Z4 M / 3.0si Chiptuning - Ergebnisse

dwz8

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Café Racer
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2 August 2004
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BMW Z8
Nach den vielfältigen Diskussionen der letzten Zeit und getrieben von der allgemeinen Ungeduld beginne ich hier noch einmal einen neuen Thread, um die Ergebnisse unserer Arbeit zu präsentieren.

Vorab ein paar Hintergrundinfos zum besseren Verständnis:
Wir haben in unserem Renn-Team einen der besten Chiptuner überhaupt, der sich mit allen Varianten der bei BMW verbauten Steuergeräte hervorragend auskennt, und der auch einen sehr guten Ruf genießt. Allerdings wird er jetzt schon den ganzen Tag über mit allen möglichen Anrufen und emails bombardiert, so dass er seinen Namen hier lieber nicht sehen möchte. Er und Markus Schmickler haben in der letzten Zeit neue Mappings für eine Reihe von Z-Modellen herausgefahren, die ich hier erläutern werde.
Damit kein Missverständnis aufkommt: ich selbst überarbeite keine Steuergeräte und könnte das auch nicht tun, aber es liegt in der Natur der Sache, dass ich fast täglich mit dem Thema zu tun habe und daher viele Fragen beantworten kann. Ich führe das auch gerne im Sinne des Forums fort, lege aber Wert darauf, dass ich keine gewerblichen oder finanziellen Interessen an der Sache habe.
 
Zum Chiptuning allgemein:
Das Thema Chiptuning ist ein sehr heikles Thema, aber durchaus vergleichbar der Problematik bei den Fahrwerken. An jeder Ecke findet man einen Spezialisten, der einem ein KW-Fahrwerk einbauen kann und sich nach eigenen Angaben bestens damit auskennt. Die Anzahl derer, die ein solches Fahrwerk aber perfekt abstimmen können, ist verschwindend gering.

Ähnlich ist es beim Chiptuning. In der Regel wird für ein Steuergerät bzw. Motortyp einmal etwas ausprobiert (typischerweise die Kennfelder für Zündung auf früh und Gemisch auf fett, bzw bei Turbos Ladedruck hoch, dazu noch Vmax raus) und dann war es das. Das wird dann kopiert und eingebaut. Entsprechend sind auch die Ergebnisse, die in Anbetracht von Wetterschwankungen oder Prüfstandstoleranzen oft kaum meßbar sind. Als Folge sind die Fahrzeugbesitzer zu Recht skeptisch, ob das überhaupt was bringt ("Chiptuning beim Sauger bringt sowieso nichts" usw).

Tatsächlich geht aber echtes Chiptuning viel weiter. Durch vielerlei Dinge lassen sich z.B. die Drehmomentkurve und die Art der Leistungsentfaltung positiv beeinflussen. Manche Änderungen machen nur bei einem echten Rennmotor Sinn, der alle 50 Betriebsstunden revidiert wird, andere sind ohne Weiteres auch für die Straße tauglich. Natürlich gibt es da viele Bereiche, bei denen sich die Experten nicht in die Karten schauen lassen, da es ihr Know-how ist.
Jegliche Diskussion zu diesem Thema gestaltet sich schwierig, weil die eine Seite ihr Know-how nicht preisgeben will, während die andere unbedingt genau die Details erfahren möchte. Da hilft dann nur Vertrauen ab einem gewissen Punkt, bzw. der Beweis auf dem Prüfstand.
Ich werde mich bemühen, hier wie in den vergleichbaren Threads für größtmögliche Transparenz zu sorgen. Manche Dinge wie Prüfstandsläufe sind dann vielleicht etwas aufwändiger, aber dafür wird klarer, was man eigentlich als Ergebnis erwarten kann.
 
