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Update für den BMW 3,0-Liter-Reihen-6-Zylinder-Turbo (B58)

BMW 3,0-Liter-Reihen-6-Zylinder-Turbo (B58) Brennverfahren wie im Prius, 500 PS dank PHEV?

Auch wenn BMW viel Aufwand in neue E-Antriebe steckt, pflegen die Münchner ihren Klassiker: Sie überarbeiten den 3,0-Liter-Reihen-6-Zylinder-Turbo (B58) und schrecken dabei auch nicht vor einem Brennverfahren zurück, das so ähnlich Toyota in seinen Hybridmodellen anwendet.

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.

Valvetronic und Vanos

Der S58 ist vom in allen BMW-Baureihen mit Hinterradantrieb zum Einsatz kommenden B58 abgeleitet. Bei dem ebenfalls rund 3,0 Liter großen Motor sind Kurbelgehäuse und Zylinderkopf aus Alu. In ihm 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 – um so mehr, je weiter sie geschlossen ist (Teillastbereich).

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Die zwei kettengetriebenen Nockenwellen sind beim B58-Sechszylinder verstellbar (Vanos) und betätigen im Hub variable Ventile (Valvetronic).

Neben der Valvetronic verwendet BMW bei seinen Motoren eine Nockenwellen-Verstellung (VANOS), die die Steuerzeiten des Ladungswechsels ebenfalls variiert.

Twin-Scroll-Turbo und Direkteinspritzung

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. 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.

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Der Abgasturbolader und der Krümmer bilden eine kompakte Einheit. Der Lader arbeitet nach dem Twin-Scroll-Prinzip, das heißt der Abgasstrom aller (jeweils drei) Zylinder vereinigt sich erst kurz vor den Turbinenschaufeln.

Ebenfalls längst nicht nur bei BMW gängig ist die Benzin-Direkteinspritzung, deren Arbeitsdruck die Entwickler beim B58 im Zuge einer ersten Überarbeitung (B58 TÜ1) von 200 auf zu 350 bar erhöhten.

48 PS Leistungsplus – B58 schon mal überarbeitet

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.

Damit erfüllt der modifizierte B58 die Bestimmungen der Abgasnorm Euro 6d-TEMP. Im M340i (mit Achtgangautomatik) beziffert BMW den Verbrauch auf 7,5 Liter je 100 Kilometer*, die CO2-Emissionen auf 172 Gramm pro Kilometer.*

BMW 7er
Neuheiten

B58 TÜ2: wenig mehr Leistung, deutlich weniger Verbrauch

Auch ein überarbeiteter Sechszylinder kommt in zahlreichen Baureihen zum Einsatz: Zum Beispiel im demnächst neuen 7er und im 5er, der analog zum Flaggschiff (i7) als Elektro-Variante i5 kommen soll. Erstmals Verwendung findet der neue Sechszylinder im überarbeiteten 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.

BMW X7 Facelift / Modellpflege MY 2023
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Brennverfahren wie beim Toyota Prius

Letzteres, von BMW-Entwicklungschef Frank Weber im Interview mit auto motor und sport bereits angedeutet, dürfte maßgeblich für den geringen Leistungszuwachs sein – Ziel waren eher mehr Effizienz und weniger Emissionen. Die soll das so genannte Miller-Brennverfahren liefern. Ralph Miller ließ sich schon 1957 einen Ventiltrieb patentieren, bei dem das Einlassventil sehr früh schließt, noch während des Ansaugtaktes. 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 wenig attraktiv wirkt.

Die Anforderungen, die der Miller-Kreisprozess oder -Zyklus an die Konstruktionsmerkmale des Motors für besonders gewinnbringende Nutzung 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.

Aufladung und Valvetronic sollen Miller Beine machen

BMW kombiniert nun im überarbeiteten Sechszylinder Aufladung, variable Ventil- und Nockenwellensteuerung mit dem sogenannte Miller-Brennverfahren. Es bewirke eine verkürzte Öffnungsdauer der Einlassventile und kombiniere 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 signifikant reduziert haben. 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 eingespeisen, sobald der Fahrer das Gaspedal entlastet.

BMW Sechszylinder Turbo B58 TÜ2 X7 40i
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Kompaktes Kraftwerk: Der B58 TÜ2 im BMW X7 40i XDrive

Die variable Nockenwelleneinstellung (Vanos) arbeitet jetzt elektrisch, was laut BMW eine Spreizung auf besonders emissionsoptimierte Einstellungen auszudehnen erlaubt. Die Gemischaufbereitung ist ebenfalls neu: Zusätzlich zur bisherigen Hochdruck-Einspritzung gelangt ein Teil des Kraftstoffs nun über ein Niederdrucksystem in die Brennräume. Das modifizierte Strömungsverhalten innerhalb der Einlässe und der Zylinder sorgt für eine reduziertee Partikel-Bildung, geringere CO2-Emissionen und eine dezentere Leerlauf-Akustik. Kraftentfaltung und Emissionsverhalten sollen zudem von einem neuen, in den Zylinderkopf integrierten Abgaskrümmer profitieren.

Gut 9 Prozent weniger Verbrauch

Der neue Motor beschleunigt den wuchtigen 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

BMW M-Sechszylinder Biturbo S58 X3 M X4 M Competition
Tech & Zukunft

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 könnte der Sechszylinder mit mehr als 500 PS im neuen 7er haben.

Der neue 5er (G60) geht als Limousine aber erst im Juli 2023 in Produktion; der 7er als Baureihe ist vorher dran und es wäre eher seltsam, wenn er nicht ebenfalls in einer 6-Zylinder-PHEV-Variante käme – von der könnten wir schon bald mehr erfahren: Es ist kein Geheimnis, dass der Markt großer Luxuslimousinen inzwischen vor allem in Fernost liegt und im April steigt die Messe in Peking.

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Fazit

Die Bayerischen Motorenwerke hegen und pflegen ihr Prunkstück, auch wenn der Verbrennungsmotorenbau nicht mehr in Deutschland stattfindet und das Unternehmen sein Stammwerk in München auf die Produktion von E-Autos umrüstet. Passend dazu hat Entwicklungsvorstand Weber deutlich gemacht, dass die Münchner keinen Endpunkt für den Verbrenner angeben wollen, sondern vielmehr neue Benziner und Diesel entwickeln werden, die mit neuen Brennverfahren kommen. Das zielt mehr denn je auf weniger Emissionen und Vebrauch. Neue Leistungsspitzen bringt hingegen die immer stärkere Elektrifizierung. Die stärksten Antriebe dürften künftig, außer bei der M GmbH, die vollelektrischen werden.

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