Neue Motoren: MB präsentiert neue Vierzylinder-Generation

Sternstunden der Motorentechnik: Mercedes-Benz präsentiert neue Vierzylinder-Generation

› Vier neu entwickelte Benzin-Triebwerke mit bis zu 141 kW/192 PS

› Start ab Mitte 2002 in der C-Klasse und anderen Modellreihen

› Mit TWINPULSE-System hoher Fahrspaß bei geringem Verbrauch

› Einzigartiges Technologiepaket mit Kompressor und Ausgleichswellen

› Mit Benzin-Direkteinspritzung über 19 Prozent Verbrauchsvorteil

› Drehmomentplus von 15 Prozent und Abgaswerte unter den EU-4-Limits

Moderne Hightech-Konstruktion aus Aluminium

Stuttgart, 05.02.2002
Mit einer neuen Motorengeneration startet Mercedes-Benz ab Mitte 2002 auch auf dem Gebiet der Vierzylindertechnik in die Zukunft. Die hochmodernen Triebwerke, die zunächst in der C-Klasse und später auch in anderen Mercedes-Modellreihen starten werden, setzen in allen wichtigen Entwicklungsbereichen Zeichen: Kraftstoffverbrauch, Drehmomentcharakteristik, Leistungsentfaltung, Leichtbau und Laufruhe.
Vier Varianten des hochmodernen 1,8-Liter-Motors stehen zur Auswahl -- alle mit dem einzigartigen TWINPULSE-System, das durch die Kombination verschiedener Technologien wie Kompressor-Aufladung, Ladeluftkühlung, Vierventiltechnik, variabel verstellbaren Nockenwellen, Lanchester-Ausgleich und adaptiver Antriebsdynamik bei einem Minimum an Kraftstoffverbrauch ein Maximum an Fahrspaß und Laufruhe garantiert.

170 PS starker Direkteinspritzer mit nur 7,8 Liter Kraftstoffverbrauch

Das Leistungsspektrum der neuen Mercedes-Vierzylinder reicht von 105 kW/143 PS bis 141 kW/192 PS. Erstmals wird Mercedes-Benz ab Ende 2002 auch einen 125 kW/170 PS starken Benzin-Direkteinspritzer anbieten. Er ist der weltweit erste Motor dieser Art, der die zukunftsweisende Direkteinspritzung mit Kompressor-Aufladung und Massenausgleich kombiniert. Das Kürzel CGI am Heck der Mercedes-Modelle weist in Zukunft auf diese moderne Motorentechnik hin. Es steht für die Begriffe Stratified Charged Gasoline Injection.

Die Benzin-Direkteinspritzung ermöglicht gegenüber dem vergleichbaren Vorgängermodell der C-Klasse eine Kraftstoffersparnis von über 19 Prozent -- trotz der höheren Motorleistung des neuen Motors. Konkret: Auf 100 Kilometer begnügt sich der C 200 CGI mit 7,8 Liter schwefelfreiem Superplus-Benzin (NEFZ-Gesamt-verbrauch).

Schon ab 1500/min stellt der Direkteinspritzer über 75 Prozent seines Drehmomentmaximums zur Verfügung, das er ab 3000/min entwickelt: 250 Newtonmeter. Diesen beachtlichen Wert hält er bis 4500/min konstant.

TWINPULSE für mehr Dynamik bei geringerem Kraftstoffverbrauch

Der Vergleich mit den Vorgängermodellen zeigt, dass auch die drei neuen Merce-des-Vierzylinder mit konventioneller Kanaleinspritzung alle Voraussetzungen für hohe Wirtschaftlichkeit und dynamisches Fahr-Erlebnis erfüllen: Der neue C 180 KOMPRESSOR beschleunigt in 9,7 Sekunden von null auf 100 km/h und erreicht eine Höchstgeschwindigkeit von 222 km/h. Damit ist er beim Spurt um 1,3 Sekunden und beim Höchsttempo um zwölf km/h schneller als die bisherige C 180-Limousine. Der Kraftstoffverbrauch fällt mit 8,4 Liter je 100 Kilometer (NEFZ-Gesamtverbrauch) um einen Liter günstiger aus. Das sind über zehn Prozent. Mit einem um rund 15 Prozent höheren Drehmoment von 220 Newtonmetern (Vorgänger: 190 Nm), das schon ab 2500/min bereitsteht, erfüllt der Vierzylinder auch hinsichtlich Durchzugsvermögen und Elastizität hohe Ansprüche.

