N55 Monoturbo (BMW TwinSroll) vs. N54 BiTurbo (BMW TwinTurbo), 135i & 335i

BMW 1er

Hallo,

N55 Monoturbo (BMW TwinSroll) vs. N54 BiTurbo (BMW TwinTurbo)

Wie soll man mit einem einzigen Turbolader das hervorragende Ansprechverhalten des Biturbos realisieren, der ja grade davon profitierte, dass beide Lader relativ klein waren und daher schnell den nötigen Druck aufbauen konnten? Jeder der kleinen IHI Lader ist nur für 1.5 L Hubraum zuständig, entsprechend klein sind die Läufer und deren Massenträgheit. Und große Lader kommen eben schwerer in die Gänge als kleine.

Während beim N54 jeweils drei Zylinder für einen Turbolader zuständig waren, sind nun beim N55 drei Zylinder für eine der beiden Turbinenkammern zum Antreiben desselben Turboladers zuständig. Aber nur die Abgasseite ist beim TwinScroll-Lader zweiflutig, die Verdichterseite bleibt einflutig.
Folglich müssen im unteren Drehzahlbereich die Abgase aus Zylinder 1,2,3 den Ladedruck für Zylinder 1,2,3 UND 4,5,6 generieren und im oberen Drehzahlbereich die Abgase aus Zylinder 4,5,6 den Ladedruck für Zylinder 4,5,6 UND 1,2,3 generieren. Nur im mittleren Drehzahlbereich des Motors wird der TwinSroll-Turbo zweiflutig von Abgasen aus allen 6 Zylindern angeblasen, im unteren und insbesondere oberen Drehzahlbereich geht dem Verdichter sprichwörtlich die Puste aus.
Nicht zu verwechseln mit dem Registerturbo(s) aus dem 335d, hier treiben die Abgase aus allen 6 Zylinder den kleinen, dann beide und später nur den großen Turbolader an.

Der N55 Monoturbo mag mit 306 PS und 400 NM die gleichen Eckdaten wie der N54 BiTurbo haben. Alles in allem wird der N55 einen geringeren (Prüfstands-) Verbrauch und daraus resultierende geringere CO2 Werte haben. Die Aufladung mittels zweier Turbolader ist aber noch immer etwas besser geeignet, um maximale Leistung aus einem Motor herauszuholen. Insbesondere das Tuning in Richtung 360~380 PS dürfte sich erledigt haben.

Im Grunde sind TwinScroll-Lader nur bei R4 Motoren sinnvoll, denn hier ist der Bauraum eingeschränkt. Ein R6 oder V6 ist prädestiniert für Bi- oder Registerturbos. Dazu passt auch der eigentliche Einsatzzweck des N55: „Im Gegensatz zu anderen Motoren von BMW ist dieser neue SingleTurbo-Sechszylinder nicht auf schwefelfreien Kraftstoff angewiesen und kann daher auf der ganzen Welt eingesetzt werden.“

Wer hat noch eine Meinung dazu?
Mfg
Chris

Beste Antwort im Thema

So, ich hab mal weitergelesen und mir ist schlecht geworden...

Ich geh mal kurz auf die technischen Punkte ein, bevor hier mehr Verwirrung entsteht, als dass jemand aus dem Bericht "was lernt"...

- "Wir sehen dort zwei tränenförmige Kammern im Metall, deren dünnes Ende auf ein kleines ‘Schaufelrad’ zeigt. Dieses Schaufelrad ist die Turbine des Turboladers und durch die beiden Kammern wird diese Turbine angetrieben."

Das sind keine Kammern sondern ringförmige Strömungskanäle, die das radial/tangential in das Turbinengehäuse einströmende Abgas direkt vor das Trubinenrad lenken, wo es die Turbine dann in axialer Richtung verlässt.

- "Die beiden Kammern sind es übrigens, die für das “Twin” im TwinPower oder TwinScroll verantwortlich sind. Der Begriff “Twin” ist allerdings nicht ganz richtig, denn es handelt sich nicht um Zwillinge. Eine der beiden Kammern ist eindeutig größer dimensioniert"

Das ist nicht so, aber die beiden Kanäle sind tangential gegeneinander verdreht. Also wenn man einen Schnitt an einer bestimmten Stelle durchlegt, könnte man vielleicht meinen, dass die Querschnitte unterschiedlich sind. Die sind aber gleich dimensioniert, da man ja auch nicht das Abgas aus bestimmten Zylindern drosseln will.

