Der Ford EcoBoost

Ford EcoBoost bezeichnet eine Baureihe von Viertakt-Ottomotoren des Automobilherstellers Ford, die 2009 in Europa mit dem Ford Iosis-MAX vorgestellt und im Frühjahr 2010 bei den Modellen Ford Mondeo, Ford S-MAX und Ford Galaxy erstmals eingeführt wurde. Es handelt sich dabei um Drei- oder Vierzylinder-Reihenmotoren mit vier Ventilen je Zylinder und zwei obenliegenden Nockenwellen (DOHC). Für den nordamerikanischen Markt gibt es auch einen Sechszylinder-V-Motor, der seit 2009 in diversen Ford- und Lincoln-Modellen angeboten wird.

Allgemeines

Da die Motoren nach dem Downsizing-Prinzip entwickelt wurden, erreichen sie trotz des vergleichsweise niedrigen Hubraums recht hohe Leistungswerte. Hierzu verfügen sie über Benzindirekteinspritzung, Turboaufladung und Ti-VCT, einer variablen Steuerung der beiden obenliegenden Nockenwellen.

Ford plante 2012, im Zeitraum bis 2015 insgesamt 1,3 Millionen EcoBoost-Motoren für den europäischen Markt zu produzieren, weitere 800.000 Motoren für Märkte außerhalb Europas.[1] Im September 2013 lief der zweimillionste EcoBoost-Motor vom Band, die zu diesem Zeitpunkt geplante Produktion für das gesamte Jahr 2013 betrug bereits 1,2 Millionen Exemplare.[2]

Die EcoBoost-Motoren kommen auch in diversen Volvo-Modellen unter der Bezeichnung GTDi (Gasoline Turbocharged Direct injection) zum Einsatz.

Bereits 2001 wurde auf der IAA in Frankfurt ein Zetec S3 DISI (Direct Injection Spark Ignition, übersetzt: Direkteinspritzung mit elektrischer Zündung) genannter Motor-Prototyp der Öffentlichkeit vorgestellt. Hierbei handelte es sich um einen Dreizylinder-Ottomotor mit 1,1 Litern Hubraum, der mittels Turboaufladung und Benzin-Direkteinspritzung 81 kW (110 PS) leistete.[3] Vibrationen verringerte bei diesem Motor eine Ausgleichswelle, die Kraftübertragung erfolgte über ein speziell entwickeltes Automatikgetriebe. Der Benzinverbrauch lag 15 bis 30 Prozent niedriger als der eines 1,8-Liter-Benzinmotors mit ähnlicher Leistung. Eine Markteinführung dieses Motors fand jedoch nie statt, da der für Motor und Getriebe kalkulierte Aufpreis in Höhe von 4.500 DM (~2.300 Euro, nach heutigem Wert 2.900 Euro[4]) als nicht markttauglich angesehen wurden.[5]

1,0-Liter-Dreizylinder
Entwicklung und Produktion


Motorblock des 1,0-Liter-Dreizylinders

Der 1,0-Liter-EcoBoost-Motor ist eine Gemeinschaftsentwicklung der Ford-Entwicklungszentren in Köln-Merkenich und dem britischen Dunton. Seit der Serienreife läuft das Triebwerk im Motorenwerk in Köln und seit Mai 2012 zusätzlich in Craiova (Rumänien) bei Automobile Craiova vom Band.[1] Ford kündigte zudem an, die Produktion des Motors auch im neuen Ford-Motorenwerk im chinesischen Chongqing, das im Juni 2013 eröffnet wurde, zu starten.[2]

Ford gab im Juni 2013 bekannt, die Produktion des 1,0-Liter-EcoBoost-Motors im Motorenwerk in Köln ab Mitte August 2013 auf mehr als 1.000 Einheiten pro Tag zu verdoppeln.[6]

Bis zum September 2013 wurden 284.000 Exemplare des Motors produziert.[2]
Technik

Der Motor ist mit 74 kW (101 PS), 88 kW (120 PS), 92 kW (125 PS) und seit Juni 2014 auch mit 103 kW (140 PS) erhältlich und verbraucht im Ford Focus dabei 4,8 Liter/100 km, die CO2-Emissionen liegen bei 109 g/km. Der Motor ist außerdem seit Oktober 2012 in den Modellen B-MAX, C-MAX und Grand C-MAX[7] und seit Januar 2013 im Fiesta erhältlich. Künftig ist auch ein Einsatz in den Baureihen Mondeo, EcoSport, Transit Courier, Tourneo Courier, Transit Connect sowie Tourneo Connect vorgesehen.[6]