Beim neuen C 200 KOMPRESSOR beträgt der Verbrauchsvorteil gegenüber dem Vorgängermodell über elf Prozent. Sein Vierzylinder-Triebwerk erreicht bei 3000/min ein maximales Drehmoment von 240 Newtonmetern (Vorgänger: 230 Newtonmeter).

Die leistungs- und drehmomentstärkste Variante (141 kW/192 PS; 260 Newtonmeter) des neuen Vierzylindermotors, die Mercedes-Benz als C 230 KOMPRESSOR im Sportcoupé der C-Klasse anbietet, unterbietet den Kraftstoffverbrauch des Vorgängers um 0,7 Liter je 100 Kilometer.

Hoher thermischer Wirkungsgrad und vorbildlicher Drehmomentverlauf

Die vorbildlichen Verbrauchswerte der neuen Vierzylinder-Triebwerke erzielen die Mercedes-Ingenieure vor allem durch eine Verlagerung der Betriebspunkte in Drehzahlbereiche mit einem optimalen thermodynamischen Wirkungsgrad. Zusätzlich macht sich die Verkleinerung des Hubraums auf 1,8 Liter durch geringere Reibleistungswerte und bessere Thermodynamik in der Verbrauchsbilanz positiv bemerkbar.

Nach wie vor zeichnen sich die Vierzylindermodelle der C-Klasse aber durch vorbildliche Agilität und Dynamik aus. Dafür sorgt die Kompressor-Aufladung, die bei allen Triebwerken der neuen Generation zum Einsatz kommt. Mit ihrer Hilfe steht schon ab Leerlaufdrehzahl ein hohes Drehmoment zur Verfügung, das wiederum eine bis zu 13 Prozent längere Gesamtübersetzung ermöglicht. Damit lassen sich die neuen Motoren weitgehend entdrosseln, also besonders wirtschaftlich, betreiben. Der TWINPULSE-Effekt: noch bessere Fahrleistungen und noch geringerer Kraftstoffverbrauch.

Die weltweit einzigartige Kombination der Kompressor-Aufladung mit dem so genannten Lanchester-Ausgleich löst dank des TWINPULSE-Systems einen weiteren Zielkonflikt bei der Entwicklung von Vierzylindermotoren: Die Ausgleichswellen kompensieren die prinzipbedingten Schwingungen und sorgen somit für eine in dieser Hubraumklasse vorbildliche Laufruhe.

Mit anderen Worten: Dank mechanischer Aufladung und modernster Motorentechnik kombinieren die neuen Mercedes-Motoren die Durchzugskraft und den Geräuschkomfort eines Sechszylinders mit der Wirtschaftlichkeit eines Vierzylinders.

Magerbetrieb im Teillastbereich und Abgasreinigung mit Speicher-Kat

Ebenso wie die Kompressor-Technik hat auch die Benzin-Direkteinspritzung bei Mercedes-Benz eine lange Tradition. Schon Mitte der Fünfzigerjahre präsentierte die Stuttgarter Automobilmarke diese Technologie im 300 SL, dem legendären „Flügeltürer“. Der Sportwagen war das erste Serienautomobil mit einem direkt einspritzenden Viertaktmotor - eine Sensation, die dem Sechszylinder-Triebwerk zu einem beachtlichen Leistungsplus verhalf.

