Hyundai/KIA250px Theta 2.4 (G4KC)Theta, Theta II, Theta II Turbo,Theta II GDI, Theta II Turbo GDITheta II HEVHersteller:Hyundai / KIAProduktionszeitraum:2004–heuteBauform:ReihenvierzylinderMotoren:1,8 L (1798 cm³)2,0 L (1998 cm³)2,4 L (2359 cm³)Zylinder-Zündfolge:1-3-4-2Vorgängermodell:BetaNachfolgemodell:NuÄhnliche Modelle:Mitsubishi 4B1, Chrysler World Engine
Theta ist der Name einer Baureihe von Vierzylinder-Ottomotoren mit zwei oben liegenden Nockenwellen und vier Ventilen pro Zylinder. Die Motoren werden in Asan (Südkorea), sowie ab Theta II auch in Montgomery (Alabama), Shandong (China) und Hwaseong (Südkorea), dem Entwicklungsort der Theta-Reihe gebaut.Fertigung in Alabama (PDF; 145 kB)
Die Theta-Reihe entstammt der Global Engine Manufacturing Alliance und ersetzt seit 2005 die 1995 erschienene Beta-Motorenserie. Die Motoren werden mit Hubräumen zwischen 1,8 und 2,4 l gebaut und von den einzelnen Herstellern in den Bereichen Kosten, Geräuschentwicklung und Leistung unabhängig angepasst. So haben etwa die Chrysler-Ausgaben seit 2004 eine Verstellung beider Nockenwellen (D-CVVT), bei Hyundai/KIA wurde die der Auslassseite erst 2008 mit der Theta-II-Reihe nachgereicht. Chrysler wiederum verwendet einen indirekt Luftmengen messenden MAP-Sensor, während die Theta-Serie einen direkt messenden, thermischen MAF-Sensor integriert. Die Entwicklung des Motorenblocks wurde federführend von Hyundai verantwortet, jene der CVVT von Chrysler,Anteile der Hersteller an der GEMA-Entwicklung die hierfür die 2003 bei Mercedes-Benz-V6-Motoren erschienene Umsetzung (PDF; 509 kB) als Grundlage verwandte.Herkunft der CVVT-Technologie Die Rechte an den einzelnen Technologien besitzen die jeweils beisteuernden Unternehmen, 2009 kaufte Chrysler dennoch alle Anteile an der 2002 gegründeten Entwicklungsgesellschaft GEMA.
Der Motorblock und Zylinderkopf bestehen im Gegensatz zum Vorgänger Beta beide aus Aluminium. Die 2,0-l-Ausgabe (134 kg, Theta II 124 kg ) hat eine „square engine“-Zylinderform: Bohrung und Hub sind mit 86 mm gleich groß. Die 2,4-l-Variante hat eine Bohrung von 88 mm und einen Hub von 97 mm. Diese Variante ohne direkten Vorgänger wiegt mit 146 Kilogramm (Theta II 136 kg) nur zwei mehr als die 2,0L-Beta-Variante. Anders als bei der Vorgängerbaureihe wurden die Motoren um eine Ausgleichswelle für den Massenausgleich ergänzt. Diese reduziert Energieverluste im einstelligen PS-Bereich und die dabei entstehenden Geräusche. Da die Serie über zwei Liter Hubraum hat, wird ein Ausgleich für erforderlich angesehen.Ausstattung der Thetaserie mit Ausgleichswellen (PDF; 7,9 MB)
Während in der Theta – Reihe nur die größte Variante über ein elektronisches Gaspedal gesteuert wird, ist dieses ab Theta II serienmäßig. Die Leerlaufdrehzahl ist 650 Umdrehungen pro Minute.Leerlaufdrehzahl der Thetaserie
Die Ein- und Auslass-Nockenwellen sind durch eine Steuerkette verbunden, die durch eine zweite von der Kurbelwelle angetrieben wird. Damit erfordern die Motoren keinen turnusmäßigen Austausch eines Zahnriemens wie im Vorgänger.Steuerketten der Thetaserie
mini|150px|Der Nocken (1) drückt den Tassenstößel (2) auf den Ventilschaft (3, 4), dessen Ende (6) in den Zylinderraum (7) gedrückt wird und damit den Luftkanal (5) freigibt.