S54 - Der Motor des Z4 M (Roadster und Coupé)

Für mich persönlich steht dieser Motor neben dem S14 für die Motorbau- und Rennsportkompetenz von BMW. Im Z4M kam der Motor letztmalig zum Einsatz, und selbst das nur mit Problemen mit Hinsicht auf die schärferen Umweltanforderungen. Durch entsprechende Mappings sollte wohl die Euro5-Klassifikation erreicht werden, was sich allerdings in der Leistungskurve wiederfindet. Im Serientrimm entwickelt der S54 die Leistung bis ca. 4.500 1/min in recht bescheidener Form, dann kommt der große Kick. Beim Fahren hat man dann den Aha-Effekt und denkt, jetzt geht es richtig voran (was auch stimmt). Fakt ist aber, dass dieser Knick nicht sein muß, der übrigens auch einen ziemlichen Einfluß auf die Drehmomentkurve hat.

Nun zur erreichbaren Leistung. Ich habe das an anderer Stelle schon einmal geschrieben, wiederhole das hier aber im Zusammenhang gerne noch einmal:
BMW hat im Rennwagen Z4 GTR den P54B32 verbaut, also die Rennversion des S54. Der leistet dort 420 bis 440 PS. Das ist ein reinrassiger Rennmotor mit anderem Kurbeltrieb incl. Kolben und hochgradiger Bearbeitung. Dazu kommen wichtige Dinge wie die Trockensumpfschmierung und anderes. Es handelt sich dabei um einen Revisionsmotor, d.h. nach ca. 40 bis 60 Betriebsstunden wird der Motor ausgebaut, zerlegt und revidiert (neue Lager, neue Kolben, anderes nach Bedarf).
Wenn also BMW einen solchen Aufwand bei so kurzer Einsatzdauer betreibt, um auf 420 PS zu kommen, und wenn dabei die Laufleistung derart drastisch sinkt (auf 8.000 bis 10.000 Rennkilometer), dann kann man sich vorstellen, wo die Grenzen für moderates oder auch für umfangreiches Tuning liegen, nämlich weit unterhalb dessen, was BMW beim Rennmotor betreibt. Dabei ist eine typische Möglichkeit der Leistungssteigerung, nämlich das Anheben der Drehzahl, bei diesem Motor nicht unkritisch, denn bei 8.200 1/min fallen schon fast 25 m/s Kolbengeschwindigkeit an. Da das Layout des Basismotors mit Blick auf die Zylinderabstände über die Jahre hin gleich geblieben ist, hat BMW den Hubraum über den Hub auf 3,2L vergrößern müssen und damit die Kolbengeschwindigkeiten erheblich angehoben.

Berücksichtigt man diese Grenzwerte, dann bewegt sich die sinnvoll erreichbare Leistung für einen S54 irgendwo zwischen den serienmäßigen 343 PS und vielleicht 380 PS, wenn man keine größeren Risiken und verringerte Standfestigkeit in Kauf nehmen will. Dabei sollte man nicht vergessen, dass diese Motoren auch gerne großzügig nach unten streuen in der Serie, da fehlen auch gerne schon mal 10 PS an den 343.

Schaut man sich nun den E46CSL an, dann hat BMW schon dort mit anderen Nockenwellen gearbeitet bei gleicher Auspuffanlage. Es ist also davon auszugehen, dass man über die Leistung, die mit gutem Chiptuning zu erreichen ist, nur durch Verbesserung des gesamten Durchsatzes hinauskommt, also Einlaßseite, Nockenwellen und Auslaßseite. Ausgehend von der Leistung, die sich mit dem Chiptuning erreichen läßt, bleiben also ca. 15 bis 20 PS übrig, die sich durch andere Massnahmen erreichen lassen. Wohlgemerkt: bei entsprechender Risikobereitschaft geht es auch an die 400 PS, aber das ist dann kein Motor mehr für das normale Fahren.
Dabei gibt es eine progressive Kurve, die die Kosten pro zusätzlichem PS angibt, und sie wird immer steiler, je höher die Leistung getrieben wird. Gleichzeitig geht die Lebensdauer kräftig nach unten. Jeder muss da für sich entscheiden, wo er die Grenze zieht.
 