Um Vibrationen des Motors zu verringern, wurde anstelle von Ausgleichswellen die Schwungscheibe mit einer präzise definierten Unwucht versehen, die dem bauartbedingt tendenziell unrunden Lauf eines Dreizylinders gezielt entgegenwirkt. Durch das geringe Massenträgheitsmoment der besonders leistungsfähig konstruierten Turbine des Turboladers hat der Motor praktisch kein Turboloch, die Turbine erreicht dabei Spitzendrehzahlen von 248.000 min−1. Durch die Einspritzung des Kraftstoffs mit einem Druck von bis zu 150 bar wird eine bessere Zerstäubung und Verteilung des Benzin-Luft-Gemischs im Brennraum erreicht, außerdem kann der Einspritzvorgang in mehrere Teilsequenzen pro Verbrennungstakt aufgesplittet werden. Hierdurch wird eine präziser steuerbare und vollständigere Zündung des Gemischs erreicht.[8]

Der Abgaskrümmer wird gemeinsam mit dem Aluminium-Zylinderkopf gegossen und konnte auf diese Weise in den Kühlkreislauf integriert werden. Dies senkt die Abgastemperaturen und ermöglicht den Betrieb mit einem optimalen Luft-Kraftstoff-Verhältnis über einen breiteren Drehzahlbereich, was zu einer deutlichen Verbesserung der Abgasqualität und des Verbrauchs führt. Durch zwei getrennte Kühlkreisläufe für den Aluminium-Zylinderkopf und den Zylinderblock aus Gusseisen und die Reduzierung des Abstandes zwischen den Brennräumen auf 6,1 mm[8] wird die Warmlaufphase verkürzt.

Ein großer Zahnriemen treibt die beiden Nockenwellen an; für den Antrieb der Ölpumpe sorgt ein weiterer kleiner Riemen. Beide Zahnriemen laufen im Motorölbad, was die Laufruhe erhöht, Reibungsverluste verringert und so die Lebensdauer erhöht.[9] Diverse Bauteile wie Kolben und Kurbelwellenlager sind mit speziellen Beschichtungen versehen, was zusammen mit modifizierten Kolbenringen die innere Reibung des Motors auf ein Minimum senkt. Um die kompakte Bauweise des Dreizylinders anschaulich darzustellen, wirbt Ford damit, dass die Grundfläche des Motors problemlos auf ein DIN-A4-Blatt passt.[8] Das Gewicht des Motors liegt bei 98 kg.[10]

Auch die Nebenaggregate sind für eine Senkung des Energiebedarfs ausgelegt, so arbeiten der Kompressor der Klimaanlage und die Ölpumpe mit variabel geregelten Fördermengen.[8]
Auszeichnungen

Die Fachzeitschrift Engine Technology International verlieh dem Motor im Juni 2012 mit der besten jemals erreichten Punktzahl den Preis „Internationaler Motor des Jahres 2012“, sowie die Auszeichnungen „Bester neuer Motor“ und „Bester Motor bis 1,0 Liter Hubraum“. Die aus 76 internationalen Motorjournalisten bestehende Jury berücksichtigte dabei neben innovativen Motoren-Neuentwicklungen und -Technologien ebenso die Fahrbarkeit, das Leistungsvermögen, die Wirtschaftlichkeit und die Laufkultur der Motoren.[9] Im Juni 2013 gewann der Motor erneut die beiden Auszeichnungen „Internationaler Motor des Jahres 2013“ und „Bester Motor bis 1,0 Liter Hubraum“. Dieses Mal bestand die Jury aus 87 internationalen Motorjournalisten aus 35 Ländern.[6] 2014 gewann er beide Auszeichnungen zum dritten Mal, er errang damit als erstes Aggregat drei Auszeichnungen zum „Internationalen Motor des Jahres“.[11] 2015 wurde der Motor abermals zum „Besten Motor bis 1,0 Liter Hubraum“ gewählt und belegte den zweiten Platz im Wettbewerb um den Titel des „Internationalen Motor des Jahres 2015“.

