Motorentechnik BMW B58/S58
Die Geheimnisse von BMWs stärkstem Six-Pack

BMW steckt zwar viel Aufwand in neue E-Antriebe, pflegt aber auch seine Klassiker: Der aktuelle Dreiliter-Reihensechszylinder (B58/S58), der auch BMW M2, M3 und M4 befeuert, ist das beste Beispiel.

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Foto: Hans Dieter Seufert, BMW

Sechszylinder-Reihenmotoren sind für BMW seit dem 328 aus dem Jahr 1937 stilbildend. Das 2,0-Liter-Aggregat leistete damals im sportlichen Roadster sensationelle 80 PS. Zum Vergleich: Der aktuell sportlichste BMW-Sechszylinder, der S58 in BMW M3/M4 Competition, leistet 510 PS, also satte 430 PS mehr – er hat allerdings auch 50 Prozent mehr Hubraum und gleich zwei Turbolader, während der Urahn ein Saugmotor war. Der S58 ist die Hochleistungsvariante des in allen BMW-Baureihen mit Hinterradantrieb eingesetzten B58. Bei dem ebenfalls rund 3,0 Liter großen Motor sind Kurbelgehäuse und Zylinderkopf aus Alu. Im Zuge der Motorentwicklung wurde des maximal Einspritzdruck des Direkteinspritzers von 200 auf zu 350 bar erhöht.

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Im Video sehen Sie einen Check des BMW 4er Coupé.

Im Zylinderkopf arbeitet zur Ventilsteuerung die 2001 erstmals gezeigte Valvetronic. Das Besondere: Ein Zwischenhebel und ein Exzenter zwischen Nockenwelle und Ventil kann dessen Hub binnen drei Zehntelsekunden zwischen 0,25 mm und 9,8 mm variieren. Damit lässt sich die Menge des in den Brennraum eingelassenen Benzin-Gemischs so genau regeln, dass die Drosselklappe fast immer überflüssig ist (sie arbeitet nur noch beispielsweise im Notlaufbetrieb). Das hilft der Effizienz, denn an der Drosselklappe entstehen Strömungsverluste – umso mehr, je weiter sie geschlossen ist, also im weitaus größten Arbeitsbereich aller Lastzustände, bei Teillast.

Neben der Valvetronic verwendet BMW bei seinen Motoren auch noch die bekannte Nockenwellen-Verstellung VANOS, die es ermöglicht, die Steuerzeiten des Ladungswechsels auf die momentanen Gegebenheiten der Lastanforderung anzupassen. Erstmals wird die Valvetronic nun elektrisch angesteuert. Auch die Vanos-Einheit wird von hydraulischer Betätigung auf elektrisch umgestellt. Das spart Bauraum und Aufwand, ermöglicht im Gegenzug aber eine noch höhere Flexibilität durch die Freiheit der Programmierung.

Twin-Scroll-Turbo

In Kombination mit verschiedenen Abgasturboladern spricht BMW von TwinTurbo-Motoren. Anders als im S58 mit zwei kleineren Ladern hat der B58 aber nur einen TwinScroll-Turbolader.

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Hans Dieter Seufert, BMW

Kurbeltrieb des B58-Motors.

Nicht zu verwechseln mit einem Bi-Turbo, arbeitet hier ein Lader, dessen Abgasseite von zwei getrennten (Abgasstrom-)Kanälen versorgt wird. Dadurch minimiert BMW die Strömungsverluste in unterschiedlichen Takten arbeitender Zylinder. Im B58 versprachen die Bayern durch die Integration von Stahl-Abgasgaskrümmer und Turbolader eine besonders kompakte Bauweise und als Folge einen schnellen Ladedruckaufbau.

