Opel Insignia 2012 – Motor 23.02.2012: 2,0-Liter-BiTurbo-Dieselmotor mit zweifacher Ladeluftkühlung • Schneller Ladedruckaufbau durch innovatives Twin Cooler-Kühlkonzept

2,0-Liter-BiTurbo-Dieselmotor mit zweifacher Ladeluftkühlung


•    Schneller Ladedruckaufbau durch innovatives Twin Cooler-Kühlkonzept

•    Exklusive sequenzielle Doppelturbo-Technologie

•    Sechszylinder-Leistung 143 kW/195 PS mit Vierzylinder-Verbrauch 4,9 l/100 km


Opel erweitert das Dieselangebot für den Insignia um einen dynamischen und dennoch sehr sparsamen BiTurbo-Motor mit 143 kW/195 PS. Das neu entwickelte Zweiliter-Vierzylinder-Triebwerk mit Common-Rail-Direkteinspritzung der dritten Generation stellt zwischen 1750 und 2500 min-1 ein maximales Drehmoment von 400 Nm bereit. 80 Prozent davon (320 Nm) stehen schon ab 1.250 min-1 zur Verfügung.


Im Verbrauch bleibt das Aggregat, das für alle Insignia-Karosserievarianten verfügbar ist, genügsam: Die viertürige Limousine benötigt mit 6-Gang-Schaltgetriebe und Start/Stop- System nur 4,9 Liter auf 100 Kilometer (CO2-Ausstoß: 129 g/km). Damit gehört der Insignia 2.0 BiTurbo CDTI zu den sparsamsten Fahrzeugen der Mittelklasse.


Der neue 2.0 BiTurbo CDTI ist auf besonders agiles, reaktionsschnelles Ansprechen und souveräne Kraftentfaltung ausgelegt. Neben der doppelten Aufladung mit zwei unter-schiedlich großen Turboladern hat die erstmals in einem Personenwagen eingesetzte, zweifache Ladeluftkühlung mit zwei völlig getrennten Kühlkreisen wesentlichen Anteil an der hohen Dynamik des neuen 2,0-Liter-Triebwerks. Für die Beschleunigung aus dem Stand auf 100 km/h benötigt der frontgetriebene Insignia 2.0 BiTurbo CDTI nur 8,7 Sekunden. Die Höchstgeschwindigkeit beträgt 230 km/h.


„In dieser Leistungs- und Drehmoment-Liga waren bislang Sechszylinder-Diesel mit rund drei Litern Hubraum die übliche Wahl. Mit unserer BiTurbo-Technologie erreichen wir mit deutlich kleineren Motoren souveräne Leistungsentfaltung bei gleichzeitig rund 30 Prozent weniger Verbrauch und Emissionen“, sagt Insignia-Chefingenieur Volker Scharf. „Dies ist ein sehr gutes Beispiel für erfolgreiches Downsizing.“



Aufladung:  Zwei Turbolader und innovatives Twin-Cooler-System


Beim innovativen BiTurbo-System des Insignia arbeiten zwei unterschiedlich große Turbolader – je nach Lastsituation – allein oder zusammen. Erstmals in einem Personen-wagen haben beide Lader einen eigenen Ladeluftkühler.


Ein schneller Ladedruckaufbau im unteren Drehzahlbereich und eine direkte Gasannahme bis in den mittleren Drehzahlbereich waren Schwerpunkte bei der Entwicklung des 2.0 BiTurbo CDTI. Um diese Ziele zu erreichen, werden die Ladeluftströme für die beiden unterschiedlich dimensionierten Turbolader den verschiedenen Last- und Drehzahlbereichen angepasst. Dabei wird der Ladedruck stets auf zwei bar Überdruck eingeregelt.



Geringes Kompressionsvolumen + kurze Luftstrecke = schnelles Ansprechen


Für ein gutes Ansprechverhalten ohne das berühmt-berüchtigte „Turbo-Loch“ im unteren Drehzahlbereich sorgt ein kleiner Hochdrucklader, der bereits bei geringen Abgasströmen hohen Druck aufbaut. Bis etwa 1500 min-1 arbeitet er allein. Der Hochdrucklader besitzt einen eigenen Ladeluftkühler mit lediglich zwei Litern Luftvolumen. Dieser ist wasser-gekühlt und direkt am Motor oberhalb der beiden Turbolader platziert. So muss ein geringes Luftvolumen über eine kurze Strecke in die Brennräume gepresst werden – die Formel für minimale Ansprechzeiten im Insignia 2.0 BiTurbo CDTI.