- "Da beide Kammern aber unterschiedlich groß sind, wird zumindest die kleine sehr schnell mit Abgasen gefüllt und kann den Lader schon nach extrem kurzer Zeit antreiben."

Hier ist keine Kammer schneller gefüllt. Meine Güte, es gibt keine Kammern...
Die Lader arbeiten nach dem Prinzip der Stoßaufladung. Und dass sich die Abgasstöme nicht vorher gegenseitig mehr als notwendig beeinflussen, wir die Zylindertrennung in Krümmer und Turbine vorgenommen bis direkt vors Turbinenrad.

- "Dadurch wird das Dilemma von SingleTurbo-Motoren effektiv umgangen. Normalerweise musste man sich entscheiden, entweder ein langsames Ansprechverhalten oder einen geringen Leistungszuwachs am oberen Ende des Drehzahlbandes in Kauf zu nehmen, weil ein einzelner Lader nicht beide Aufgaben gleichermaßen gut erfüllen konnte."

Hier zieht er dann natürlich den falschen Schluss, weil er bei seiner völlig abstrusen Kammertheorie ist. Das Ansprechverhalten ist beim MonoScroll schlechter, weil sich die Zylinder vor dem Erreichen des Turbinenrads vorab beeinflussen und die saubere Stoßaufladung stören.

- "Der Verbrauch wird auch dadurch weiter optimiert, dass die Ölpumpe des Motors kennfeldgeregelt arbeitet, was ebenfalls Energie einspart. Außerdem ist der neue Motor, auch durch den eingesparten Turbolader, 4 Kilogramm leichter als der N54."

Wie kommt er da drauf?! Wenn er ein Insider wäre (und dann hier sowas besser in der Form nicht in Internet stellt) dann wär der Bericht nicht so fehlerhaft, aber wie kommt er auf die 4kg (aha zweiklassiger Werksspion, oder was?!).

- "Die Aufladung mittels zweier Turbolader ist aber noch immer etwas besser geeignet, um maximale Leistung aus einem Motor herauszuholen. Es ist daher keineswegs ausgeschlossen, dass wir auch den 3-Liter-R6 von BMW demnächst wieder mit zwei Turboladern sehen."

Nein, das stimmt so nicht, das hängt auch mit der Dimensionierung zusammen. Aber 2 Lader sind eher für Response und Low-End-Torgue-Auslegung geeignet (wegen der geringen Massträgheiten), ein Lader ist wegen der reduzierten Reibungsverluste (aber so gravierend sollte das nicht sein) eher geeignet für eine leistungsorientierte Auslegung.
Aber letztlich kommts auf die Größe an...

- "Eine solche Biturbo-Konfiguration wird dann aber wohl exklusiv dem BMW M3 vorbehalten sein. Denn neben einem Leistungsplus sorgen zwei Turbolader auch für einen höheren Verbrauch als einer, was in einem M3 zu Gunsten von mehr Leistung akzeptabel ist, in der heutigen Zeit aber für Serienfahrzeuge unerwünscht ist."

Unfug, ab einer gewissen Zylinderzahl und Zylinderanordnung (und da fallen in erster Näherung erstmal alle V-Motoren drunter), macht es gar keinen Sinn, alle Zylinder durch eine Turbine strömen zu lassen, da diese dann extrem Groß dimensioniert werden müsste (Stichwort LKW-Turbolader), um nicht leistungsmäßig zum Flaschenhals zu werden. Und je größer der Lader, desto schlechter für das Ansprechverhalten (s.o.).

So, hoffe, das vielleicht etwas hilfreicher fürs Verständnis...