Heute stehen bei der Weiterentwicklung dieser Einspritztechnik andere Aspekte im Vordergrund: Kraftstoffverbrauch und Abgas-Emissionen. Was lange Zeit als technisch problematisch galt, ist heute dank großer Fortschritte auf dem Gebiet der Abgasreinigung und der Motorsteuerung machbar: der für günstigen Kraft-stoffverbrauch erforderliche Magerbetrieb des Triebwerks bei gleichzeitigem Einsatz der Katalysatortechnik, die normalerweise ein „stöchiometrisches“ Luft-KraftstoffGemisch (14,6 : 1) erfordert. Die Lösung ist ein neu entwickelter NOx-Speicherkatalysator, der die Stickoxide während des Magerbetriebs adsorbiert und sie in kurzen Regenerationsphasen wieder freigibt, sodass sie mit Hilfe der anderen Abgaskomponenten zu unschädlichem Stickstoff reagieren.

Dank dieser Technik, die Mercedes-Benz bei dem neuen Benzin-Direkteinspritzer mit Abgasrückführung und Sekundärlufteinblasung kombiniert, unterbietet der C 200 CGI die zukünftigen EU-4-Limits zuverlässig. Je nach Motorbetrieb können bis zu 35 Prozent der Abgase zurückgeführt werden, was eine deutliche Verringerung der Stickoxidemissionen bewirkt. Ein Novum ist auch die „lineare“ Lambda-Sonde, die bereits unmittelbar nach dem Kaltstart des Triebwerks aktiv ist und Informationen über die Abgaszusammensetzung liefert, die der Motor-Computer unter anderem für die Warmlaufsteuerung verarbeitet. Sie bewirkt, dass der Katalysator seine Betriebstemperatur schneller erreicht. Zusätzlich kommt ein neu entwickelter, elektronisch vernetzter NOx-Sensor mit digitaler Steuerung zum Einsatz, der die optimale Steuerung des NOx-Speicherkatalysators garantiert.

 

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Direkteinspritzung mit einem Druck von bis zu 120 bar

Bei der Direkteinspritzung entsteht das Verbrennungsgemisch erst in den Brennräumen. Der Kraftstoff wird mit Hilfe eines Injektors im Winkel von 42 Grad und - je nach Motorbetrieb - mit einem Druck von 50 bis 120 bar in die Zylinder eingespritzt. Dort bilden die Kraftstofftropfen zusammen mit den Luftteilchen eine Gemischwolke, die von speziell geformten Kolbenmulden zu den Zündkerzen geführt wird. Zum Vergleich: Beim Vierzylindermotor mit herkömmlicher Einspritztechnik beträgt der Kraftstoffdruck rund 3,8 bar.

Um der Gemischwolke im Sinne schneller und möglichst vollständiger Verbrennung einen optimalen Drall zu geben, verfügt der CGI-Motor über zwei getrennte Ansaugkanäle, deren Strömungscharakteristik mit Hilfe aufwändiger Verfahren entwickelt wurde. Jeweils einer dieser Ansaugkanäle ist zusätzlich mit einer verstellbaren Drallklappe ausgestattet. Den Antrieb der Kraftstoff-Hochdruckpumpe übernimmt die Einlassnockenwelle; den Druck in der Kraftstoffleitung (Rail), die direkt mit den Injektoren verbunden ist, regelt ein vom Motor-Computer gesteuerter Druckregler, der wiederum die Signale eines speziellen Drucksensors empfängt.

Im Teillastbetrieb, bei einem Mitteldruck von vier bis fünf bar, und bei niedrigen Drehzahlen arbeitet der Vierzylinder „mager“, also ungedrosselt und mit hohem Luftüberschuss. Die Ingenieure sprechen von einer „Schichtladung“: Der Kraftstoff wird relativ spät in die vom Kolben verdichtete Luft eingespritzt. Außerhalb dieses Bereichs betreiben sie den Direkteinspritzer mit dem für Katalysatormotoren üblichen Luft-Kraftstoff-Gemisch (Lambda 1).