Der wassergekühlte Ladeluftkühler, der ausschließlich die verdichtete Luft des kleinen Laders kühlt, trägt wesentlich zur vorbildlichen Dynamik des neuen Triebwerks bei. Die Kühlung der Ladeluft durch ein Kühlmittel ist im Vergleich zur üblichen Kühlung durch den Fahrtwind effizienter.


Außerdem benötigt der wassergekühlte Ladeluftkühler für den kleinen Lader deutlich weniger Platz als ein vergleichbarer Luft-/Luft-Kühler, was das Packaging im Motorraum vereinfacht und die Durchströmung des Motorraums verbessert. Der wassergekühlte Ladeluftkühler ist etwa vier-mal kleiner als der große Luft-/Luft-Ladeluftküher mit neun Liter Luftvolumen. Grundsätzlich senkt die Ladeluftkühlung die Verbrennungstemperatur, was auch zu einer Verringerung der Stickoxid-(NOx)-Emissionen führt.


Der kleine wassergekühlte Ladeluftkühler senkt die Temperatur der komprimierten Frischluft von rund 140 Grad Celsius auf zirka 50 Grad ab. Diese aufwendige und in der Mittelklasse einmalige Technik führt zu einer verzögerungsfreien Reaktion des Motors auf Gaspedalbefehle und vermeidet das unerwünschte „Turbo-Loch“. Schon bei 1250 U/min stehen 320 Newtonmeter Drehmoment zur Verfügung.



Im Hauptbetrieb arbeiten beide Lader gemeinsam


Im dieseltypischen Betrieb zwischen rund 1500 und 2500 U/min wird der Abgasstrom geteilt, und es arbeiten beide Lader zusammen in Reihe. Dabei verdichtet der größere Niederdrucklader die Ansaugluft vor und der kleinere Lader komprimiert sie weiter. Ein Bypass-Ventil leitet dann kontinuierlich einen Teil der Abgase zum größeren Turbo.


Je höher Last und Drehzahl werden, desto mehr Arbeit übernimmt der große Lader. Sein großer Luftstrom wird in einem entsprechend dimensionierten konventionellen Luft-/Luft-Ladeluftkühler gekühlt. Dieser ist zusammen mit dem Motorkühler als Modul vorne im Motorraum angeordnet. Der im Luftstrom liegende große Ladeluftkühler reduziert die Temperatur der verdichteten Ansaugluft von etwa 220 auf rund 50 Grad Celsius. Dieses „Twin Cooler-System“ setzt Opel als erster Hersteller in einem Personenwagen ein.



Der große Lader schaufelt Frischluft in die Brennräume


Ab einer Motordrehzahl von etwa 2500 bis 3000 U/min übernimmt der große Lader zunehmend das Kommando und ab ungefähr 3000 U/min arbeitet er schließlich allein. Da er im unteren Drehzahl- und Lastbereich nicht gebraucht wird, kann er für hohe Last ausgelegt werden. Damit ist auch bei höheren Drehzahlen eine souveräne Leistungsentfaltung gewährleistet.


Beide Lader haben ein so genanntes „Waste-Gate“. Dieses begrenzt die Förderung und dient auch zur Erhöhung der Abgastemperatur bei der Regeneration des Partikelfilters. Die präzisionsgefrästen und gewuchteten Verdichterräder der beiden Lader bestehen aus einer leichten Aluminium-Legierung, die bis etwa 180 Grad Celsius belastet werden. Bei den Turbinenrädern kommt eine hochtemperaturfeste Legierung zum Einsatz. Die kleine Turbine rotiert mit bis zu 270.000 Umdrehungen pro Minute, die große mit rund 180.000.


