen Leistungsanforderungen im Einkauf 12€ kostet, ein M124 aber nur 8€, dann sind das pro Fahrzeug zwar „nur schlappe 24€“ – das macht aber bei 200.000 525ern mit 6 Zylindermotor aber schon mal 4,8 Millionen aus – und der Kolben ist nicht der einzige Unterschied wo gespart wird, wenn man sparen kann. Der Kunde möchte für einen 116d eben einen günstigeren Preis als für einen 123d bezahlen, auch wenn beide Motoren 2 Liter Hubraum haben und von der Grundarchitektur gleich sind. Daher werden die Kolben für den 116d halt einfacher und mit weniger warmfesten (und somit auch billigeren Materialien) produziert als das für den z.B. 120d der Fall wäre.
Kein Hersteller drosselt den Motor nur elektronisch. Es sind die Medien und vor allem die Tunerbranche, die dieses Gerücht verbreiten, um den Kunden in Sicherheit zu wiegen. Die Unterschiede liegen heute nicht mehr in der Dimensionierung, sondern im Material und in den Fertigungsschritten. Gleichteilstrategie bedeutet NICHT, dass die Teile exakt gleich sind, sondern in den Abmessungen und den Gewichten identisch sind, nicht aber in den thermischen Eigenschaften.
Diese Konzept, das durch CAM möglich geworden ist, ermöglicht es den Herstellern einen Entwurf für eine Vielzahl von Motormodellen zu verwenden. Die Motoren laufen hintereinander vom Band. Da kommt ein schwächerer und danach ein stärkere Motor und im Kolbenzulauf liegen erst sechs Stück Kolben des Typs 124 und danach sechs Stück 148er. Für Unwissende drängt sich natürlich auf, das wären alles die gleichen Teile. Ist aber leider anders.
Gleichteilestrategie bedeutet:
– Alle Bauteile haben die gleichen Grundfertigungsschritte; Höherwertige unterscheiden sich durch ein anderes Material und weitere Fertigungsschritte. So wird die Zylinderlaufbahn bei den TOP nachträglich Lasergehärtet – würden wir nicht machen, wenn es nicht notwendig wäre, wird beim UL und beim OL auch nicht gemacht.
– Alle Bauteile können mit den gleichen Werkzeugen gewartet werden.
– Beim Austausch in der Werkstatt gibt es keine Verwechselungsgefahr – es gibt nur einen Kolben im Austausch
Das machen nicht nur die KFZ-Hersteller so – zB auch Bosch bei seinen Maschinen. Dort gibt es die Grüne Serie (Heimwerker) und die Blaue Serie (Profis). Auch hier – außer dem Gehäuse kein sichtbarer Unterschied.
Einhandwinkelschleifer:
– Anderes Gußmaterial des Gehäuses
– Anderes Härteverfahren des Getriebes
– Drahtlack der Wicklung des Elektromotor ist härter, wird nicht so schnell brüchig
– Schalter ist für mehr Schaltzyklen ausgelegt
– Anderes Kabelmaterial (dicker, wird nicht so schnell brüchig)
– Geänderter Überlastschutz
Die Leistungsteuerung erfolgt über die Elektronik um zu verhindern, dass der Motor mit den einfachen Komponenten nicht überbeansprucht wird. Durch Aufladung kann man dem Motor fast jede Leistung verpassen – nur verträgt er es eben nicht zwangsläufig. Wenn du also der Meinung bist, das selbst ein 118i mit 170PS noch mehr könnte, nur die Deppen von BMW schaffen nicht mehr rauszuholen, dann lass dir folgende sagen: ein 118i ist für 300+ PS gut und das unter voller Einhaltung der Abgaswerte – nur macht er das eben nicht lange mit.
Grundsätzlich gilt im Automobilbau (und nicht nur da)
* Es ist nicht alles so, wie es scheint.
* Wenn irgendwo ein €uro eingespart werden kann, wird man es auch machen.
* Gerade im Bereich KFZ-Technik wird seitens der Medien und in Teilen auch der Fachliteratur vieles inkorrekt dargestellt – man tut gut daran sich bedeckt zu halten, denn man verdient gut damit.
Diese Aussage „wie lang hält ein gechippter Motor“ ist nicht in km zu treffen, da ein Motor den Begriff der km nicht kennt. Wird der M124 mit dem Leistungniveau eines 30d betrieben, diese Leistung jedoch nie oder kaum abgefordert, verändert sich die prognostizierte Lebenserwartung kein Stück. Wird jedoch die Leistung des Öfteren abgefordert, kommt es mit der Zeit zu Gefügeveränderungen. Je nach Umgebungsbedingungen und Charakteristik der Abforderung kann es nach wenigen Minuten einen Schlag geben, oder erst nach 1.000 Betriebsstunden.
