Motorentechnik - Höchstleistung aus dem V

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Foto: © Jaguar

Motorentechnik -  Höchstleistung aus dem V

Strengere Emissionsgrenzwerte stellen die Motorenentwickler vor die Herausforderung, die perfekte Balance zwischen Leistung und Sparsamkeit zu finden. Die in Leichtbauweise gefertigten und per Kompressor aufgeladenen Benzinmotoren der neuesten Generation punkten mit hoher Literleistung und Effizienz und zeugen von Jaguars Expertise beim Bau von Hochleistungs-Antriebsaggregaten.

Neue Motorengeneration

Stand der Technik bei Jaguar ist ein neu entwickelter 3,0 Liter V6 Kompressor. Das Aggregat ist in zwei Leistungsstufen erhältlich und basiert auf der Architektur des vielfach ausgezeichneten und weltweit von Medienvertretern gelobten Jaguar 5,0 Liter V8 Motors.

Viele Technologien des komplett neu entwickelten 3,0-Liter-V6-Aggregats konnten sich bereits im zugrundeliegenden V8-Motor bewähren, beispielsweise die Aluminiumbauweise, die variable Ventilsteuerung sowie die strahlgeführte Benzin-Direkteinspritzung. Der in Leichtbauweise gefertigte Motorblock beweist zudem, dass auch bei Hochleistungsaggregaten nicht auf Nachhaltigkeit verzichtet werden muss. So bestehen etwa die Vierventil-Zylinderköpfe aus recyceltem Aluminium.

Die Basisversion des neuen V6-Motors hielt bereits zum Modelljahr 2013 in den Limousinen Jaguar XJ und XF Einzug und greift auf sportliche 250 kW (340 PS) zurück. Bei der zweiten Ausbaustufe kitzelten die Ingenieure mit insgesamt 280 kW (380 PS) noch zusätzliche Leistungsreserven aus dem Aggregat heraus. In dieser Version bleibt der Motor zunächst exklusiv dem F-TYPE vorbehalten, der damit problemlos eine Höchstgeschwindigkeit von 275 km/h erreicht.

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Mit einer spezifischen Leistung von 93 kW (127 PS) pro Liter Hubraum verfügt der Motor über die höchste Literleistung aller derzeit in Serie produzierten Jaguar-Motoren. Beide Varianten des neuen V6-Antriebs punkten insgesamt mit Leistungswerten, die man sonst eher von deutlich großvolumigeren Motoren kennt, zeigen sich aber gleichzeitig sparsamer bei Verbrauch und CO2-Ausstoß. Das Jaguar "Intelligent Stop/Start"-System senkt zudem den Kraftstoffverbrauch um bis zu fünf Prozent und startet den Motor dank eines Tandem-Magnetschalteranlassers schneller als der Fahrer seinen Fuß vom Brems- zum Gaspedal wechseln kann.

Aufgeladen und auf Höchstleistung getrimmt

Ihre souveräne Leistungsentfaltung verdanken die neuen Motoren vor allem der Kompressoraufladung, die für eine verbesserte Luftzufuhr sorgt und dadurch die Verbrennung optimiert. Der Einsatz des Kompressors anstelle eines Abgasturboladers bringt gleich mehrere Vorteile mit sich. Aufgrund der mechanischen Kopplung an den Motor liefert der Kompressor ein spontanes Ansprechverhalten bei plötzlichem Lastwechsel. Zudem steht schon bei niedriger Motordrehzahl ein hoher Ladedruck zur Verfügung. Eine Anfahrschwäche, häufig als "Turboloch" bezeichnet, kennen die Jaguar-Antriebe somit nicht. Weiterhin entfallen störende Rückwirkungen des Abgasgegendrucks auf den Ladungswechsel. Die bei Benzinmotoren hohen Abgastemperaturen von bis zu 1.000 Grad Celsius sind für die Kompressoraufladung unbedeutend. Aufgrund der vom Abgasstrom unabhängigen Aufladung kann bei mechanischen Ladern auf den Einsatz hochwärmefester Materialien verzichtet werden. Auch befinden sich im Motorraum keine Teile, die sich aufheizen und Wärme an die Umgebung abstrahlen können, wie beispielsweise ein Turbinengehäuse. Dadurch entfallen zusätzliche Dämm- oder Kühlmaßnahmen, was bei entsprechendem Packaging im Motorraum moderner Fahrzeuge einen entscheidenden Vorteil darstellt.

Der im V der Zylinderbänke des Motors platzierte "Twin Vortex"-Roots-Kompressor ist zusätzlich mit einem wassergekühlten Zwischenkühler ausgestattet. Dieser senkt die Temperatur der komprimierten Ansaugluft, wodurch sich deren Dichte erhöht und insgesamt mehr Luft in die Zylinder gelangt. Entsprechend positiv wirkt sich dies auf die Verbrennung aus, sodass die Leistungsausbeute und Effizienz des Motors steigen. Ebenso sorgt eine Neukalibrierung des elektronischen Bypasses von Kompressor und Drosselklappe für höheren Ladedruck, der wiederum zu einer optimalen Füllung des Brennraums führt.

Ein weiterer Vorteil der Kompressormotoren ist deren lineare Leistungsentfaltung sowie ein durchgehend hohes Drehmoment in allen Drehzahlbereichen.

Extrem stark

Im Topmodell des Jaguar F-TYPE arbeitet eine 364 kW (495 PS) starke und ebenfalls per Kompressor aufgeladene neue Version des 5,0-Liter-V8-Motors, der für ein beachtliches Drehmoment von 625 Nm sorgt. Damit beschleunigt der elegante Spitzensportler in nur 4,3 Sekunden aus dem Stand auf 100 km/h; den Sprung von 80 auf 120 km/h bewältigt die Raubkatze dank des unmittelbaren Ansprechverhaltens in 2,5 Sekunden. Bei Erreichen der Höchstgeschwindigkeit von 300 km/h riegelt der F-TYPE V8 S schließlich elektronisch ab.