Nun zu den Ergebnissen. Die drei folgenden Diagramme wurden mit einem Z4 M Coupé erstellt, das einen komplett serienmäßigen Antrieb hat. Dazu gehört auch die serienmäßige Auspuffanlage einschließlich Kats. Das Auto und der Motor haben jetzt ca. 25.000 km gelaufen, davon das letzte Jahr in der RCN-Serie. Daher kann man davon ausgehen, dass der Motor "frei" ist, was man auch an der Eingangsmessung der Serienleistung sehen kann:

E86M_serie.jpg


Die gemessene Motorleistung (Radleistung plus Schleppleistung) liegt bei 353 PS, was wohl auf die niedrigen Temperaturen derzeit zurückzuführen ist. Entsprechend wird die Norm-Leistung auf rund 343 PS herunterkorrigiert. Für die weitere Betrachtung kommt es nur auf die Differenzen zwischen den Diagrammen an, also Motorleistung zu Motorleistung oder Norm-Leistung zu Norm-Leistung. Daraus ergibt sich der Leistungsgewinn.

Im Diagramm fällt sofort die Leistungskurve ins Auge (blau = Radleistung, rot = Motorleistung). Von einer gleichmäßigen Leistungsentwicklung kann keine Rede sein, es gibt mindestens 2 "Stufen" bei 4.000 und 6.000 1/min. Es ist wahrscheinlich, dass sich in diesen Drehzahlbereichen Messpunkte für die Euro5-Norm befinden, die durch diese Stufen erfüllt werden. Auffällig ist weiterhin, dass die Leistung ab 6.600 1/min nicht weiter zunimmt und sogar recht kräftig abfällt. Der Grund für diesen gewollten Effekt ist uns unbekannt, vielleicht Schonung vor hohen Drehzahlen oder auch hier Umweltvorschriften.

Entsprechend sieht auch die Drehmomentkurve wie Bayerns Aussicht aufs Alpenvorland aus.Natürlich findet sich an der Stufe bei 4.000 1/min auch eine dazu passende kräftige Delle in der Drehmomentkurve. Das ist die Stelle, an der der Fahrer das Gefühl hat "jetz jeit et loss...". Tatsächlich ist es aber diese Umweltgedenkstätte, die den Effekt auslöst.

Auf jeden Fall ein kerngesunder Motor, der ein recht typisches Diagramm geliefert hat.

Die Delle in den Kurven bei ca. 2.500 1/min stammt von einem Schaltvorgang und hat nichts mit der dort anliegenden Leistung zu tun. Gefahren wurde im 5. Gang.
 
Hier nun die überarbeitete Version:

E86M_364PS.jpg


Diese Messung wurde 13 min nach der ersten durchgeführt. Es wurde nur das neue Mapping aufgespielt. Die Leistungskurve ist geglättet, die "Stufen" bei 4.000 und 6.000 1/min sind weg. Die Leistung steigt bis zur Drehzahlbegrenzung stetig an. Die gemessene Motorleistung liegt bei 373 PS. Auch hier wird aufgrund der niedrigen Temperaturen die Norm-Leistung herunterkorrigiert, und zwar auf 364 PS.
Als Differenz ergibt sich somit in der Motorleistung 373,3 - 353,0 = ~20PS, in der Normleistung 364,0 - 342,9 = ~21 PS als Zuwachs des Chiptunings. Der Anstieg des Drehmoments von 360 auf 384 Nm ist deutlich spürbar.
Hinzu kommt, dass durch das Wegfallen der Stufen die Beschleunigung viel gleichmäßiger wird. Besonders im wichtigen Drehzahlbereich zwischen 3.500 und 6.500 1/min "beult" sich die Drehmomentkurve ganz anders nach oben als in der Serie.

Die Differenzen sind alle realistisch, allerdings möchten wir die Läufe bei höheren Temperaturen noch einmal wiederholen, damit die Widerstände im Rollenprüfstand selbst und im Antriebsstrang geringer sind.
Die Vmax-Begrenzung wird mit dieser Aktion aufgehoben.

Dieses Chiptuning bietet Markus für Forumsmitglieder zum Preis von € 699 brutto an.

