Es gibt viele Wege um aus
einem Motor mehr Leistung zu holen. Aufladung, scharfe Nockenwellen, Bearbeitungen
des Zylinderkopfes.
In unserem speziellen Fall
wird der der Motor S50 B30, also die Maschine aus dem E36 M3 mit drei Litern
Hubraum und 286 PS zum Tuning herangezogen. Dieser Motor stellt immernoch
ein sehr ausgereiftes und leistungsmäßig optimal austariertes
Konzept dar, was durch Tuning eigentlich nur "verschlimmbessert" werden
kann. Der Grundsatz gilt man muß wissen was man will.
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vor dem Umbau
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nach dem Umbau
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Die Ausgangsbasis:
Der Motor S50 B30 ist mit
serienmäßiger Leistung in einem E30 Viertürer verbaut.
Ansaugseitig ist der originale Luftfilterkasten mit Luftmengenmesser installiert,
Abgasseitig ist der E36 M3 Fächerkrümmer mit den E36 M3 Katalysatoren
ergänzt von einem G-Power Endschalldämpfer, der für den
E36 M3 bestimmt ist, jedoch auf die Einbauverhältnisse des E30 abgeändert
wurde verbaut. Die Laufleistung des Motors zum Zeitpunkt des Einbaus beträgt
20.000 km.
Leistung und Drehmomentverhalten
entsprechen dem Stand des E36 M3. Es ist nur ein Defizit im oberen Drehzahlbereich,
jenseits der 6900 U/min zu verzeichnen.
Was ist das Ziel des Tunings?
Ziel ist eine Verbesserung
der Spitzenleistung, da davon ausgegangen wird, dass der Motor nicht die
maximale mögliche Leistung erbringt. Als Grund hierfür ist der
nicht optimale Ansaugbereich zu sehen.
Es werden eine Kohlefaserairbox,
ein Fächerkrümmer 42 mm, spezielle Kats und eine Alpha N Steuerung
eingesetzt.
Was ist Alpha N? (Kurze
Erläuterung von Dipl.Ing. B. Biehler www.325e.de)
Das System Alpha N setzt
auf die Parameter Drosselklappen-Öffnungswinkel (Alpha) und Motordrehzahl
(N) um daraus die Einspritzmenge zu bestimmen. Im Originalzustand wird
dafür zwar auch die Drehzahl (n) hergenommen, nicht aber die Drosselklappenstellung.
Man bedient sich hier eines Luftmassenmessers, der die durchströmende
Luftmasse exakter misst, gleichzeitig aber auch den Luftstrom zusätzlich
bremst. Diese Luftstrom-Bremse entfällt bei einer Alpha-N-Steuerung
natürlich und das allein verspricht schon mal eine gewisse Mehrleistung.
Leider werden gerne weniger Parameter als vom Werk aus zur Einspritzmenge
herangenommen. Das führt dazu, dass der Motor im unteren und mittleren
Drehzahlbereich überfettet läuft und damit zuviel verbraucht.
Weiterhin ist die Winkelmessung der Drosselklappe ein Problem in sich.
Bei Lasten über 50% Gaspedalstellung spielt die Ungenauigkeit eine
untergeordnete Rolle. Bei geringen Lasten ist die Ungenauigkeit aber von
entscheidender Bedeutung, weshalb schon ab Werk die Drosselklappenstellung
hier feiner gemessen wird, aber man vertraut trotzdem nicht auf diese Genauigkeit,
denn sie ist noch immer zu gering. Es handelt sich ja schließlich
um beträchtlich geringere Luftmengen und damit Einspritzmengen im
Motor. Wegen dieser Ungenauigkeiten verwendet kein Hersteller ab Werk den
Drosselklappenwinkel als Messgröße, was ja ansonsten eine recht
geschickte Lösung wäre. Tunt jemand jedoch sein Fahrzeug, so
bedeutet das im Klartext, dass er möglichst viel Leistung haben will.
Der Verbrauch wird zur Nebensache (während er für den Fahrzeughersteller
mit ganz oben im Pflichtenheft stand) und man fährt "ganz einfach"
mit etwas zuviel Einspritzmenge. Dies würde nebenbei auch noch den
Katalysator auf lange Sicht zerstören.
Selbst wenn man den Winkel
genauer messen könnte, wäre die durchströmende Luftmenge
immernoch schwierig auszurechnen, denn bei unterschiedlichen Drehzahlen
strömt die Luft unterschiedlich schnell durch den freigegebenen Querschnitt.
