Im neuen BMW M3 arbeitet ein vollkommen neuer Hochdrehzahlmotor. Wie entsteht ein solches Triebwerk, wel-che Entwicklungsschritte liegen zwischen der Idee und dem fertigen Produkt?

Vögele: Zunächst grundsätzlich: Die M Fahrzeuge sind Fahrzeuge von der Rennstrecke für den Alltag. Und das Gleiche gilt natürlich auch für den Motor, das heißt, es sind eigentlich Rennmotoren, die sich auch im Alltag bewähren.
Der Motor des neuen M3 erreicht das Niveau eines Formel 1 Triebwerks und ist gleichzeitig perfekt für den Alltagseinsatz ausgelegt. Er fasziniert durch Hochleistung, Langlebigkeit und Zuverlässigkeit. Unsere beeindruckenden Werte:

343 PS bei knapp 8.000 Umdrehungen pro Minute und umgerechnet 106 PS pro Liter Hubraum.

Die Entwicklungsmannschaft, die bei uns arbeitet und die den Motor entwickelt, bezieht daraus ihre besondere Motivation – aus dieser Beziehung zum Motorsport. Ich selbst bin da ein gutes Beispiel: Ich habe eigentlich mit der Entwicklung von Serienmotoren bei der BMW AG begonnen, dann viele Jahre jeweils M Motoren oder Rennmotoren beziehungsweise beide parallel entwickelt. Seit einem Jahr widme ich mich wieder ganz den M Motoren. Ausgangspunkt einer Fahrzeug-Neuentwicklung ist eigentlich immer eine Produktvision, also die Frage: Was wollen wir überhaupt machen? Daraus entsteht dann eine Zieldefinition für das Fahrzeug und daraus wie-derum eine Zieldefinition für den Motor.
Himmel: Basis dieser Zieldefinition ist natürlich das Gesamtfahrzeug. Ganz wichtig ist dabei, welche Karosserie der Wagen hat. Danach entscheidet sich, welchen Raum es für den Motor gibt und welche Antriebsart verwen-det werden kann. Anhand der verschiedenen Faktoren wie etwa Fahrleistung, Gewicht, Fahrwiderstände oder Luftwiderstand können wir dann eine Zielkurve für Leistung und Drehmoment ableiten. Danach wissen wir kon-kreter, in welche Richtung der Motor geplant werden muss.

Haben Sie bei der Entwicklung des neuen M3 Motors auf den Vorgängermotor zurückgegriffen und ihn ausgebaut oder wurde er von Grund auf neu konzipiert?

Vögele: Der neue M3 wird, wie sein Vorgänger auch, von einem 6-Zylinder-Motor angetrieben – das war's dann fast schon mit den Gemeinsamkeiten. Aufgrund der komplett neuen Anforderungen ist von dem ursprüng-lichen Motor, außer der Zylinderzahl und einem ähnlichen Hubraum, nichts mehr übrig geblieben.

Himmel: In der Visionsphase hat man mehrere Konzepte. Aber in der Phase, wo man bereits zielorientiert arbeitet, waren es eigentlich drei Konzepte, die wir relativ detailliert miteinander verglichen haben.
Vögele: Wenn man sich dann für ein Konzept entschieden hat – für eine Fahrleistung und ein bestimmtes Package, – dann wird der Motor geplant. Das heißt, es wird ein Lastenheft erstellt, in dem alle Features festgeschrieben sind: Leistung des Motors, Drehmoment, die Abgasgesetze, Geräuschemissionen. All das wird gemeinsam mit dem Einkauf und mit der Fertigung festgelegt – getrennt nach den Fertigungsbereichen für Motor und Fahrzeug, ein hochkomplexer Prozess.

Das große Thema hinsichtlich der Emissionswerte ist ja immer der Unterschied zwischen dem US-amerikanischen und dem europäischen Markt. Beim letzten M3 war es so, dass er in den USA nicht haargenau den gleichen Motor, die gleiche Motorleistung, hatte wie in Europa. Hat er inzwischen das gleiche Triebwerk?

Vögele: Ja, jetzt ist es genau der gleiche Motor, es ist sozusagen ein Weltmotor, der für alle Abgasgesetzge-bungen zugelassen ist. Das gilt für die schärfsten Normen, die es gibt, also für die USA, ebenso wie für Japan und den ECE-Bereich. Man muss aber dazu sagen, es ist zwar der gleiche Motor, allerdings gibt es Unterschiede in der Auslegung des Fahrzeugs. Variiert wurden die Abstimmung des Motors, die Peripherie, teilweise auch die
Abgasanlage und die Katalysatoren, um die speziellen Anforderungen der einzelnen Länder zu erfüllen.