Im Oktober 2012 gewann der Motor die Auszeichnung „ÖkoGlobe“ 2012 in der Kategorie „Antriebe und Antriebsstrang“. Bei diesem vom Künstler HA Schult ins Leben gerufenen und gemeinsam vom TÜV Rheinland, den DEVK-Versicherungen und dem ÖkoGlobe-Institut der Universität Duisburg-Essen vergebenen internationalen Umweltpreis werden Fahrzeuge, Antriebstechnologien, Produktionsprozesse und (Mobilitäts-)Konzepte anhand ökologischer Kriterien bewertet.[10]

Das Magazin Auto Test zeichnete den 1,0-Liter-EcoBoost-Motor mit dem Innovationspreis der „Auto Test Sieger 2013“ aus.
Sonstiges

Im September 2012 erreichte Nick Tandy am Steuer eines umgebauten Formel-Ford-Rennwagens mit einem 1,0-Liter-EcoBoost-Motor auf der Nordschleife des Nürburgrings mit 7:22 Minuten die elftschnellste Rundenzeit eines Straßenfahrzeugs, die jemals dort gemessen wurde. Die Leistung des Motors wurde auf 151 kW (205 PS) gesteigert, darüber hinaus musste der Wagen mit Radabdeckungen, vorschriftsmäßiger Beleuchtung, Blinker, einer Hupe und straßenverkehrstauglicher Bereifung ausgerüstet werden, um eine britische Straßenzulassung zu erhalten.[12] Diese Rundenzeit lag unter derer vieler Supersportwagen, wie Lamborghini Aventador, Ferrari Enzo oder Pagani Zonda.[13]
1,5-Liter-Vierzylinder

Im April 2013 gab Ford bekannt, die EcoBoost-Motorenfamilie um einen 1,5-Liter-Vierzylinder zu erweitern, der auf der Auto Shanghai 2013 der Öffentlichkeit präsentiert wurde. Zunächst kommt er in der chinesischen Version des neuen Ford Mondeo zum Einsatz, später wird er für den Ford Fusion in Nordamerika und auch für die nächste Ford Mondeo-Generation und den Ford Focus in Europa erhältlich sein.[14][15]

Dieses Aggregat ist der erste Ford-Motor, bei dem die Warmlaufzeit durch eine von der Motorsteuerung gesteuerte Kupplung am Riemenantrieb der Wasserpumpe reduziert wird. Darüber hinaus ist der Ladeluftkühler wassergekühlt, was ebenfalls für ein effizienteres Wärmemanagement des Motors sorgt. Der Motorblock besteht, anders als beim 1,0-Liter-Motor, aus Aluminium, die Benzin-Direkteinspritzung mit Turboaufladung, hohen Einspritzdrücken und einer variablen Nockenwellenverstellung teilt er sich jedoch mit den anderen Versionen der Motorenfamilie.[14]

Die Drehmoment- und Leistungswerte werden sich im ähnlichen Rahmen wie beim 1,6-Liter-Motor bewegen, jedoch bei noch geringerem Kraftstoffverbrauch und daraus resultierendem CO2-Ausstoß.[14] Im Focus soll der Motor in zwei Leistungsstufen mit 110 kW (150 PS) und 132 kW (180 PS) erhältlich sein.[15]

Die Produktion des 1,5-Liter-Motors findet seit April 2013 in Craiova statt, weitere Produktionsstandorte außerhalb Europas werden jedoch folgen.[14]
1,6-Liter-Vierzylinder

Der 1,6-Liter-EcoBoost-Motor ist eine Weiterentwicklung des Zetec SE und wird seit Herbst 2010 angeboten. Es gibt ihn in drei Leistungsstufen: 110 kW (150 PS), 118 kW (160 PS) und 134 kW (182 PS). Erstmals präsentiert wurde der Motor beim Lincoln C-Konzeptfahrzeug im Januar 2009.[16]

Im Gegensatz zum 1,0-Liter-EcoBoost-Motor handelt es sich bei diesem Aggregat um eine besonders leichte Voll-Aluminium-Konstruktion.[1] Der Motorblock wird unter Hochdruck gegossen und erreicht durch ein zentrales Trägersystem und eine verwindungssteife Ölwanne eine besonders widerstandsfähige Struktur. Die beiden obenliegenden Nockenwellen werden durch einen Zahnriemen angetrieben. Die Ventilsteuerung erfolgt über mechanische Stößel. Die Kolbenringe weisen eine reibungsarme Beschichtung auf, die Oberflächen der Nocken sind poliert. Wie bei der 1,0-Liter-Version, arbeitet auch hier die Ölpumpe mit variablem Volumen, zudem reguliert das elektronische Motormanagement den Kühlmittelfluss, damit der Motor schneller seine optimale Betriebstemperatur erreicht.