Die maximale Belastung für den Kolben entsteht im Bereich des maximalen Drehmomentes und somit des höchsten Mitteldruckes. Hier ist insbesondere der Wärmeübergangswert von Bedeutung. Im Gegensatz zu einem Benziner hat der Diesel einen erheblich höheren Wärmedurchgang durch den Kolben, der dann durch die Spritzölkühlung abgeführt wird.
Bei der Verbrennung im Motor entstehen Temperaturen bis zu 2000°C – Aluminium schmilzt aber schon bei 660°C.
Eigentlich müsste ja der Kolben flüssig werden – wird er aber nicht, weil die „heiße Phase“ beim Diesel, also die Verbrennung nur 45-90°kw dauert und er sich die restlichen 630-675°kw pro Arbeitstakt ausruhen kann. Ab 400°C verliert Aluminium erheblich an Festigkeit, also muss die Kolbenbetriebstemperatur unter 400°C gehalten werden. Wie stark sich der Kolben aufheizt, hängt von der Intensität der Verbrennung ab – sie ist bei Volllast und maximalen Drehmoment am höchsten und wird durch ein Chiptuning zwangsläufig noch höher. Um dem entgegenzuwirken macht man folgendes: der Kupferanteil im Kolben wird erhöht. Kupfer ist einer der besten Wärmeleiter und so schafft man, Kolbentemperatur schneller an das Motoröl abzugeben. Zweitens gibt man Chrom hinzu, was dem Kolben ermöglicht bei 420°C eine höhere Festigkeit zu haben.
Man kann also sagen, dass die serienmäßig stärkeren Motoren nicht nur druckfestere, sondern auch „schnellere“ Legierungen für die Kolben verwenden. Ein schneller eingriff in die Motorsteuerung macht das aber leider nicht. Die thermische Kapazität ist erschöpft, der Kolben durch Betrieb im Überlastbereich geschwächt. Im schlimmsten Fall bricht er nur im Feuersteg durch – ein kapitaler Motorschaden ist die Folge.
Was die Schäden betrifft, treten diese erst einige Zeit nach dem Tuning auf. In der Regel kommt es nach 50.000 bis 80.000 km zu Problemen. Viele besitzen das Fahrzeug dann schon gar nicht mehr und der Nachbesitzer weiß oftmals gar nichts von seinem Glück. Und dann wird bei vielen Schäden erst einmal in die Werkstatt gefahren und die tauschen dann eben einfach aus. Dass die Ursache im Chip liegen könnte, darauf kommen viele nicht – der Tuner hat ja gesagt, es macht nichts aus.
Und sehr gerne wird dann seitens der Tuner (und nicht nur denen) verbreitet, bestimmte Komponenten seien ein Verschleißteil – z.B. der Turbolader. Das ist er aber nicht! Turbos gehen durch Chiptuning oder falsche Handhabe kaputt. Früher, als Turbos die absolute Ausnahme waren, wusste jeder, das man ein Fahrzeug mit Turbomotor nach dem Kaltstart am besten erst einmal im Standgas losfährt und die ersten 500m eher schleicht als fährt, um zu verhindern, dass der noch kalte Turbo mit einer zu hohen Abgastemperatur konfrontiert wird. Ist auch der Grund, warum viele, die einen Turboschaden haben, oftmals nicht nur einen haben.
Ich kann es aus Kundensicht verstehen. Da kommt jemand her und baut etwas ein, was dem Motor ohne sonstiges Zutun eine ordentliche Ladung mehr Leistung spendiert. Man sieht nichts, man spürt es nur. Mit dem Wissen im Hintergrund, es seien ja alle Motoren gleich, denkt man sich, es kann ja nichts ausmachen. Die Tuner tun mit ihrer Argumentation ihr übriges – kein Tuner wird von Schäden berichten, es ist ja schließlich sein Geschäft.
Mit dem Chiptuning ist es wie mit dem Rauchen. Der Zigarettenhersteller wird dir niemals sagen, das Rauchen Lungenkrebs verursacht. Die Raucher argumentieren, dass sie Leute kennen, die haben ein Leben lang geraucht und sind 80 Jahre alt geworden. Ist das der Beweis, das Rauchen nicht ungesund ist? Und auch hier: Die Behandlung von Raucherkrankheiten ist ein ganz dickes Geschäft.
Alle Aussagen gelten wohl für jeden KFZ-Hersteller, ich persönlich kenne keinen der entsprechend nicht eine derartige Gleichteilstrategie fährt. Also ist Vorsicht besser als Nachsicht.
Bearbeitet von Obermotz am 29.09.2015, 12:56
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