Prüftstandsläufe vorher/nachher können auf Wunsch auch durchgeführt werden, werden dann aber separat berechnet.
 
Nun noch ein paar Randbemerkungen zu Fragen, die Ihr sicher schon halb eingetippt habt:

Was ist mit einer Alpha-N-Abstimmung?
Bei einer Alpha-N-Abstimmung werden nur zwei Parameter berücksichtigt, nämlich der Drosselklappenwinkel (alpha) und die Drehzahl (n). In den Frühzeiten der Steuergeräte war das eine gute Geschichte, aber heutzutage läßt sich über moderne Steuergeräte erheblich mehr machen. Als Beispiel sei nur die Kontrolle der VANOS genannt. Eine höhere Leistung läßt sich mit Alpha-N keinesfalls realisieren, nur ein höherer Verbrauch.

Was ist mit Edelstahlkats?
Das getestete Auto hatte Serienkats. Sind die mal hinüber, dann kann man sie durch Edelstahlkats ersetzen. Das allein bringt aber keinen Leistungszuwachs, sondern kann je nach Schwingung der Gassäule durchaus auch nach hinten losgehen. Als Teil einer größeren Massnahme, z.B. im Zusammenspiel mit einer Airbox und anderen Nockenwellen plus einer individuellen Abstimmung machen sie Sinn.

Was läßt sich noch über xx, yy oder zz an Leistung holen?
Was immer es auch sei, orientiert Euch nach oben am Rennmotor der BMW-Motorsport (siehe Post weiter oben). Von den 364 PS bis 380 PS bleiben16 PS, die Ihr irgendwie zusammenbringen könnt. Höchstwahrscheinlich braucht es dazu andere Nockenwellen, entsprechende Drehzahlen etc. Damit geht es gleich an die Lebensdauer. Muss jeder selber wissen.

Welchen Einfluss hat das Ganze auf die Lebensdauer?
Ein M-Motor hat keine feste Lebensdauer. Er bedankt sich mit einem geschlossenen Kurbelgehäuse für sachgerechte Behandlung. Dazu gehört das regelmäßige Tauschen von Lagerschalen und der Ölpumpe. Das muß nicht bei jedem Luftdruckprüfen passieren, aber wer an seinem M hängt und ihn fordert, macht das spätestens alle 70.000 bis 80.000 km. Gerne auch früher.

Und eine Airbox???
ist ja gut, kommt ja gleich...
 
Die Begriffe Airbox und Alpha-N geistern durch viele Köpfe, nicht zuletzt, weil der Sound des E46 CSL auf direktestem Wege von den Ohren in das mittlere Segment der Fahrerhose zielt. Zu Alpha-N habe ich schon etwas gesagt, nun zur Airbox.

Da Alpha-N nicht in Frage kommt, muss also der Luftmassenmesser (LMM) weiterverwendet werden. Markus hat eine Airbox von Carbon Göke überarbeitet und den LMM integriert. Mit dieser Airbox wurde dann ein Prüfstandslauf durchgeführt.

Hinweis: Dieses Diagramm entstand bereits im Januar bei noch geringeren Temperaturen. Die gemessenen Werte sind nur bedingt mit den Diagrammen oben vergleichbar.

E86M_airbox.jpg


Insgesamt ist die Leistungskurve minimal fülliger in den mittleren Drehzahlen, der tatsächliche Zugewinn an Leistung gegenüber der Version ohne Airbox beträgt ca. 5 bis 6 PS (es wurden am gleichen Tag auch die anderen Mappings gefahren).