Wirkt sich das auf die PS-Zahl aus?

Vögele: Die PS-Zahl wird oft unterschiedlich angegeben, da es verschiedene Korrekturfaktoren gibt. Horsepow-er für die USA und PS für den ECE-Bereich werden nicht auf die gleiche Weise ermittelt. So kommt es zu den Werten 343 PS und 333 Horsepower, ein Unterschied nur auf dem Papier, der durch die Umrechnung zustande kommt.

Sie haben die Faktoren geschildert, die das Motorenkonzept beeinflussen. Wie verhält es sich denn umgekehrt mit dem Design? Ich denke in diesem Zusammenhang an den Powerdome des M3.

Himmel: Der Powerdome hilft uns natürlich mit den Freigangsproblemen im Motor, weil die Haube aerodyna-misch relativ weit nach unten gezogen wird. Die letztendliche Lösung aber ist – wie bei dem Gesamtfahrzeug üblich – eine Kombination zwischen den beiden Fachbereichen Motor und Design. Es wird abgewägt, was braucht man wirklich und was möchte der andere darstellen – und dabei kam der Powerdome in seiner jetzigen Form heraus, der allen gut gefallen hat. Er hätte natürlich auch anders aussehen können. Eines aber ist ganz klar: Unter dem Powerdome des neuen M3 arbeitet ein Motor, der Emotionen weckt.

Wie hat man sich den eigentlichen Beginn der Entwicklungsarbeit am Motor vorzustellen? Wird heutzutage nur noch mit Computern gearbeitet oder noch am Reißbrett geplant?

Vögele: Das Reißbrett gibt es nicht mehr, wir konstruieren jetzt mit CAD. Das haben wir seit Anfang der 90er-Jahre, als wir komplett auf Computer umgestellt haben. In der Übergangsphase haben ein paar Leute zur Be-ruhigung ihr Zeichenbrett noch neben dem Rechner stehen gehabt.

Wird nach dem Entwurf schon simuliert, gibt es erste Tests oder ist es wirklich zunächst ein theoretischer Aufbau des Motors?

Himmel: Am Anfang steht die Konstruktion per CAD. Auch bei der Simulation arbeiten wir weitestgehend mit CAD-Modellen. Im Großen und Ganzen greift man bei der Berechnung auf die tatsächliche Geometrie, die am Bildschirm entsteht, zurück und führt die dann in die Berechnungsphase über. Dann kann man direkt vergleichen, kann verschiedene Varianten entwickeln, verschiedene Wandstärken, verschiedene Krafteinleitungsmethoden
vergleichen und daraus dann die beste Konstruktion schnell aussortieren – ohne dass man sich Hardware be-schafft, Versuche macht und sehr viel Geld ausgibt. Das ist der Vorteil der Simulation.

Der Motor ist dann vollständig zunächst im Rechner vorhanden?

Himmel: Ja. Das gesamte Auto, also auch der Motor, wird 100-prozentig im CAD abgebildet, da kann man auch Einbauuntersuchungen, Freigangsuntersuchungen machen, und man kann sich schon sehr früh darüber unter-halten, wo es eventuell Schnittstellenprobleme gibt, etwa zwischen den Verantwortlichen aus den Bereichen
Fahrzeug, Antrieb oder Fahrwerk. Engstellen gibt es etwa immer wieder zwischen der Abgasanlage und der Rohkarosserie.
Der neue M3 hat eine komplett neu entwickelte Abgasanlage, für die auch Modifikationen an der Rohkarosserie notwendig waren. Wir arbeiten nun mit einer doppelflutigen Abgas- und Katalysator-Anlage, in der zwei Lambda-Sonden die Abgasstränge für jeweils drei Zylinder überwachen. Diese Entwicklung und die nötigen Modifikationen konnten wir mit dem CAD schon sehr früh simulieren und festlegen.

Vögele: In bestimmten Fällen können wir gleichzeitig mit der Neuentwicklung sogar noch ein Serienfahrzeug ändern, was natürlich ein großer Kostenvorteil für uns ist.

Warum musste die Abgasanlage des M3 neu entwickelt werden?

Vögele: Unsere Motoren arbeiten mit dem Hochdrehzahlkonzept, sollen also eine hohe Leistung bringen. Wenn wir eine Serienanlage einbauen würden, dann wären wir auch nur knapp über der Serienleistung. Zudem müs-sen wir teilweise andere Technologien anwenden, um überhaupt die schon genannten Grenzwerte, die in den USA oder in Europa gelten, einzuhalten.
Es ist mehr Aufwand und Technologie notwendig, um das zu erreichen– zum Beispiel auch unser eigens für den M3 entwickeltes Motorsteuergerät MSS 54. Nur dieses perfekt auf den M3 abgestimmte System mit einer Rechenleistung von 25 Millionen Befehlen pro Sekunde kann das Potenzial des Motors hinsichtlich Leistung,
Drehmomentverlauf und Abgasverhalten voll ausschöpfen.