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Zitat:

Original geschrieben von ChrisYPVS


Sorry, aber das ist so leider nicht ganz richtig. Bei der Twin Scroll Technik werden die Abgasimpulse lediglich getrennt (in zwei Kanälen) voneinander auf die Turbine geleitet, was das Ansprechen dadurch verbessert, dass die Impulse der jeweiligen Zylinder besser ausgenutzt werden, anstatt den Abgasstrom zuvor bezüglich seiner Schwingungen zu homogenisieren. Das ist Strömungstechnisch einfach besser. Über den gesamten Drehzahl- und Lastbereich "versorgen" weiterhin alle 6 Zylinder den Lader.
LG, Chris

Trotz TwinScroll ist es natürlich so, dass das Turbinenrad größer ist und damit mechanisch träger. Der TwinScroll ermöglich dennoch eine gute Stoßaufladung, dadurch, dass sich die Zylindergruppen nicht gegenseitig beeinflussen und sich erst unmittelbar vor dem Turbinenrad treffen.

Wie agil der Motor letztlich ist, hängt aber nicht von den Ladern allein ab. Der N55 wird sich auch vom Brennverfahren geringfügig unterscheiden und über Applikation hat man auch noch Eingriffsmöglichkeiten. Der N55 wird sein Low-End-Torgue damit bei mindestens der gleichen Drehzahl erreichen wie der N54. Da könnt Ihr sicher sein, dass sich BMW da keine Verschlechterung leisten wird.

Hallo,

laut inoffizieller Datenblätter von BMW wurde das Ansprechverhalten und die Zeit des Drehmomentaufbaus verbessert, wir sprechen hier zwar nur von ein paar Zehntel Sekunden, aber der Motor ist trotz nur einem Lader keinesfalls träger im Ansprechen geworden. Zudem liegt das maximale Drehmoment nun auch 100u/min früher, also bei 1200u/min an. Nach dem Erfolg des N54 Biturbo konnte es sich BMW nicht leisten einen schlechteren Motor zu bringen.

mfg regenlager

Zitat:

Original geschrieben von chris14


Der braucht trotzdem über 2sec bis das max. Drehmoment aufgebaut ist? Ist ja unglaublich. Hätte ich nicht gedacht.

Chris

PS: Noch ein paar technische Details:

http://www.bimmertoday.de/.../

Dankeschön, ist ein Interssanter Bericht.

Leider hat der TE im ersten Post nur "Müll" verbreitet. Jedenfalls, dass was ich aus seinem Post verstanden habe, hat mich ganz anderes vermuten lassen, wie der Twinpowerturbo wirklich funktioniert.

gretz

Zitat:

http://www.bimmertoday.de/.../

Der Bericht unter diesem Link enthält einige grobe Fehler, ich hab irgendwann das Lesen abgebrochen. Grottig recherchiert...

Nur mal ein Beispiel, wo es heißt:
"(...) Dieses System finden wir auch schon in anderen Motoren der BMW Group, beispielsweise beim MINI Cooper S, wo es unter dem Namen TwinScroll firmiert - oder auch im neuen BMW X5 M sowie im BMW 760i F01."

Richtig ist, dass der N74-12-Zylinder genauso zwei MonoScroll Lader hat wie der N63-8-Zylinder und keine TwinScrolls.

Nur der S63 in den X5/X6-M-Modellen hat bei BMW aktuell den TwinScroll in Serie (ja, klar und der Cooper S...).

Ähnliche Themen

Zitat:

Original geschrieben von Downloader



Zitat:

http://www.bimmertoday.de/.../

Der Bericht unter diesem Link enthält einige grobe Fehler, ich hab irgendwann das Lesen abgebrochen. Grottig recherchiert...

Nur mal ein Beispiel, wo es heißt:
"(...) Dieses System finden wir auch schon in anderen Motoren der BMW Group, beispielsweise beim MINI Cooper S, wo es unter dem Namen TwinScroll firmiert - oder auch im neuen BMW X5 M sowie im BMW 760i F01."

Richtig ist, dass der N74-12-Zylinder genauso zwei MonoScroll Lader hat wie der N63-8-Zylinder und keine TwinScrolls.

Nur der S63 in den X5/X6-M-Modellen hat bei BMW aktuell den TwinScroll in Serie (ja, klar und der Cooper S...).

hab das mehr auf die Funktionsbeschreibung bezogen... den Rest hab ich nicht mal wahrgenommen.

wenn jemand mehr zu dem Thema findet... gerne melden!