Der Grund dafür ist recht einfach. Anders als z.B. beim S14 erweitert eine Airbox beim Z4 die Querschnitte der Luftzufuhr nur unwesentlich. Der Motor war schon vorher nicht "abgeschnürt". Hinzu kommt, dass in den Serienmotor eben nur 3,3 L pro Verbrennung hineingehen, mit ein bißchen Überladung vielleicht. Eine Airbox kann also allein nicht viel bringen außer Sound, wobei der schon hörenswert ist. Anders wäre es, wenn entsprechende Nockenwellen und eventuell Änderungen auf der Auspuffseite hinzukämen. Der Aufwand steigt aber dann schon gewaltig an, da sind wir mit Sicherheit schon im hohen vierstelligen Bereich. Meiner Meinung nach lohnt dieser Aufwand nicht, weil im Zuge der Änderungen sicher auch die Höchstdrehzahl mit angehoben wird, wobei wir wieder bei der Standfestigkeit und Lebensdauer wären.

Die Airbox für sich gesehen ist eine nette, aber keine billige Sache. Markus prüft derzeit noch, ob er sie mit Hinweis auf den CSL überhaupt eingetragen bekommt. Falls ja, wird es einen Komplettpreis für Airbox, die Integration des LMM und das geänderte Mapping geben.
 
Zusammenfassend kann man sagen, dass dieses Chiptuning beim Fahren gut spürbar ist. Das Auto geht erheblich besser aus den Kurven heraus, da es nicht immer erst die "Stufe" bei 4.000 1/min überwinden muss. Der Drehmomentzuwachs macht sich da deutlich bemerkbar.
Dieses Mapping entspricht nahezu dem Mapping, das wir diese Saison in unserem Renn-Coupé fahren wollen. Das ist jetzt möglich, weil ab dieser Saison die Veränderung der Steuergeräte im Reglement erlaubt ist. Insofern könnt Ihr also von der Arbeit profitieren, die Markus und unser Spezialist in unser eigenes Projekt gesteckt haben.

Bei ernsthaftem Interesse bitte "Unterhaltung an mich", ich koordiniere das dann für Markus. Termine können jederzeit gemacht werden.
 
ein paar fragen zu der sache:

1. wird bei dem tuning die maximaldrehzahl angehoben?
2. wie schätzt du abgastemperaturen und verbrauch nach dem tuning ein?
3. muss das fzg. zum chiptuning vor ort sein oder könnte man das steuergerät einschicken?
4. könnte man evtl. die normleistungskurven und drehmomentkurven (vorher/nachher) übereinander legen, damit man auch optisch die differenz sieht?
 
Rev head schrieb:
ein paar fragen zu der sache:

1. wird bei dem tuning die maximaldrehzahl angehoben?
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Wir sind sehr zurückhaltend, was die Drehzahl angeht, Über 8.200 1/min werden wir definitiv keine Drehzahlen zulassen, eher 8.100.
Rev head schrieb:
2. wie schätzt du abgastemperaturen und verbrauch nach dem tuning ein?
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Die Abgastemperaturen werden sich nicht sehr verändern, so groß ist der Unterschied ja nicht. Der Verbrauch bleibt im gleichen Rahmen oder leicht darunter, soviel wir das bis jetzt erkennen können.
Rev head schrieb:
3. muss das fzg. zum chiptuning vor ort sein oder könnte man das steuergerät einschicken?
Zum Vergrößern anklicken....
Es ist Markus auf jeden Fall lieber, wenn das Auto vor Ort ist in Bad Neuenahr, damit es hinterher auch getestet werden kann. Das Chippen ist ja kein einfacher Kopiervorgang, sondern es wird Dein Steuergerät ausgelesen, modifiziert und dann wieder aufgespielt. Dabei könnte auch ein simpler Fehler passieren, deshalb ist es besser, wenn man das Auto hinterher fahren kann.
Das bietet dann gleichzeitig auch noch die Möglichkeit der Fahrwerksabstimmung, aber dazu komme ich wohl in den nächsten Tagen nochmal.
Rev head schrieb:
4. könnte man evtl. die normleistungskurven und drehmomentkurven (vorher/nachher) übereinander legen, damit man auch optisch die differenz sieht?
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Ich hab die Diagramme mal in Photoshop übereinandergelegt:

E86M_serieplus364.jpg


EDIT: Ich hab die Skalierung in horizontaler Richtung mal angepasst, so sollte es klappen.
 