Die innovative BiTurbo-Technik mit zwei Ladeluftkühlern ermöglicht in Verbindung mit der Common-Rail-Direkteinspritzung der dritten Generation, die mit Piezo-Injektoren und Einspritzdrücken von bis zu 2000 bar arbeitet, eine spezifische Leistung des Selbstzünders von 97,5 PS pro Liter Hubraum (73,2 kW/l). Das auf den Hubraum bezogene spezifische Drehmoment beträgt 204 Newtonmeter pro Liter. Noch vor wenigen Jahren waren derartige Kennwerte für einen Großserien-Selbstzünder nicht denkbar.


Im Fahrbetrieb überzeugt das neue Aggregat im Insignia mit spontaner Reaktion auf Gaspedalbefehle. Leistung und Drehmoment stehen beim BiTurbo-Diesel stets reichlich zur Verfügung. So entwickelt der Motor bei nur 1250 min-1 mit 320 Nm bereits 80 Prozent seines maximalen Drehmoments von 400 Nm. Im Klartext. Den Zwischenspurt von 80 auf 120 km/h erledigt der frontgetriebene Insignia 2.0 BiTurbo CDTI im 5. Gang in 7,6 Sekunden, 13 Prozent schneller als die bekannt dynamische Version mit 118 kW/ 160 PS.



Motorsteuerung:  Modernste Einspritztechnik und Cleantech


Im Insignia 2.0-BiTurbo CDTI kommt ein Common-Rail-Einspritzsystem der dritten Generation zum Einsatz. Es arbeitet mit Einspritzdrücken von bis zu 2000 bar und piezo-elektrischen Düsen. Deren Aktor ist aus mehreren Hundert Schichten einer Piezokeramik aufgebaut. Wird eine Spannung angelegt, dehnt sich die Keramik aus und bewegt die Düsennadel. Der Piezo-Aktor entwickelt im Vergleich zu einem Magnetventil eine rund zehnmal höhere Kraft und ist dadurch unempfindlicher gegen kleine Verunreinigungen im Kraftstoff.


Auch bei der exakten Dosierung kleinster Vor- und Nacheinspritzmengen sowie der Mengenstabilität über die Laufzeit ist der Piezo-Injektor anderen Injektoren überlegen. Die hohe Dynamik bei der Ansteuerung der Düsennadel und sehr kurze Abstände zwischen den Einspritzungen ermöglichen bis zu acht Einzeleinspritzungen pro Arbeitstakt.


Minimale Kraftstoffeinspritzungen vor dem Beginn des eigentlichen Einspritzvorgangs können den Wirkungsgrad der Verbrennung steigern. Außerdem sinkt das Temperatur-niveau im Zylinder, so dass weniger Stickoxide (NOx) entstehen. Ein weiterer Vorteil der Voreinspritzung: Die Verbrennung läuft weicher ab, das Verbrennungsgeräusch wird leiser.


Nacheinspritzungen werden eingesetzt, um die Partikel-Rohemissionen zu senken oder die Regeneration eines Partikelfilters einzuleiten. Für minimale Emissionen und die Erfüllung der Euro-5-Abgasgrenzwerte sorgen beim Insignia 2.0 BiTurbo CDTI auch der wartungsfreie Partikelfilter sowie ein Oxidationskatalysator und eine an die Lastzustände angepasste, gekühlte Abgasrückführung.


Das Verdichtungsverhältnis des BiTurbo-Dieselmotors beträgt nur 16,5:1. Um dennoch ein spontanes, mit Ottomotoren vergleichbares Kaltstartverhalten zu gewährleisten, verfügt der 2.0 BiTurbo CDTI über ein leistungsfähiges Glühkerzensystem mit integriertem Drucksensor.


In nur 2,4 Sekunden heizt der Glühkerzenheizstab von minus 30 auf plus 1200 Grad Celsius. Das System sorgt für sichere Starts selbst bei arktischen Temperaturen und reduziert – wie herkömmliche Glühkerzensysteme – im Kaltlauf sowie im Teillastbereich des betriebswarmen Motors die Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxid-Emissionen.


Das Glühsystem mit integriertem Drucksensor kann aber noch mehr: Beim Opel Cleantech-Verfahren misst der Piezodrucksensor mit einer Auflösung von einem Grad Kurbelwinkel – das kann je nach Drehzahl weit über 100.000 mal in der Minute sein – den aktuellen Verbrennungsdruck im jeweiligen Zylinder.