760 hin oder her. Immerhin wird die Funktionsweise anschaulich dargestellt. Dass im Internet nicht jedes Detail für bare Münze genommen werden kann sollte auch klar sein.

Chris

So, ich hab mal weitergelesen und mir ist schlecht geworden...

Ich geh mal kurz auf die technischen Punkte ein, bevor hier mehr Verwirrung entsteht, als dass jemand aus dem Bericht "was lernt"...

- "Wir sehen dort zwei tränenförmige Kammern im Metall, deren dünnes Ende auf ein kleines ‘Schaufelrad’ zeigt. Dieses Schaufelrad ist die Turbine des Turboladers und durch die beiden Kammern wird diese Turbine angetrieben."

Das sind keine Kammern sondern ringförmige Strömungskanäle, die das radial/tangential in das Turbinengehäuse einströmende Abgas direkt vor das Trubinenrad lenken, wo es die Turbine dann in axialer Richtung verlässt.

- "Die beiden Kammern sind es übrigens, die für das “Twin” im TwinPower oder TwinScroll verantwortlich sind. Der Begriff “Twin” ist allerdings nicht ganz richtig, denn es handelt sich nicht um Zwillinge. Eine der beiden Kammern ist eindeutig größer dimensioniert"

Das ist nicht so, aber die beiden Kanäle sind tangential gegeneinander verdreht. Also wenn man einen Schnitt an einer bestimmten Stelle durchlegt, könnte man vielleicht meinen, dass die Querschnitte unterschiedlich sind. Die sind aber gleich dimensioniert, da man ja auch nicht das Abgas aus bestimmten Zylindern drosseln will.

- "Da beide Kammern aber unterschiedlich groß sind, wird zumindest die kleine sehr schnell mit Abgasen gefüllt und kann den Lader schon nach extrem kurzer Zeit antreiben."

Hier ist keine Kammer schneller gefüllt. Meine Güte, es gibt keine Kammern...
Die Lader arbeiten nach dem Prinzip der Stoßaufladung. Und dass sich die Abgasstöme nicht vorher gegenseitig mehr als notwendig beeinflussen, wir die Zylindertrennung in Krümmer und Turbine vorgenommen bis direkt vors Turbinenrad.

- "Dadurch wird das Dilemma von SingleTurbo-Motoren effektiv umgangen. Normalerweise musste man sich entscheiden, entweder ein langsames Ansprechverhalten oder einen geringen Leistungszuwachs am oberen Ende des Drehzahlbandes in Kauf zu nehmen, weil ein einzelner Lader nicht beide Aufgaben gleichermaßen gut erfüllen konnte."

Hier zieht er dann natürlich den falschen Schluss, weil er bei seiner völlig abstrusen Kammertheorie ist. Das Ansprechverhalten ist beim MonoScroll schlechter, weil sich die Zylinder vor dem Erreichen des Turbinenrads vorab beeinflussen und die saubere Stoßaufladung stören.

- "Der Verbrauch wird auch dadurch weiter optimiert, dass die Ölpumpe des Motors kennfeldgeregelt arbeitet, was ebenfalls Energie einspart. Außerdem ist der neue Motor, auch durch den eingesparten Turbolader, 4 Kilogramm leichter als der N54."

Wie kommt er da drauf?! Wenn er ein Insider wäre (und dann hier sowas besser in der Form nicht in Internet stellt) dann wär der Bericht nicht so fehlerhaft, aber wie kommt er auf die 4kg (aha zweiklassiger Werksspion, oder was?!).

- "Die Aufladung mittels zweier Turbolader ist aber noch immer etwas besser geeignet, um maximale Leistung aus einem Motor herauszuholen. Es ist daher keineswegs ausgeschlossen, dass wir auch den 3-Liter-R6 von BMW demnächst wieder mit zwei Turboladern sehen."