Hallo Dieter,

also erstmal ein Kompliment zu dem tollen Bericht. Das grenzt ja schon fast an Fachliteratur. :) Aber eine Frage hab ich auch. Wie siehts denn mit dem Motor aus dem Coupe 3.0si aus? Habt ihr da Messungen vorgenommen?

VG
Hannes
 
chaos78 schrieb:
Hallo Dieter,

also erstmal ein Kompliment zu dem tollen Bericht. Das grenzt ja schon fast an Fachliteratur. :) Aber eine Frage hab ich auch. Wie siehts denn mit dem Motor aus dem Coupe 3.0si aus? Habt ihr da Messungen vorgenommen?

VG
Hannes
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kommt demnächst ebenfalls.

Unser Admin hat jetzt einen eigenen Schmickler Performance Bereich angelegt, damit das Ganze dann übersichtlicher wird. In Arbeit sind derzeit:
E89
23i - fertig
30i - in Arbeit
35i - fertig
35is - fertig

E85/86
3.0si - fast fertig
M - fertig
 
mir gefällt das gestopfte drehmomentloch (was nicht zwangsläufig bei jedem S54 so ausgeprägt sein muss) und die "glatte" leistungsentwicklung. was ich eher gerne sehen würde, wäre eher keine anhebung der drehzahl. ist sowas möglich?

hast du ne erklärung, dass der motor im serienzustand schon bei ca. 6900 1/min sein Pmax hat?

wie sieht es im allg. mit der rückrüstbarkeit bzw. besteht die gefahr, dass BMW das mapping überspielt, warum auch immer? ich kenne mich mit chiptuning kaum aus.
 
Hi Dieter warum bleibt die Radleistung immer etwa gleich.
Gruß
 
Rev head schrieb:
mir gefällt das gestopfte drehmomentloch (was nicht zwangsläufig bei jedem S54 so ausgeprägt sein muss) und die "glatte" leistungsentwicklung. was ich eher gerne sehen würde, wäre eher keine anhebung der drehzahl. ist sowas möglich?

hast du ne erklärung, dass der motor im serienzustand schon bei ca. 6900 1/min sein Pmax hat?

wie sieht es im allg. mit der rückrüstbarkeit bzw. besteht die gefahr, dass BMW das mapping überspielt, warum auch immer? ich kenne mich mit chiptuning kaum aus.
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Ich erwähnte die hohen Kolbengeschwindigkeiten schon. Sicher könnte man die Drehzahl noch weiter anheben, aber nur auf Kosten der Lebensdauer. Ob sich das wirklich lohnt?
Was erwartest Du Dir speziell von einer Drehzahlerhöhung?

Wie ich schrieb, kennen wir den Grund nicht, warum BMW den Motor in den obersten Drehzahlen zurückhält. Eine Erklärung wären die hohen Kolbengeschwindigkeiten, die man dadurch vermeiden möchte, dass man dem Fahrer den Anreiz nimmt, dahin zu drehen, eine andere könnten irgendwelche Umweltbedingungen sein.
 
clemens schrieb:
Hi Dieter warum bleibt die Radleistung immer etwa gleich.
Gruß
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Das hängt anscheinend mit dem Prüfstand zusammen. Die Schleppleistung ging ja entsprechend hoch. Aus diesem Grund wollen wir die Messungen bei höheren Temps nochmal wiederholen. Ist aber nur Kosmetik.
 
dwz8 schrieb:
Ich erwähnte die hohen Kolbengeschwindigkeiten schon. Sicher könnte man die Drehzahl noch weiter anheben, aber nur auf Kosten der Lebensdauer. Ob sich das wirklich lohnt?
Was erwartest Du Dir speziell von einer Drehzahlerhöhung?
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viele tuner generieren nämlich über die drehzahlanhebung einige PS und das möchte ich aus haltbarkeitsgründen gerade vermeiden.

daher stelle ich meine frage anders: dreht der motor nach eurem eingriff höher? wenn ja, wie viel? 100? 200? ich wäre mit 0 am glücklichsten.:)
 
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