Die Benzindirekteinspritzung arbeitet mit einem Einspritzdruck von bis zu 200 bar, damit werden die Benzintropfen auf eine Größe von weniger als 0,02 Millimeter zerstäubt. Die Einspritzdüsen mit 6-Loch-Injektoren sind zentral im Zylinderkopf untergebracht und spritzen den Kraftstoff optimiert in den Brennraum ein. Durch die dichtere und kühlere Kraftstoffladung kann der Motor mit einer höheren Verdichtung und höherem Turbo-Ladedruck arbeiten.[17]

Der BorgWarner-Turbolader vom Typ KP 39, der dank kleiner und leichter bewegter Teile ebenfalls ein besonders niedriges Trägheitsmoment aufweist, erreicht Rotationsgeschwindigkeiten von mehr als 200.000 min−1[17] und sorgt für eine Steigerung des maximalen Drehmoments um rund 50 Prozent.[1]

Zusätzlich optimiert die variable Verstellung der beiden obenliegenden Nockenwellen (Ti-VCT) den Gaswechsel in den Brennräumen. Die Steuerzeiten der Ein- und Auslassventile können unabhängig voneinander um bis zu 50 Grad verstellt werden, die Betätigung der Aktuatoren erfolgt hydraulisch. Hierbei wird der Scavenging-Effekt (übersetzt: Spülung) ausgenutzt, die Brennräume werden beim Gaswechsel durch das Ausnutzen der Druckunterschiede zwischen Ein- und Auslasskanälen gründlich „durchgespült“. Bei niedrigen Drehzahlen gelangt so mehr und kühlere Frischluft in die Zylinder, was sich in höherem Drehmoment und schnellerem Drehzahlgewinn des Turboladers auswirkt.[17] Besonders im Teillastbereich wird so die Effizienz des Motors deutlich erhöht, was eine deutliche Verringerung der Emissionswerte bewirkt.[1]

Die Motoren werden im Ford-Werk in Bridgend gefertigt[1] und sind auch in Nordamerika für die dritte Generation des Ford Escape sowie in diversen Volvo-Modellen erhältlich.

Daneben werden die 1,6-Liter-Motoren seit der Saison 2013 in der Formel Ford verwendet, aufgrund einer angepassten Motorelektronik leisten sie dort 147 kW (200 PS).[18]

In der Formel 4 wird der 1,6-Liter-EcoBoost-Motor an der Saison 2015 in den nationalen Rennserien in Australien, Großbritannien und Spanische Formel-4-Meisterschaft eingesetzt. Der von Sodemo Moteurs vorbereitete Motor leistet 118 kW (160 PS) und wurde auf dem Genfer Auto-Salon 2015 vorgestellt.[19]

2,0-Liter-Vierzylinder

Auch beim 2,0-Liter-Motor handelt es sich um einen Vollaluminium-Motor mit Hochdruck-Benzindirekteinspritzung, früh ansprechendem Turbolader und variabel steuerbaren Ventilöffnungszeiten (Ti-VCT). Die Direkteinspritzung spritzt hier mit Drücken von bis zu 150 bar den Kraftstoff in die Brennräume. Wie beim 1,6-Liter-Motor messen die Öffnungen der Einspritzdüsen 0,02 Millimeter, jede Düse verfügt jedoch über sieben anstatt sechs Öffnungen. Die Öffnungszeiten der Ein- und Auslassventile werden durch das Ti-VCT-System der aktuellen Lastsituation angepasst, indem die Nockenwellen über öldruckgesteuerte Stellmotoren um maximal 50 Grad verdreht werden. So wird der Gaswechsel in den Zylindern bei allen Motordrehzahlen optimiert, was für eine gesteigerte Energie-Effizienz, besonders im Teillastbereich sorgt.[20]

Der 2,0-Liter-Motor ist mit 149 kW (203 PS) und 176 kW (240 PS) für mehrere Ford- und Volvo-Modelle erhältlich, die stärkere Version auch in Ford-Modellen für den nordamerikanischen und australischen Markt, wie dem Ford Taurus, dem Ford Edge und dem Ford Falcon, sowie für den Range Rover Evoque.

Im Ford Focus ST leistet der Motor dank bearbeiteter Ein- und Auslasskanäle sowie einer anders abgestimmter Motorelektronik sogar 184 kW (250 PS).

Die 2,0-Liter-Variante wird ausschließlich im spanischen Werk Almussafes bei Valencia produziert.[1] Zudem soll 2014 die Produktion des Motors auch in Cleveland beginnen.[2]

Im Radical SR3 SL wird seit 2011 eine modifizierte Variante des 2,0-Liter-EcoBoost-Motors verwendet, hier leistet der Motor 224 kW (305 PS).[21]

Bis zum September 2013 wurden insgesamt 532.000 Motoren produziert.[2]

2,3-Liter-Vierzylinder

Beim 2,3-Liter-Motor bestehen ebenfalls Motorblock und Zylinderkopf aus Aluminium, auch hier wurde der Abgaskrümmer in den Zylinderkopf integriert. Dieser führt die Auslassseiten der inneren und äußeren Brennraumpaare getrennt zusammen und dann zum Turbolader. Dies ermöglicht eine längere Öffnung der Auslassventile, was den Gaswechsel optimiert und den Kraftstoffverbrauch alleine um mehr als ein Prozent reduziert.