Nein, das stimmt so nicht, das hängt auch mit der Dimensionierung zusammen. Aber 2 Lader sind eher für Response und Low-End-Torgue-Auslegung geeignet (wegen der geringen Massträgheiten), ein Lader ist wegen der reduzierten Reibungsverluste (aber so gravierend sollte das nicht sein) eher geeignet für eine leistungsorientierte Auslegung.
Aber letztlich kommts auf die Größe an...

- "Eine solche Biturbo-Konfiguration wird dann aber wohl exklusiv dem BMW M3 vorbehalten sein. Denn neben einem Leistungsplus sorgen zwei Turbolader auch für einen höheren Verbrauch als einer, was in einem M3 zu Gunsten von mehr Leistung akzeptabel ist, in der heutigen Zeit aber für Serienfahrzeuge unerwünscht ist."

Unfug, ab einer gewissen Zylinderzahl und Zylinderanordnung (und da fallen in erster Näherung erstmal alle V-Motoren drunter), macht es gar keinen Sinn, alle Zylinder durch eine Turbine strömen zu lassen, da diese dann extrem Groß dimensioniert werden müsste (Stichwort LKW-Turbolader), um nicht leistungsmäßig zum Flaschenhals zu werden. Und je größer der Lader, desto schlechter für das Ansprechverhalten (s.o.).

So, hoffe, das vielleicht etwas hilfreicher fürs Verständnis...

Da kann ich ja froh sein, dass ich meinen Biturbo noch rechtzeitig bestellt habe... 😉

Zitat:

Original geschrieben von Downloader


So, ich hab mal weitergelesen und mir ist schlecht geworden...

Danke für Deine technischen Erklärungen!

Wie kannst Du dann aber dieses tolle Diagram erklären, hier wird der N55 durch den N54 klar outperformed, oder interpretiere ich das Diagramm etwa falsch?

Grüße

http://www.motor-talk.de/.../response-n54-n55-i203081824.html

Zitat:

Original geschrieben von GGeorg27


Da kann ich ja froh sein, dass ich meinen Biturbo noch rechtzeitig bestellt habe... 😉

Wie kommst du daraf, dass der auch im 3er verbaut wird?😕😉

Zitat:

Original geschrieben von BMWA3Fan



Zitat:

Original geschrieben von Downloader


So, ich hab mal weitergelesen und mir ist schlecht geworden...
Danke für Deine technischen Erklärungen!

Wie kannst Du dann aber dieses tolle Diagram erklären, hier wird der N55 durch den N54 klar outperformed, oder interpretiere ich das Diagramm etwa falsch?

Grüße

http://www.motor-talk.de/.../response-n54-n55-i203081824.html

Nein, nach dem Diagramm wäre der Drehmomentaufbau beim N55 (blaue Kurve) früher als beim N54 (graue Kurve).

Du musst das Diagramm waagerecht lesen, also wenn Du einen Punkt auf der blauen Kurve rausgreifst, dann schaust unten, zu welcher Zeit der N55 das entsprechende Drehmoment erreicht und gehst dann nach rechts und schaust, wann der N54 dasselbe Moment erreicht. In dem Bereich, in dem die Kurven den etwa konstanten Abstand voneinander haben, kämst Du danach auf ein halbe Sekunde! Hmm....

Die Frage ist eben nur, wo so ein Diagramm herkommt und ob das quantitativ stimmt. Würde da jetzt nicht zuviel Wahrheitsgehalt reininterpretieren...

Oder einfach gesagt: Der N55 hat zu jeder Zeit immer 10% mehr Drehmoment und erreicht das maximale Drehmoment ca. 0,5 Sekunden früher. Somit sollte ( na jedenfalls lt. diesem Diagramm ) der N55 dem N54 in jeder Lage überlegen sein. Ob das so sein wird, wird sich zeigen....

Zitat:

Original geschrieben von Downloader



Zitat:

Original geschrieben von BMWA3Fan


Danke für Deine technischen Erklärungen!

Wie kannst Du dann aber dieses tolle Diagram erklären, hier wird der N55 durch den N54 klar outperformed, oder interpretiere ich das Diagramm etwa falsch?

