Hyundai's erster Einspritzmotor

Der erste Benzinmotor mit Direkteinspritzung von Hyundai

Die GDI Technologie (Gasoline Direct Injection = Benzin-Direkteinspritzung) ermöglicht eine Reduktion von Verbrauch und Emissionen bei gleichzeitiger Erhöhung des Drehmoments

Der 2,4 Theta II GDI leistet 201 PS bei 6300/min. und erbringt ein maximales Drehmoment von 250 Nm bei 4250/min

Der erste Einsatz des neuen Motors erfolgt im Nachfolger des Sonata, der in Europa als Hyundai i40 auf den Markt kommen wird

Mit dem 2,4 Theta II GDI führt Hyundai die Benzin-Direkteinspritzung im Segment der Mittelkalsse-Limousinen ein

Hyundai präsentiert mit dem 2,4 Theta II GDI-Motor erstmals einen Benzinmotor mit Direkteinspritzung. Mit der Einführung dieses Systems in der Mittelklasse unterstreicht Hyundai die Vorreiterrolle bei der Umsetzung von umweltfreundlichen Technologien.

In den Achtzigerjahren des vorigen Jahrhunderts fand im Bereich der Gemisch-aufbereitung eine erste „Revolution“ statt, indem der Vergaser durch die Benzin-einspritzung abgelöst wurde. Ein ähnlicher Schritt steht jetzt mit der Einführung der Benzin-Direkteinspritzung bevor.

Diese neue Technologie ermöglicht die Umsetzung von drei bisher nicht miteinander vereinbaren Zielsetzungen, indem der Verbrauch und die Emissionen reduziert werden, während sich das Drehmoment erhöhen lässt. Vor der Einführung dieser Technologie liess sich einer dieser Faktoren nur auf Kosten der anderen optimieren.

Bei einer Verdichtung von 11,3:1 entwickelt der 2,4 Theta II GDI-Motor eine maximale Leistung von 201 PS bei 6300/min, während das maximale Drehmoment von 250 Nm bei 4250/min erreicht wird (Daten für den koreanischen Markt).

Die Entwicklung des 2,4 Theta II GDI dauerte 46 Monate und erforderte eine Investition von 170 Mia. Won (ca. CHF 147 Mio.). Die Einführung des neuen Benzinmotors mit Direkteinspritzung erfolgt erstmals im neuen Hyundai Sonata, wie er in der ersten Hälfte 2010 auf dem koreanischen Markt eingeführt und später in Europa als i40 lanciert wird.

Mit diesem Schritt führt Hyundai die neue Technologie erstmals im Segment der Mittelklasse-Limousinen ein. Zu einem späteren Zeitpunkt sind Motoren mit GDI-Technologie auf der breiteren Palette von Fahrzeugen mit Benzinmotoren geplant.

Die traditionelle Benzineinspritzung hat den Nachteil, dass die Einspritzmenge in Abhängigkeit zu den Ventilsteuerzeiten steht. Die Direkteinspritzung löst dieses Problem, indem die Einspritzdüse direkt im Brennraum an optimaler Lage eingesetzt ist. Eine Hochdruckpumpe spritzt den Treibstoff mit bis zu 150 bar direkt in den Brennraum ein, wodurch sich sowohl der Zeitpunkt als auch die Einspritzmenge sehr präzis definieren lassen. Diese genauere Dosierung ermöglicht die verbesserte Kontrolle und Steuerung der Verbrennung.

Um diese nochmals zu optimieren erfolgt die Einspritzung in zwei Phasen. Die Voreinspritzung löst eine Vorverbrennung aus, die einen ersten Kraftimpuls auf den Kolben abgibt. Unmittelbar danach erfolgt die eigentliche Einspitzung, die eine optimale Kraftentfaltung auf Kolben und Antrieb bewirkt. Diese zweistufige Einspritzung wirkt sich in einer gleichmässigeren, vollständigeren Verbrennung aus, was wiederum die Wirkung des Katalysators erhöht und zur Reduktion der Emissionen beiträgt. Die optimierte Verbrennung und das rasche Erreichen der Betriebstemperatur im Katalysator wirkt sich in der Kaltstartphase durch eine Reduktion der Schadstoff-Emissionen von bis zu 25 % aus.

Die weiteren Vorteile der Direkteinspritzung sind die Verbesserung der dynamischen Leistungsentfaltung und die Verbrauchsreduktion. Im Vergleich mit einem gleich grossen Motor und traditioneller Benzineinspritzung entwickelt der GDI-Motor ein um 7 % höheres Drehmoment im unteren Drehzahlbereich und rund 12 % mehr Kraft bei höheren Drehzahlen. Daraus wiederum resultieren eine bessere Beschleunigung und ein optimiertes Ansprechverhalten. Ein vielleicht noch wichtigerer Aspekt ist dabei der um rund 10 % reduzierte Verbrauch gegenüber einem Motor mit herkömmlicher Einspritzung (MPI).

Die GDI-Technologie gelangt in der zweiten Generation des Theta-Motors zum Einsatz. Gegenüber dem Vorgänger weist der Theta II verschiedene konzeptionelle Verbesserungen auf. Dazu zählen das variable, zweiphasige Einlasssystem VIS (Variable Induction System), mit dem das Luftvolumen auf Ansaugseite automatisch an die Motorlast angepasst wird, was wiederum in jedem Betriebszustand zu einem optimalen Mischverhältnis führt. Die Einführung der doppelten Nockenwellen mit variablen Ventilsteuerzeiten DCVVT ermöglicht zudem eine präzisere, last- und drehzahlabhängige Steuerung der Ventil-Öffnungszeiten, was sich in einer höheren Leistungsausbeute bei verbessertem Abgas- und Verbrauchsverhalten auswirkt. Der Nockenwellenantrieb erfolgt durch eine Steuerkette mit einem innovativen Gleit- und Spannsystem, das sowohl die Lebensdauer des Antriebs erhöht als auch die Betriebsgeräusche reduziert.

Nebst den Systemen zur Optimierung der Motoreffizienz realisierten die Ingenieure von Hyundai verschiedene innovative Massnahmen zur Gewichtsreduktion. So weist der Alu-Motorblock trotz den für die höheren Kräfte erforderlichen Verstärkungen dasselbe Gewicht auf. Eine zusätzliche Gewichtsreduktion liess sich durch den Einsatz einer neuen Kurbelwelle mit integrierten Gegengewichten erzielen. Zudem konnten die Ingenieure durch gezielte Massnahmen im Bereich der Kolbenlager und der Schmierung zwischen Kolbenringen und Zylinder die innere Reibung des Motors reduzieren, was sich direkt in einer Verbrauchsreduktion auswirkt.

Auch beim Katalysator konnte das Gewicht durch ein neues Produktionsverfahren gesenkt werden, indem dünneres rostfreies Stahlblech mit einer geringeren Anzahl von Schweissnähten verarbeitet wird.