Wie arbeitet dieses Steuergerät?

Vögele: Das Gerät regelt zum einen die Spreizung unserer stufenlosen Doppel-VANOS, die dafür sorgt, dass bei jeder Drehzahl und Belastung die Ein- und Auslassventile exakt im günstigsten Moment betätigt werden. Zum anderen übernimmt das Steuergerät die ständige Ölniveaukontrolle, die elektronische Drosselklappenregelung, überwacht die Wegfahrsperre und beherbergt ein aufwendiges Diagnosesystem, das den nächsten Werkstatt-besuch anzeigt. Es errechnet zudem zylinderindividuell für jeden Arbeitstakt abhängig von Last und Drehzahl den Zündzeitpunkt, die Einspritzmenge und den Einspritzzeitpunkt.
Außerdem verarbeitet MSS 54 die Signale der beiden schon erwähnten Lambda-Sonden getrennt voneinander, das ermöglicht noch exakter dosierte Einspritz-mengen. Somit kommt dem Gerät auch entscheidende Bedeutung beim Warmlauf des Motors zu. Dabei ent-scheidet sich nämlich, ob der Motor den Abgastest besteht oder nicht. Der Test dauert zwar eine Dreiviertel-stunde, aber „nach hinten raus“ passiert eigentlich nichts mehr. Entscheidend ist die frühe Warmlaufphase, während der der Katalysator noch nicht arbeitet. Dieser muss sehr schnell heiß werden, um möglichst direkt arbeiten zu können. Im MSS 54 haben wir bestimmte Funktionen integriert, um das zu erreichen.

Stellen Sie doch einmal grundsätzlich dar, was den M3 Motor im Vergleich zum normalen 6-Zylinder-Motor ausmacht. Was ist dicker, was ist dünner, was sind die Unterschiede? Wie erreicht man die hohen Drehzahlen?

Vögele: Unser Motor erreicht bis zu 8.000 Umdrehungen. Das ist eigentlich schon wie bei einem Rennmotor, auf der anderen Seite sollen auch Qualitätsmerkmale eines Serienfahrzeugs erreicht werden. Es wird heute keiner mehr akzeptieren, dass ein Motor mit 1.500 Umdrehungen im Leerlauf läuft – auch wenn es ein sport-licher Motor ist.
Wie erreichen wir das?
Erstens brauchen wir teilweise besondere Werkstoffe, um möglichst leicht zu bauen, besondere Technologien, um etwa beim Ventiltrieb sehr leicht zu bleiben, damit wir überhaupt unsere enormen Drehzahlen darstellen können. Eine bewährte M Spezialität in diesem Zusammenhang sind die elektronisch gesteuerten Einzeldrossel-klappen: Jeder Zylinder hat seine eigene Drosselklappe. Das sorgt für ein noch feinfühligeres Ansprechen des Gaspedals und ermöglicht eine unmittelbare Reaktion des Fahrzeugs auch beim Abrufen hoher Motorleistung.

Wie sieht es mit der Langlebigkeit des Motors aus?

Vögele: Für uns gelten im Prinzip die gleichen Kriterien wie für einen Serienmotor. Das heißt, für die Erprobung des Motors auf Dauerhaltbarkeit gelten die gleichen Rahmenbedingungen. Ein extrem hartes Programm: 500 Stunden Prüfstandsdauerlauf, 200 Stunden Hochdrehzahldauerlauf oder 40.000 Kilometer Hochgeschwindigkeits-erprobung.
Das Programm läuft so: Der Motor wird bis zur maximalen Umdrehung hochbeschleunigt, fährt dann zwei Run-den und wird bei 5.000 Umdrehungen wieder runtergeschaltet, sodass er jedes Mal wieder bis 8.000 Touren
hochdreht. Danach geht es wieder in die volle Beschleunigung.

Himmel: Bei diesem Programm liegt der Raffungsfaktor bei 3 bis 4.

Raffungsfaktor?

Vögele: Das bedeutet, dass das Fahrzeug im normalen Betrieb beim Kunden drei- bis viermal länger halten würde als unter diesen Testbelastungen.

Geben Sie eine Garantie auf diese Motoren?

Vögele: Wie bei jedem Serienfahrzeug der BMW AG gelten die gleichen Garantiebedingungen.