Grüße

http://www.motor-talk.de/.../response-n54-n55-i203081824.html

Nein, nach dem Diagramm wäre der Drehmomentaufbau beim N55 (blaue Kurve) früher als beim N54 (graue Kurve).
Du musst das Diagramm waagerecht lesen, also wenn Du einen Punkt auf der blauen Kurve rausgreifst, dann schaust unten, zu welcher Zeit der N55 das entsprechende Drehmoment erreicht und gehst dann nach rechts und schaust, wann der N54 dasselbe Moment erreicht. In dem Bereich, in dem die Kurven den etwa konstanten Abstand voneinander haben, kämst Du danach auf ein halbe Sekunde! Hmm....

Die Frage ist eben nur, wo so ein Diagramm herkommt und ob das quantitativ stimmt. Würde da jetzt nicht zuviel Wahrheitsgehalt reininterpretieren...

Oh, sorry, ich hatte einen Zahlendreher. Gemeint war natürlich, dass der neue N55 den „alten“ N54 Biturbo outperformed. Das Ansprechverhalten des N55 scheint, obwohl es sich um einen Monoturbo handelt, deutlich besser zu sein als beim alten Motor.

Leider wurde die Drehzahl nicht mit angegeben, bei der als Ansprechverhalten durchgeführt wurde. Ich vermute, dass der Versuch bei sehr niedrigen Drehzahlen durchgeführt wurde, da ich bei meinem 335i dieses Verhalten nachvollziehen kann.

Jedoch bei höheren Drehzahlen z.B. 4000 ist bei mir das Ansprechverhalten fast 100 prozentig wie bei einem Sauger, also erstklassig.

Ich schließe daraus, dass der Monoturbo im unteren Drehzahlbereich Vorteile hat und der Biturbo im höheren Drehzahlbereich. Werde ich wohl bei einer Testfahrt mal überprüfen müssen : )

Was hälst du von dieser These?

Grüße

Zitat:

Ich schließe daraus, dass der Monoturbo im unteren Drehzahlbereich Vorteile hat und der Biturbo im höheren Drehzahlbereich. Werde ich wohl bei einer Testfahrt mal überprüfen müssen : )

Es ist prinzipiell umgekehrt. Aber wie ich schon oben mal ein einem Post geschrieben habe, sind die Turbolader nicht alleinbestimmend. Klar kann man mit TwinSchroll oder MonoScroll einen gewissen Akzent in Richtung Response- respektive Leistungsauslegung setzen, aber es spielen mehrere Aspekte zusammen.

Aber mal ab von der technischen Diskussion
Eines muss aber mal ganz klar gesagt werden: ob E9xN54 oder E9xN55. Man spielt hier in einer ganz hohen Liga, da sind die minimalen Unterschiede kaum erfahrbar, wenn man nicht gerade beide Autos hintereinander Probefahren könnte.
Aufgrund des extrem frühen Low-En-Torgues in Verbindung mit dem 7000U/min-Konzept fährt einem auf der Autobahn kein Auto entscheidend weg.

Man ist besser motorisiert als 99,99% aller Autos und daher versteh ich dann auch die immer mal wieder aufplöppenden Diskussionen um Chiptuning hier nicht...

Zitat:

Original geschrieben von marmarmar


Neu ist besser keine sorgen...

***********************************

Kann jemand mit nachfolgenden Daten - in Bezug auf die Leistung der beiden Turbos - etwas in Verbindung bringen ?
Habe die beiden Motorendaten verglichen es ändert beim neuen Motor mit N55 nicht nur der Lader sondern noch Kleinigkeiten am Motor:

TwinPower Turbo N55, 1 Lader
- Nenndrehmoment = 400 Nm / 1200-5000min-1
- Einlassventil Ventiltellerdurchmesser = 32mm
- Ladedruck = 0,7mbar
- Motorenbewicht DIN 70020-GZ = 177Kg
- minimaler spezifischer Verbrauch = 245g/kWh

Bi Turbo N54, 2 Lader
- Nenndrehmoment = 400 Nm / 1300-5000min-1
- Einlassventil Ventiltellerdurchmesser = 31.4mm
- Ladedruck = 0,6mbar
- Motorengewicht DIN 70020-GZ = 178Kg
- minimaler spezifischer Verbrauch = 248g/kWh

Alle andere Daten sind identisch bei beiden Ladern !

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