Die Weiterentwicklung brachte dem B58 beispielsweise im M340i eine um 35 kW/48 PS auf 275 kW/374 PS gesteigerte Höchstleistung sowie ein 50 auf 500 Newtonmeter erhöhtes maximales Drehmoment. Wichtiger Teil der Überarbeitung waren zudem zwei Otto-Partikelfilter in der Sport-Abgasanlage. Im M340i (mit Achtgangautomatik) beziffert BMW den Verbrauch auf 7,5 Liter je 100 Kilometer, die CO2-Emissionen auf 172 Gramm pro Kilometer.

Leistung und Verbrauch

Der überarbeitete Sechszylinder (B58 TÜ2) kommt in zahlreichen Baureihen zum Einsatz: Zum Beispiel im neuen 7er und im 5er, der analog zum Flaggschiff (i7) als Elektro-Variante i5 kommen soll. Erstmals Verwendung findet der neue Sechszylinder im X7 40i XDrive, wo der B58 zuletzt noch 333 PS leistete. Leistungsmäßig macht der B58 bei der TÜ2 (Technische Überarbeitung 2) hier zwar einen 47 PS großen Sprung auf 380 PS, beim Drehmoment sind es mit 70 Nm auf jetzt maximal 520 Nm, dank 48-Volt-Mild-Hybrid-Boost kurzzeitig sogar 540 Nm. Gegenüber der bisher stärksten Version mit 374 PS mit 500 Nm bleibt der Fortschritt auf den ersten Blick überschaubar, obwohl die Maschine laut BMW zahlreiche Innovationen in den Bereichen, Ladungswechsel, Ventilsteuerung, Einspritzung, Zündsystem und sogar Brennverfahren bringt.

Der Miller-Brennzyklus

BMW setzt nun wie andere Hersteller, etwa Toyota und VW, auf das besonders effiziente Miller-Brennverfahren. Das ermöglicht zwar nur ein kleines Leistungsplus, dafür aber mehr Effizienz und weniger Emissionen. Ralph Miller ließ sich schon 1957 einen Ventiltrieb patentieren, bei dem das Einlassventil sehr früh schließt, noch während des Ansaugtakts. Das verringert Füllung und Verdichtungsenddruck, Verdichtungs- und damit Expansionsverhältnis bleiben jedoch gleich. Das wiederrum bewirkt einen besseren thermodynamischen Wirkungsgrad, weil der Motor die Expansionsenergie im Arbeitstakt besser ausnützen kann. Die bisherigen Anwendungen auch des verwandten Atkinson-Prinzips mündeten allerdings in wenig charismatische Motoren und die hubraumspezifische Leistung ist geringer. Beispielhaft sei der Vierzylinder im Toyota Prius genannt, dessen Leistungsentfaltung im Hybrid mit stufenloser Übersetzung durch das Planetengetriebe zusätzlich zwar enorm sparsam aber dafür emotionsfrei arbeitet.

Die Anforderungen, die der Miller-Kreisprozess oder -Zyklus an die Konstruktionsmerkmale des Motors für besonders effizienten Betrieb stellt, lesen sich aber ziemlich genau so, wie die, die BMW dem B58 im Lauf der Jahre spendiert hat: Variable Ventilsteuerung ohne verlustbehaftete Drosselklappe, Turbolader mit Ladeluftkühlung zum Ausgleich der geringeren Zylinderfüllung – etwas, das Toyota auch im Atkinson-V6 des Hybridmodells Lexus RX 450h beispielsweise nicht einsetzte.

BMW kombiniert nun im B58 Aufladung, variable Ventil- und Nockenwellensteuerung und das Miller-Brennverfahren.

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Hans Dieter Seufert, BMW

Zylinderkopf des B58-Sechszylinders.