Himmel: Es gibt ja Qualitätszahlen für die Fahrzeuge und die Motoren, wenn sie das Werk verlassen. Diese Zahlen müssen auch wir erfüllen. Wir können voller Stolz sagen: Das Geheimnis des M3 Triebwerks sind seine innovativen und perfekt aufeinander abgestimmten Einzelkomponenten.

Wo sehen Sie eigentlich die Grenze der Motorentwicklung? Ist nicht an irgendeinem Punkt aus physikalischen Gründen Schluss?

Vögele: Wir sind mit dem jetzigen 6-Zylinder vom Hubraum her an der Obergrenze, mehr geht mit dem Motor nicht. Aber grundsätzlich kommt es auf die Geometrie an, welchen Motor man baut und von daher sind eigen-tlich keine Grenzen gesetzt. Die Frage ist, was der Markt, was der Kunde will. Der Kunde will Leistung – zumindest die Kunden, die unsere Autos kaufen. Unsere Kunden lieben schnelles Fahren und besondere Autos, allerdings gepaart mit ein wenig Understatement.
Ein Porsche wäre vielen unserer Kunden zu dick aufgetragen. Sie wollen ein alltagstaugliches Fahrzeug, mit dem sie auch in den Urlaub fahren können.

Wo liegen die Vorteile des Hochdrehzahlkonzepts gegenüber einem Motor mit Turbolader, wie ihn Ihre Konkur-renten einsetzen?

Himmel: Im Vergleich mit einem Turboaggregat reagiert der Hochdrehzahlmotor des neuen M3 spontaner und entfaltet seine Kraft über den gesamten Drehzahlbereich gleichmäßiger. Die Bauteile sind weniger belastet und können daher leichter und kompakter ausgeführt werden. Ein Motor mit Turbokonzept arbeitet über den Druck, da muss man Kurbelwelle oder Lager sehr dick dimensionieren.
Im Prinzip kommt es auf die Zugkraft am Hinterrad an, und wenn man mit hoher Drehzahl arbeitet, dann kann man den Motor im Vergleich leichter dimensionieren, auch den gesamten Antriebsstrang leichter machen. Das kommt wiederum der Fahrdynamik entgegen und macht das Auto spontaner.
Also gleich zwei Vorteile: Der Motor hängt gut am Gas, reagiert spontan und das Gesamtfahrzeug ist als solches leichter und fühlt sich noch einmal dynamischer an.

Vögele: Das Hochdrehzahlkonzept ist für uns das Sportliche, das ist pure Dynamik, es hält ein außergewöhn-liches Spurtvermögen bereit. Das Feeling im Vergleich zu einem Turbomotor ist einfach anders. Das ist natürlich auch eine sehr subjektive Angelegenheit.

Warum arbeiten die anderen nicht auch mit dem Hochdrehzahlkonzept?

Vögele: Das ist eine Frage der Firmenphilosophie.

Woher kommt diese Philosophie? Seit wann verfolgen Sie das Hochdrehzahlkonzept?

Vögele: Bei uns kommt die Reife aus dem Rennsport. Wir haben zwar früher für den Rennsport in der Formel 1 auch Turbomotoren gemacht, weil man damals nur damit eine Siegchance hatte. Jetzt haben sich die Zeiten geändert und man setzt auch im Rennsport wieder bewusst auf Saugmotoren, weil die einfach, salopp formu-liert, "besser rüberkommen" als Turboaggregate.

Gibt es noch Abstimmungen zwischen der Motorsport-Abteilung von BMW und der M GmbH bezüglich der Tourenwagen oder ist dieser Bereich komplett ausgelagert?

Vögele: Die Prüfstände der Rennmotoren sind bei uns angesiedelt. Ebenso die Werkstatt, das heißt, wir betrei-ben einen sehr engen Austausch. Und die Basis – zumindest bei den Tourenwagen – sind ja im Prinzip unsere Serienmotoren bzw. umgekehrt, wir nehmen die Rennmotoren.

Die offizielle Bezeichnung des neuen M3 Motors lautet S52 B32. Was verbirgt sich hinter dieser Formel?

Himmel: Das ist die Konzern-Norm oder BMW Norm. S Motoren sind alle Motoren, die in der M GmbH entwickelt werden. 50 bezeichnet die 6-Zylinder-Variante. 4 ist ein 4-Zylinder, 5 ist der 6-Zylinder, 6 ist der 8-Zylinder, 7 der 12-Zylinder. Man hat es einfach fortlaufend in Nummern festgelegt. Und die zweite Stelle hinter der 5 ist dann die jeweilige Variante des Motors. Und B32 heißt nichts anderes, als dass es ein Benzinmotor mit 3,2 Liter Hubraum ist.