Bei der aufgeladenen Variante des 5,0-Liter-V8-Motors, wie er im XKR-S verbaut ist, setzt Jaguar noch einen drauf. Der Motor generiert eine Spitzenleistung von 405 kW (550 PS) und stemmt 680 Nm Drehmoment auf die Kurbelwelle.

Technologie vom Feinsten

Der neue 3,0-Liter-V6-Kompressormotor gilt als ingenieurstechnisches Meisterwerk und greift auf zahlreiche Schlüsseltechnologien seines großen achtzylindrigen Bruders zurück. Dazu zählen unter anderem die Aluminiumbauweise, eine variable Ventilsteuerung mit erweitertem Verstellbereich sowie die strahlgeführte Benzin-Direkteinspritzung.

Der gesamte Motorblock ist in Leichtbauweise gefertigt und besteht zudem teilweise aus aufgearbeiteten Materialien. Quer verschraubte Hauptlagerdeckel am Motorblock verbessern die Steifigkeit und Laufkultur des Aggregats. Insgesamt vier obenliegende Nockenwellen - zwei je Zylinderbank - sorgen für präzises Öffnen und Schließen der Ein- und Auslassventile. Die Steuerung der Ventile übernimmt ein DIVCT-System (Dual Independent Variable Cam Timing), das eine vom Öldruck unabhängige Verstellung der Nockenwellen erlaubt. Die Verstellung erfolgt hier über das Nockendrehmoment, also das positive und negative Drehmoment, das beim Öffnen und Schließen der Ventile erzeugt wird. Vorteil dieser Art der Nockenwellenverstellung ist - neben dem erweiterten Verstellbereich von mehr als 150 Grad pro Sekunde - die von der Drehzahl des Motors unabhängige Verstellung. Im Ergebnis reduziert die Nockenwellenverstellung unter Teillast die Ladungswechselverluste und erlaubt unter Volllast eine optimale Zylinderfüllung, wodurch Kraftentfaltung und Kraftstoffverbrauch des Motors verbessert werden.

Die strahlgeführte Direkteinspritzung (SGDI, Spray-Guided Direct Injection) sorgt zusätzlich für einen möglichst effizienten Verbrennungsvorgang, indem sie den Kraftstoff mit Drücken von bis zu 150 bar direkt in die Brennraummitte einspritzt. Zudem erfolgen mehrere Einspritzvorgänge pro Verbrennungszyklus, wodurch unter anderem ein homogeneres Luft-Kraftstoff-Gemisch entsteht. Dies wiederum erhöht den Wirkungsgrad und die Verbrennung läuft insgesamt sauberer ab. Zur Maximierung des Wirkungsgrads trägt auch die Neupositionierung der Zündkerzen bei, die exakt im Hinblick auf Brennraumgestaltung und die Lage des Benzininjektors ausgerichtet wurden. Zudem wurde im Vergleich zum großen V8-Kompressor das Verdichtungsverhältnis von 9,5:1 auf 10,5:1 angehoben, was sich zusätzlich positiv auf die Verbrauchs- und Emissionswerte des Motors auswirkt.

Downsizing extrem

Wie zukünftige Antriebe bei Jaguar aussehen könnten zeigt der Prototyp der Konzeptstudie C-X75. Hier sorgt ein von der Formel 1 inspirierter Reihen-Vierzylindermotor mit nur 1,6 Litern Hubraum für beeindruckende 374 kW (509 PS) bei 10.000/min. Dies entspricht einer Bestleistung von 234 kW (318 PS) pro Liter Hubraum.

Der 1,6-Liter-Motor verfügt über eine doppelte Aufladung in Form von Abgas-Turbolader und mechanischem Lader (Kompressor) mit Ladeluftkühler. Während der Turbolader standardmäßig immer mitläuft, trennt eine Kupplung den Kompressor bei 5.500/min ab. Aufgeladen mit einem Druck von 2,4 bar beatmet dann alleine der Turbolader die vier Zylinder. Das System garantiert eine gleichmäßige Leistungsentfaltung über das gesamte Drehzahlband. Gleichzeitig eliminiert die Abtrennung des Kompressors bei höheren Drehzahlen störende Reibungsverluste des an den Motor gekoppelten mechanischen Laders.

Neben doppelter Einspritzung - per Saugrohrinjektion und Direkteinspritzung - sorgt eine vom Öldruck regulierte variable Nockenwellenverstellung für das richtige Timing beim Öffnen und Schließen der Ventile. In dieser Form ist die Nockenwellenverstellung ein bislang einzigartiges und patentiertes System, das speziell für die Verstellung bei höchsten Drehzahlen entwickelt wurde.

Der als Hybrid ausgelegte Hochleistungsbolide verfügt über zwei Synchron-Elektromotoren an der Vorder- und Hinterachse, die trotz ihrer geringen Breite von 67 Millimetern eine Leistung von je 150 kW erzeugen. In Kombination mit dem 1,6-Liter-Verbrenner verfügt der Jaguar C-X75 über eine Gesamtleistung von 634 kW (862 PS) und überträgt dabei 1.000 Nm Drehmoment auf die Kurbelwelle. Aus dem Stand beschleunigt der Hybrid-Supersportwagen in weniger als sechs Sekunden auf 100 mph (160 km/h) und erreicht eine Höchstgeschwindigkeit von 220 mph (354 km/h).




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