Aluminium-Zylinderkopf mit variabel verstellbaren Nockenwellen

Der aus einer hochfesten Aluminium-Legierung hergestellte Zylinderkopf ist in allen Versionen des neuen Mercedes-Motors mit 16 Ventilen und zwei oben liegenden Nockenwellen ausgestattet. Im Gegensatz zum bisherigen Mercedes-Vierzylinder sind beide Nockenwellen verstellbar - und zwar variabel. Ein neu entwickelter Flügelzellenversteller mit integriertem Steuerventil ermöglicht eine kontinuierliche Einstellung der jeweils günstigsten Steuerzeiten, was sich günstig auf das Drehmomentverhalten bei Volllast, auf den Kraftstoffverbrauch und die Abgas-Emissionen auswirkt. Die Ventile werden mittels Rollenschlepphebel gesteuert und verfügen über einen wartungsfreien hydraulischen Ventilspielausgleich.

Kompressor mit hohem Wirkungsgrad und geringem Geräusch

Den Kompressor, der bei allen neuen Mercedes-Vierzylindern für vorbildliche Drehmomentcharakteristik im unteren Drehzahlbereich sorgt, haben die Mercedes-Ingenieure durch Verringerung der Luftspalte zwischen den Rotoren und dem Ladergehäuse sowie durch eine neuartige Beschichtung der Rotoren weiterentwickelt. Das Ergebnis: ein noch höherer Luftdurchsatz und ein noch höherer Wir-kungsgrad als beim mechanischen Lader der bisherigen Mercedes-Vierzylinder-motoren. An der Saug- und an der Druckseite arbeiten spezielle Breitband-Geräuschdämpfer.

Vom Kompressor strömt die verdichtete Luft durch einen Ladeluftkühler und erreicht auf diese Weise die für den Verbrennungsprozess optimale Temperatur und Dichte. Die Kunststoffsaugrohre sind bei der Normal- und bei der CGI-Variante der neuen Motorengeneration unterschiedlich gestaltet: Beim Direkteinspritzer trennen sie sich bereits vor ihrem Eintritt in den Zylinderkopf in zwei separate Kanäle pro Zylinder auf. Jeweils eines dieser Rohre ist mit einer elektrisch verstellbaren Drallklappe ausgestattet, die den Luftwirbel zusätzlich verstärkt.

Elektronisches Steuergerät am Gehäuse des Luftfilters

Der am Saugrohr befestigte Rundluftfilter bietet den Vorteil, eine relativ große Filterfläche auf kleinstem Raum unterzubringen. Seitlich am Luftfiltergehäuse findet außerdem das elektronische Steuergerät seinen Platz, das gleich mit zwei leistungsfähigen Prozessoren ausgestattet ist. Sie teilen sich die komplexen Aufgaben -einer ist für die Echtzeitprozesse wie die Berechnung der Zünd- und Einspritzimpulse zuständig, der andere übernimmt zeitsynchrone Aufgaben wie die Lambda-Regelung oder die Bestimmung des Zündzeitpunkts und der Einspritzmenge. Via CAN-Datenbus (Controller Area Network) ist das Steuergerät in das elektronische Bordnetzwerk integriert und tauscht mit anderen Mikro-Computern Daten aus. Der in seinen Funktionen weiterentwickelte Heißfilm-Luftmassenmesser findet seinen Platz unmittelbar hinter dem Gehäuse des Luftfilters.

Wie bei allen modernen Benzinmotoren aus dem Hause Mercedes-Benz werden auch bei den neuen Vierzylindern alle Komponenten, deren ordnungsgemäße Funktion für die Einhaltung der geringen Abgaswerte erforderlich ist, elektronisch überwacht.

Diese so genannte Onboard-Diagnose umfasst zum Beispiel die kontinuierliche Diagnose des Kat-Wirkungsgrads, die Überwachung der Zündanlage, die elektrische Überprüfung des Regenerierventils sowie die Kontrolle der Lambdasonde. Ist eines dieser Systeme gestört, leuchtet im Kombi-Instrument die Anzeige „Check Engine“ auf. Gleichzeitig werden die Fehlfunktionen gespeichert, sodass Servicetechniker das Problem sofort erkennen und die Störung beseitigen können.