Die Ansaugkanäle wurden optimiert, darüber hinaus verfügt der Motor über ein spezielles Turboladergehäuse. Der Antrieb der Schaufeln des Laders wurden optimiert, außerdem verfügt der Turbolader über eine zweigeteilte Abgaseinströmöffnung, das sogenannten Twin-Scroll-Layout. Dieses ermöglicht einen schnelleren Druckaufbau in Verbindung mit einem direkteren Ansprechverhalten, ähnlich einem Biturbo.[22]

Der ab 2015 erstmals offiziell in Deutschland vertriebene Ford Mustang ist mit einem 2,3-Liter-EcoBoost-Motor erhältlich, der 233 kW (317 PS) leistet und über ein maximales Drehmoment von 432 Nm verfügt.[23] Außerdem ist der Motor mit einer Leistung von 202 kW (275 PS) seit Frühjahr 2014 im Lincoln MKC erhältlich, der jedoch nur auf dem nordamerikanischen Markt angeboten wird.[24] Für Anfang 2016 ist der Marktstart des Ford Focus RS in Europa geplant. Dort kommt ein neuer Twin-Scroll-Turbolader sowie ein größerer Ladeluftkühler zum Einsatz, wodurch die Motorleistung auf 257 kW (350 PS) gesteigert worden ist. Im Focus RS beträgt das maximale Drehmoment 440 Nm, mit Overboost für 15 Sekunden 470 Nm.[25]
3,5-Liter-V6

2007 stellte Ford im Lincoln MKR einen TwinForce genannten 3,5-Liter-V6-Motor vor, der mit 309 kW (420 PS) und 542 Nm die Leistungswerte eines 6-Liter-V8-Motor bei rund 15 % niedrigerem Benzinverbrauch aufwies. Im 2008 vorgestellten Lincoln MKT war der gleiche Motor vorhanden, wurde jedoch mit dem Namen EcoBoost bezeichnet.

Es handelt sich dabei um einen Biturbo-Motor mit zwei Garrett-GT15-Turboladern, die Spitzendrehzahlen von 170.000 min−1 erreichen. Diese Lader sind recht klein, dadurch sind auch die Auspuffkrümmer kompakter gestaltet und erzeugen weniger Hitze. Das Hochdruck-Benzindirekteinspritzsystem wurde in Zusammenarbeit mit der Robert Bosch GmbH entwickelt und spritzt den Kraftstoff mit bis zu 150 bar ein. Die Hochdruckpumpe ist eine nockenbetriebenene, mechanische Pumpe mit einem einzigen Kolben und einem elektronischen Ventil, das den Kraftstofffluss zu den Injektoren steuert.[26] Auch dieser Motor verfügt über die Ti-VCT genannte, variable Verstellung der obenliegenden Nockenwellen.[27]

Die Markteinführung erfolgte im Juli 2009 in der sechsten Generation des Ford Taurus. Erhältlich ist der Motor, der je nach Ausführung 261–272 kW (355–370 PS) leistet, in diversen Ford- und Lincoln-Modellen in Nordamerika. Für den Ford F-150 wurde eine Version entwickelt, die mit 569 Nm statt 475 Nm deutlich mehr Drehmoment liefert. Ford produziert die Serienversion dieser Motoren seit Mai 2009 im Cleveland Engine Plant in Cleveland, Ohio.

2009 stellte Ford eine Ethanol-Variante des 3,5-Liter-EcoBoost-Motors vor, die 236 kW (321 PS) leistete und ein maximales Drehmoment von 750 Nm lieferte. Es handelte sich hierbei jedoch um einen Experimentalmotor.

Bis September 2013 produzierte Ford insgesamt 635.000 Einheiten des 3,5-Liter-EcoBoost-Motors.[2]

Ford Racing hat für die United SportsCar Championship einen mit einem 3,5-Liter-Motor angetriebenen Daytona-Prototypen entwickelt, das Chassis stammt von Riley Technologies.[28] Bei einem Rekordversuch auf dem Daytona International Speedway am 9. Oktober 2013 stellte Colin Braun am Steuer des Wagens mit 40,364 Sekunden einen neuen Streckenrekord auf, dies entspricht einer Geschwindigkeit von 222,971 mph (358,837 km/h). Außerdem stellte Braun neue Rekorde für das Zurücklegen von 10 Kilometern und 10 Meilen aus dem Stand auf.[29]

Quelle