Die Ventile werden über mechanische Tassenstößel ohne aufliegende Plättchen (daher „shimless mechanical bucket tappets“) betätigt. (PDF; 10,1 MB) Sie sind leichter und billiger als hydraulischen Tassenstößel und weniger stark auf gute Ölviskosität angewiesen. Die Oberflächen der Stößel und Nocken verschleißen, dadurch wird das Ventilspiel größer und es kann ein hörbares Tickgeräusch auftreten,Tick- oder Klackergeräusch durch loses Ventileinstellplättchen: da der Nocken etwas ruckartig auf den Tassenstößel trifft – das härtere Aufkommen erzeugt das Tickgeräusch.Klang eines abgenutzten Tassenstößels Dies kann durch die Ausdehnung im warmen Motor verschwinden, dennoch ist das Ventilspiel damit zu groß geworden. Dessen Prüfung ist im Wartungsplan aller 95.000 km vorgesehen, eine Wartung aber nur bei Bedarf. (PDF; 6,8 MB) Inspektionsintervall des Ventilspiels Bedienungsanleitung Hyundai Sonata S. 209 Bei dieser würde das abgetragene Material durch einen neuen, etwas längeren Tassenstößel ausgeglichen. Der Tausch kann möglicherweise mit dem der Zündkerzen (160.000 km) zusammengelegt werden.
Theta Der Motorblock hat „siamesische“ Zylinder, das heißt, dass die Zylinder aneinandergegossen sind und nicht rundum von Kühlwasser umspült werden. Zusätzlich werden sie über einen eingegossenen Leiterrahmen im unteren Bereich des Motorblocks gestärkt. Beides minimiert Verwindungen und Vibrationen. Die bessere Wärmeleitfähigkeit des Aluminiums führt zudem zum schnelleren Erreichen der Betriebstemperatur und vermindert Friktionen durch ungleichmäßig ausgedehnte Zylinder.
Diese Konstruktion ist gut für hohe Drücke vorbereitet, wie sie in aufgeladenen und Motoren mit Direkteinspritzung vorkommen. Sie wurde daher 2006 mit Ausnahme der „siamesischen“ Zylinder für die Gamma-Reihe übernommen. Beide Reihen erhalten seit 2009 aufgeladene Versionen und solche mit Direkteinspritzung.
Jeder Theta-Motor hat eine CVVT (steht für continuous variable valve timing) genannte Nockenwellenverstellung für die Einlassseite. Diese hat nur Einfluss auf die Überschneidung der Ventilöffnung von Einlass- und Auslassseite (der Öffnungszeitpunkt auf Eingangsseite ist variierbar), nicht aber auf den Ventilhub und die Öffnungsdauer.Erläuterung der Hyundai-CVVT-Technik inklusive Bildmaterial Sie ist daher vergleichbar mit der BMW Einzel-VANOS-Technik. Sie bewirkt ein höheres Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen und reduziert vor allem den Ausstoß von Stickoxiden, indem die abgasrückführende Wirkung einer großen Überschneidung genutzt wird – hierbei wird bereits ausgestoßenes Abgas wieder zurück in den Brennraum gesaugt. Die CVVT wird von BorgWarner TEC zugeliefert und nicht immer aufgeführt, weil sie serienmäßig ist.
Die Motorsteuerung übernimmt die Software EMS-II von Siemens VDO.Theta Motorsteuerung
Theta II Mercedes setzte die „Welt-Motoren“ von 2004 nicht in seinen eigenen Produkten ein, fragte 2008 aber um eine gemeinsame Weiterentwicklung an. Hyundai nahm dieses Angebot jedoch nicht an. Im selben Jahr veröffentlichte der Konzern die Überarbeitung seiner „Weltmotoren“-Reihe Theta.
Theta-II-Motoren haben ein Schaltsaugrohr (Variable Intake System). Dieser berücksichtigt das Pulsieren der Luft im Saugrohr, das durch das Öffnen und Schließen der Ventile entsteht. Finden diese Wellen einen ihrem Rhythmus angepassten Weg in den Zylinder, entsteht ein Resonanzaufladungs-Effekt.Ladungswechsel#Viertakt-Hubkolbenmotor Dazu öffnet sich bei niedrigen und hohen Drehzahlen ein hierfür geeigneter, kurzer Luftweg. Bei mittleren Drehzahlen wird eine Klappe geschlossen und die Luft durch ein längeres Rohr geführt.
Auch die Auslassnockenwelle erhielt eine CVVT-Steuerung und ähnelt damit dem BMW Doppel-VANOS. Das nun D(ual)-CVVT benannte System trägt zur verbesserten Leistung bei.
Zur Reibungsminderung wurden die Kontaktflächen der Tassenstößel mit einer diamantähnlichen Kohlenstoffschicht überzogen.