Sechszylindertypische Laufruhe dank neu entwickeltem Massenausgleich

Neben vorbildlicher Leistungsentfaltung, günstigem Kraftstoffverbrauch und geringen Abgas-Emissionen bieten die neuen Mercedes-Vierzylinder einen weiteren Vorteil: sechszylindertypische Laufruhe und Akustik. Dazu trägt vor allem der neu entwickelte Lanchester-Massenausgleich bei. Das sind zwei geschmiedete und mehrfach gelagerte Wellen, die unterhalb des Kurbeltriebs angeordnet sind und zueinander gegenläufig mit doppelter Kurbelwellendrehzahl rotieren. Auf diese Weise kompensieren sie die prinzipbedingten Massenkräfte, die unter anderem durch die Bewegungen der Kolben auftreten und störende Vibrationen verursachen können.

Größe, Masse und Anordnung der Ausgleichswellen wurden exakt auf die auszugleichenden Massenschwingungen des Vierzylindermotors abgestimmt. So bewirkt diese Technik eine deutliche Verringerung der Geräusch-Emissionen und der Vibrationen. Mit anderen Worten: ein beachtliches Plus an Fahrkomfort.

Das Aluminiumgehäuse, in dem die Ausgleichswellen gelagert sind, findet seinen Platz in der Ölwanne, wo es von unten mit dem Kurbelgehäuse verschraubt ist. Den Antrieb übernimmt eine neu entwickelte Einfachhülsenkette mit geringen Massen. Im Kurbelgehäuse ist auch die Ölpumpe des Motors untergebracht; sie wird von einer der beiden Wellen mittels eines Zahnradpaars angetrieben. Das Kurbelgehäuse besteht aus Aluminium-Druckguss (Vorgängermotor: Grauguss) und trägt maßgeblich zum Leichtbaukonzept des neuen Vierzylinders bei. In Zahlen: Das Triebwerk bringt insgesamt rund 167 Kilogramm auf die Waage und unterbietet damit seinen Vorgänger deutlich. Der Gewichtsvorteil beträgt rund 18 Kilogramm oder fast zehn Prozent.

Antriebsdynamik je nach Wunsch des Autofahrers

Einen weiteren Beitrag für erlebnisorientiertes, dynamisches Autofahren leistet Mercedes-Benz durch eine neu entwickelte Technik, die den jeweiligen Fahrertyp erkennt und demzufolge die Antriebscharakteristik des Motors anpasst. Sitzt ein sportlich ambitionierter Fahrer hinter dem Lenkrad, dann sorgt die Elektronik dafür, dass die C-Klasse seinen individuellen Erwartungen entsprechend „am Gaspedal hängt“. Hat der Computer dagegen einen eher komfortorientierten Fahrer identifiziert, adaptiert er die Steuerkennlinie der Elektronik so, dass sich der Vier-zylindermotor diesem Fahrerverhalten harmonisch anpasst.

Um den jeweiligen Fahrertyp oder -wunsch zweifelsfrei zu erkennen, beobachtet das System die Pedalbewegungen sehr genau, registriert ständig die Beschleunigungsmanöver und adaptiert die Pedalcharakteristik anhand dieser Daten. Dies geschieht kontinuierlich in kleinen Schritten, sodass das Fahrverhalten nie im Widerspruch zur Erwartungshaltung des Autofahrers steht. Bei sportlicher Fahrweise verändert sich die Pedalcharakteristik so, dass die Drosselklappe bei gleichem Pedalweg weiter geöffnet wird als bisher gewohnt. Der Motor reagiert also spontaner auf die Wünsche des Autofahrers und erreicht seine maximale Beschleunigungsleistung schneller. Bei komfortbetontem Fahrstil stellt die Elektronik eine flachere Pedalkennlinie ein. Die Drosselklappe öffnet sich dann bei gleichem Pedalweg entsprechend langsamer und das Auto beschleunigt „sanfter“.

DaimlerChrysler Presse-Text