Die Temperatur der Luft, die die Dichte beeinflusst spielt auch noch mit
hinein, und nicht zuletzt auch der Feuchtigkeitsgehalt. All dies wird z.B.
mit einem Heißfilm-Luftmassenmesser oder einem Stauklappen-Luftmengenmesser
mit berücksichtigt. Und da man gerne auch diese Details bei der Applikation
von Alpha-N-Anlagen unberücksichtigt lässt, ergibt sich hier
die dritte Verbrauchserhöhung.
Der Abfall des Drehmomentes
im unteren und mittleren Drehzahlbereich ist vermutlich darauf zurückzuführen,
dass durch den geringeren Strömungswiderstand im Ansaugtrakt (der
obenherum mehr Leistung bringt) die Schwingungen der Luftsäule verändert
wurden, und damit der Nachladungseffekt verschlechtert wurde. Es müsste
eine neue Ansauganlage konzipiert werden, die auf diese neuen Verhältnisse
abgestimmt ist. Und das ist nur experimentell möglich. Also Prototypen
bauen, Tests fahren, umbauen, Tests fahren, neuen Prototypen bauen, Tests
fahren. Wenige Tuner machen das. Die Schwäche untenherum führt
dem Fahrer des getunten Wagens ja nur vor, wie gut das Tuning obenherum
angeschlagen hat. Man wird dem Kunden ja nicht erzählen, dass man
durch die Tuningmaßnahmen den Nachladungseffekt im unteren und mittleren
Drehzahlbereich zerstört hat und damit das Drehmoment gesunken ist.
Nein, das Drehmoment kommt doch aus dem Hubraum und der ist doch nicht
verändert worden. Der Nachladungseffekt funktioniert übrigens
so, dass die schwingende Luftsäule (Schwingungen angeregt durch die
Öffnungs- und Schließzeiten der Ventile und mitbestimmt durch
Widerstand im Ansaugtrakt) jeweils bei Öffnung eines Einlassventils
gerade eben wieder eine Welle auf das Ventil zu bildet, mit der zusätzliche
Luft "eingeschoben" wird. Dies kann natürlich auch genau "dumm" kommen
und die Welle bewegt sich just zur Ventilöffnung davon weg und behindert
damit die Luftansaugung und der Füllungsgrad sinkt.
Wie sieht das Ergebnis
aus?
Es bleibt festzuhalten,
dass die Ing. der BMW M GmbH ganze Arbeit geleistet haben, d.h. ein mehr
an Spitzenleistung wird mit Abstrichen beim Drehmomentverhalten und höheren
Verbräuchen erkauft.
Das Fahrzeug wurde noch
nicht ausgiebig getestet aber es zeichnet sich ab, dass die Leistungsentfaltung
des Motors in höhere Drehzahlregionen verschoben wird. Dies ist bedingt
durch den Einsatz des neuen Fächerkrümmers, der ab 4500 U/min
seine Wirkung entfaltet und durch die Airbox die ab ca. 5000 U/min effektiv
arbeitet.
Der Verbrauch bewegt sich
im Teillastbereich zwischen 13,5 bis 15 Litern. Ist man mit Vollast unterwegs
gehen 20 Liter auf 100 Kilometern durch die Einspritzdüsen.
Der Motor wird also bei
Vollastbetrieb angefettet, um Schäden am Motor zu vermeiden, dazu
gehört beispielsweise das Durchbrennen der Kolben.
Die wichtigste Frage wieviel
Leistung hat der Motor - 316 PS.
Man sieht also, dass eine
Leistungssteigerung auf Saugmotorbasis bei M Triebwerken sehr schwer möglich
ist, ohne Abstriche in Kauf nehmen zu müssen.
Zufrieden?
Für den Alltagsbetrieb
ist so ein Umbau natürlich nicht gedacht. Bewegt man das Fahrzeug
aber zwischen 2500 und 5000 km im Jahr bei schönem Wetter, dann geniesst
man natürlich den Klang und die Beschleunigung des Wagens und hier
ist ganz klar ein Plus zu verzeichnen - eben "tourenwagenlike".
Der Vorteil der Alpha N
Leistungssteigerung ist in meinen Augen der, dass hier das Ursprüngliche
Saugmotorkonzept beibehalten wird und die Lager und anderen Komponenten
nicht wie bei aufgeladenen Motoren atypisches belastet werde, d.h. enorme
Drehmomentbelastungen schon knapp über Lehrlaufdrehzahl ertragen müssen.
Ich hoffe einen objektive
Blickwinkel und somit eine Entscheidungsgrundlage für Leistungshungrige
erstellt zu haben und somit die Entscheidung für oder gegen Airboxmotoren
etwas erleichtern zu können.
Ein großes Dankeschön
geht noch an Ben für die schnelle und kompetente Unterstützung.
Text: Tim Dutschmann, Benjamin
Biehler
e-mail: TD@bmw-power.de,
ben@325e.de |