Es bewirke eine verkürzte Öffnungsdauer der Einlassventile und kombiniert das mit einer gesteigerten Leistung des Aufladesystems und des Ladeluftkühlers. Dadurch wollen die Entwickler Kraftstoffverbrauch und Emissionen über den gesamten Lastbereich und damit auch im Alltagsverkehr deutlich reduzieren. BMW hat dazu Einlasskanal und Brennraum modifiziert, um Gemischbildung und Wirkungsgrad der Verbrennung zu optimieren, eine aktive Spule mit integrierter Elektronik stimmt die Zündung auf das neue Brennverfahren ab. Die vollvariable Ventilsteuerung Valvetronic hat jetzt auch noch einen schaltbaren Schlepphebel auf der Auslassseite, mit dem sich der Ladungswechsel bei Bedarf unterbinden lässt. Auf diese Weise will BMW das Reibmoment des Motors in Schubphasen um etwa zwei Drittel reduziert haben. Dadurch kann der Generator des Mild-Hybrid-Systems mehr Bremsenergie in die 48-Volt-Batterie einspeisen, sobald der Fahrer das Gaspedal entlastet.

Die variable Nockenwelleneinstellung (Vanos) arbeitet jetzt elektrisch, was laut BMW eine Spreizung auf besonders emissionsoptimierte Einstellungen auszudehnen erlaubt. Zudem kann sowohl die Einlass- als auch die Auslassventile für bestimmte Betriebsbereiche auf Ventilhub Null gesteuert werden. Somit findet kein Ladungswechsel statt, der Motor wird geschleppt, kann also "segeln". Was den CO2-Ausstoß ein wenig reduziert.

Die Gemischaufbereitung ist ebenfalls neu: Zusätzlich zur bisherigen Hochdruck-Einspritzung direkt in die Brennräume gelangt ein Teil des Kraftstoffs nun über ein Niederdrucksystem in den Ansaugtrakt.

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Hans Dieter Seufert, BMW

Ansaugbrücke mit integriertem wassergekühltem Ladeluftkühler, davor die Common-Rail-Niederdruck-Saugrohreinspritzung nebst den Einspritzventilen.

Das modifizierte Strömungsverhalten innerhalb der Einlässe und der Zylinder sorgt für ein besseres Gemisch vor allem bei Teillast, zudem für reduzierte Partikel-Bildung, geringere CO2-Emissionen und eine dezentere Leerlauf-Akustik. Kraftentfaltung und Emissionsverhalten sollen zudem von einem neuen, in den Zylinderkopf integrierten Abgaskrümmer profitieren.

Der neue Motor beschleunigt den 2,5 Tonnen-Riesen-SUV X7 in 5,8 Sekunden von null auf 100 km/h. Den Verbrauch nach WLTP gibt BMW jetzt mit 10,5 bis 9,2 Liter je 100 Kilometer und C02-Werten von 240 bis 210 Gramm pro Kilometer an. Vorher waren es 10,8 bis 10,1 Liter und 247 bis 231 Gramm CO2 pro Liter. Das entspricht für die Minimalwerte einer Reduktion von gut 9 Prozent. Das ist einerseits beachtlich, zeigt aber andererseits, wie viel Aufwand bei Verbrennern nötig ist, um sie sparsamer zu machen. Außerdem fehlt eigentlich noch der Vergleich mit der letzten Ausbaustufe des B58 mit 374 PS, die im X7 nicht zum Einsatz kam.

Mit PHEV über 500 PS

Noch mehr Power könnte dem Sechszylinder aber ausgerechnet ein E-Motor bringen, denn statt nur mild zu hybridisieren wollen die Münchner ihren Sechszylinder auch mit einem Plug-in-Antrieb kombinieren. Das Duo aus Verbrenner und E-Motor wird wohl perspektivisch in Märkten wie Europa den V8 ersetzen und könnte demzufolge sogar die 500-PS-Grenze überspringen, denn der M550i mit V8 leistet aktuell 530 PS. Den ersten Einsatz in Kombination mit einem plugin-Hybrid haben die beiden Motoren im neuen 7er.