Dadurch kann das Motor-steuergerät die Einspritzung für jeden Zylinder innerhalb eines Arbeitsspiels nachregeln.  Dies kommt der Leerlaufstabilität zugute und ermöglicht eine weitere Reduzierung der Abgas-emissionen.


Mit der permanenten zusätzlichen Information über den Brennraumdruck ist ein geschlossener Regelkreis der für die Verbrennung relevanten Parameter möglich, was eine optimale Einstellung einzelner Parameter erlaubt. Dies ist Voraussetzung für eine besonders effektive und schadstoffarme Verbrennung. Vor allem die Stickoxid-(NOx)-Emissionen werden bei dem Cleantech-Verfahren von Opel weiter verringert. Auch die Abgasrückführungsraten können ohne Beeinträchtigung der Fahrbarkeit weiter optimiert werden. Das innovative Cleantech-System stellt ein multifunktionales Werkzeug dar, um zukünftige Abgas- und Verbrauchsziele in unterschiedlichen Fahrzeugen und Modellen zu erreichen.




Hervorragende Basis: Bewährtes 2.0 CDTI-Aggregat

Der Zweiliter-CDTI-Dieselmotor, der seit Ende 2008 in den drei Leistungsversionen 110/130/160 PS nicht nur im Insignia, sondern auch in Astra und Zafira Tourer eingesetzt wird, besitzt einen Motorblock aus Grauguss und einen Vierventil-Zylinderkopf aus Aluminium. Der Vierzylinder verfügt mit einer Bohrung von 83 mm und einem Hub von 90,4 mm über eine drehmomentfördernde, langhubige Auslegung.


Die beiden über Zahnriemen angetriebenen, oben liegenden Nockenwellen betätigen die insgesamt 16 Ventile über reibungsoptimierte Rollen-Schlepphebel. Das Kolbenringpaket wurde überarbeitet. So konnte die Reibung im Leerlauf um sieben Prozent verringert und die Einlaufzeit drastisch verkürzt werden. Lasergehonte Zylinderlaufbuchsen ermöglichen einen in der Einfahrzeit bis zu 15 Prozent günstigeren sowie einen über die gesamte Lebensdauer konstant niedrigen Ölverbrauch.


In den Einlasskrümmer aus Kunststoff sind neben dem Luftmassenmesser auch die Wasseranschlüsse für die Kühlmittelpumpe und die Fahrzeugheizung integriert. Das Ansaugmodul sorgt außerdem für eine gleichmäßige Verteilung der zurückgeführten Abgase und die Verwirbelung der Frischluft.


Im Vergleich zum herkömmlich aufgeladenen Basismotor mit 118 kW/160 PS hat der neue BiTurbo neue Hochleistungskolben aus Aluminium, die einer zusätzlichen Wärme-behandlung nach der Bearbeitung unterzogen werden. Hierdurch lassen sich die thermomechanischen Eigenschaften nochmals verbessern. Der maximale Brennraum-druck beträgt 170 bar.


Die hohen Drücke werden über gecrackte Stahlpleuel auf die Kurbelwelle übertragen. Der Zylinderkopf wurde modifiziert, um der höheren thermo-mechanischen Belastung standzuhalten, die Zylinderkopfdichtung ist fünflagig. Auch die Nockenwellen wurden auf die höheren mechanischen Belastungen abgestimmt. Die Einlassnockenwelle ist gebaut, die Nockenwelle auf der Auslassseite geschmiedet.


Der 2,0-Liter-BiTurbo CDTI-Motor für den Insignia ist ein besonders gutes Beispiel für erfolgreiches Downsizing. Der laufruhige Vierzylinder, der im Werk Kaiserslautern gefertigt wird, bietet Leistungs- und Drehmomentwerte sowie die Fahrleistungen eines Sechs-zylindermotors bei sehr geringen Vierzylinder-Verbrauchswerten. Im Insignia 2.0 BiTurbo CDTI werden hohe Anforderungen wie sportliche Fahrleistungen, niedriger Verbrauch und geringe Abgasemissionen durch den Einsatz modernster Dieseltechnologie vereint.

 


- Michel Retour, Ron Dubois,   Photo Opel