Konkret: Im BMW 750e xDrive wird der Dreiliter-B58-Reihensechser mit dem neuen Elektroantrieb kombiniert. Die Nennleistung des Motors beträgt 230 kW/313 PS bei einem Nenndrehmoment von 450 Nm. Gemeinsam bringen es die beiden Antriebe auf eine Systemleistung von 360 kW/490 PS (mit temporärem Boost) und ein Systemdrehmoment von 700 Nm.

Noch stärker ist die Kombination aus S58 Motor und Plugin-Modul im neuen BMW M760e xDrive. Er ist das erste Performance-Automobil der BMW M GmbH mit Plug-in-Hybrid-Anrieb. Der 3,0 Liter – Reihensechszylinder mit M TwinPower Turbo Technologie leistet 280 kW/380 PS, das mximale Drehmomentliegt bei 520 Nm. Gemeinsam mit dem neuen Elektromotor summiert sich die Systemleistung auf 420 kW/571 PS (mit temporärem Boost) und ein Systemdrehmoment von 800 Nm.

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Hans Dieter Seufert, BMW

Blick auf den Zylinderkopf mit der variablen Ventilsteuerung Valvetronic plus Vanos.

Mit diesen Antrieben beweist BMW wieder einmal, zu welcher Perfektion ein Antrieb entwickelt werden kann. Die Kombination aus starkem Reihensechser mit dem Plugin-Modul ermöglicht überragende Fahrleistungen mit einem akzeptablen Verbrauch, sofern der Kunde die Kapazität der Lithium-Ionen-Batterie (18,7 kWh) möglichst oft nutzt und selbige mit sauberem Strom lädt.

Neben den beiden Ottomotoren bietet BMW für den 7er eine Weiterentwicklung des Reihensechsers mit Selbstzündung an. Der dreiliter-Diesel des BMW 740d xDrive verfügt über neue Stahl-Kolben, die einen noch höheren Verbrennungsdruck ermöglichen und so die Effizienz steigern, außerdem zur Optimierung der Antriebsakustik beitragen. Im Vergleich zum Vorgängermotor wurde außerdem die Wirksamkeit der Ölabscheidung gesteigert. Die neue Common-Rail-Direkteinspritzung agiert jetzt mit Magnetventilinjektoren. Sie sorgen für bis zu zwölf Einspritzungen je Arbeitstakt mit einem Maximaldruck von 2500 bar. Der als Mild-Hybrid ausgeführte Antrieb leistet 220 kW/300 PS (gemeinsam erzeugt vom Verbrennungsmotor mit bis zu 210 kW/286 PS und dem integrierten Elektromotor mit bis zu 13 kW/18 PS) und ein maximales Systemdrehmoment von 670 Nm (650 Nm vom Verbrenner und bis zu 200 Nm vom integrierten Elektromotor).

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Ich finde es sehr gut, dass man sich überlegt, wie bestehende Verbrenner nachhaltiger laufen können.BMW sollte mehr Reccourcen in die E-Mobilität stecken und nicht an alten Begebenheiten festhalten.

Fazit

Für wahre BMW-Emthusiasten ist der Sechszylinder-Reihenmotor nicht von der bayerischen Marke zu trennen. Obwohl der Hersteller viel in Bezug auf E-Mobilität unternimmt, tüftelt er auch an Methoden, die die bestehenden Verbrennermotoren effizienter machen. So kombiniert BMW im B58 Aufladung, variable Ventil- und Nockenwellensteuerung und das Miller-Brennverfahren. So entsteht eine verkürzte Öffnungsdauer der Einlassventile, kombiniert mit einer gesteigerten Leistung des Aufladesystems und des Ladeluftkühlers. Die Entwickler wollen so den Kradftstoffverbrauch und die Entwicklung von Emissionen senken.

Die aktuelle Ausgabe
AUTO MOTOR UND SPORT 05 / 2024
AUTO MOTOR UND SPORT 05 / 2024

Erscheinungsdatum 15.02.2024

148 Seiten