Der mittlere Realverbrauch der Reihe liegt bei 9,8 l/100 km für Geländewagen und 9,2 l für Limousinen.Realverbrauch Theta II Hyundai ix35Realverbrauch Theta II Hyundai Sonata
Theta II Turbo mini|Einzige Anwendung des Theta II Turbo: das Genesis Coupe
2009 wurde für das Hyundai Genesis Coupé eine Turbo-Version des 2,0L – Theta II entwickelt. Der verwendete Turbolader ist ein Mitsubishi TD0. Je nach getankter Oktanzahl wird die Leistung auf 210 (bei 91) oder 223 PS (bei 95 Oktan) gesteigert. Diese Stufen entsprechen den amerikanischen Qualitätsstufen „Regular“ (AKI 87) und „Premium“ (AKI 93).Oktanabhängige Leistung des Theta II Turbo mini|links|Freigelegte Turbine im Abgasstrom (Verkleidung rechts daneben), ungeöffnet darunter die Verdichterseite mit Anschluss für den Ansaugtrakt Wie beim späteren Theta II Turbo GDI ist der Abgaskrümmer mit Temperaturen bis 950 °C für 200 °C höhere Temperaturen ausgelegt, als die Theta-Varianten ohne Turbolader. Dadurch kann auf eine verbrauchssteigernde, aber auch kühlende Anfettung des Gemisches verzichtet werden. Zur Leistungssteigerung wurden die Zylinderköpfe kompakter gestaltet und zwei Neuerungen eingeführt, die später Verwendung in der GDI-Variante fanden: Der Kolbenbolzen ist nicht mehr fest, sondern flexibel (full-floating) gelagert, was seine Reibung am Zylinder mindert. Und am Zylinderboden wird ein feiner Ölnebel eingesprüht, dessen kühlender Effekt höhere Drehzahlen und Drücke erlaubt.Neuerungen im Theta II Turbo Motor und Fahrzeug werden in Europa seit November 2010 angeboten.Europa-Marktstart Hyundai Genesis Coupe
Theta II GDI mini|Schnittbild eines BMW-Direkteinspritzerkolbens|right
Nach vier Jahren Entwicklungszeit in Hwaseong (Südkorea) und 100 Millionen Euro Entwicklungskosten erschien mit dem 2,4L Theta II GDI im November 2009 die erste Hyundai/KIA-Benzin-Direkteinspritzung.Neuerungen im Theta II GDI Ende der 1990er Jahre gab es mit dem Omega V8 bereits einen von Mitsubishi entwickelten GDI-Motor im Hyundai Equus, der wegen seiner systemtypisch hohen Verdichtung Superbenzin erforderte. Dies war damals jedoch rar in Südkorea. Der resultierende Leistungsabfall ließ die Kundschaft monieren. Hyundai reagierte 2002 mit der Umstellung auf Saugrohreinspritzung, während Mitsubishi selbst die Nutzung des Motors asienkrisenbedingt schon nach 15 Monaten wieder einstellen musste. Ungeachtet dieser Anfangsschwierigkeiten fertigte Hyundai ihn in Zusammenarbeit mit Mitsubishi bis 2008 für sein Topmodell.
Bei der Saugrohreinspritzung für Ottomotoren befindet sich das Einspritzventil im Saugrohr vor dem Einlassventil. Bei der Direkteinspritzung wird direkt in den Zylinder eingespritzt. Das Einspritzventil ist den hohen Drücken und Temperaturen im Zylinder ausgesetzt. Hyundai verwendet wie die meisten Mitbewerber GDI zur homogenen, stöchiometrischen Gemischbildung und verzichtet auf eine inhomogene Schichtladung (stratified fuel charge).Hyundai GDI nutzt ein homogenes Mischverhältnis… Schichtladungsmotoren haben einige Nachteile, so etwa höhere Partikelemissionen.Feinstaubwerte bei Ottomotoren durch Direkteinspritzung erhöht
Gestartet wird mit einer Piloteinspritzung und -zündung, um den Kolben in Bewegung zu setzen. Während dessen Abwärtsbewegung folgt die schubgebende, eigentliche Kraftstoffeinspritzung und -zündung.
Durch diese präzisere, da direkt im Zylinder erfolgende Kraftstoffzufuhr konnte die Kompressionsrate im Zylinder von 10,5 : 1 auf 11,3 : 1 erhöht werden. Sie führt zu einer etwa fünfprozentigen Kraftstoffersparnis (vgl.) und bewirkt zudem eine höhere Abgastemperatur. Hiervon profitiert der sich schneller erwärmende Katalysator, der so die Emissionen während der Kaltstartphase um ein Drittel reduzieren kann. Der höhere Einspritzdruck von 150 bar (ohne GDI etwa 5 bar) bewirkt zudem eine homogenere Kraftstoffzerstäubung und damit eine sauberere Verbrennung. Er geht einher mit einem systemtypischen Tickgeräusch.
Es wurden mehrere reibungsmindernde Änderungen vorgenommen, auch um die höhere Verdichtung materialschonend zu ermöglichen. Während die Kontaktflächen der Tassenstößel bereits seit der Theta-II-Reihe mit einer diamantähnlichen Kohlenstoffschicht überzogen waren, wird diese im GDI von einer Chrom-Nitrid-Beschichtung an den Kolbenringen unterstützt.Beschichtungen im Theta II GDI Wie schon im Theta II Turbo ist der Kolbenbolzen zudem nicht mehr fest, sondern flexibel (full-floating) gelagert, was die Reibung mindert und die Druckresistenz um 30 % erhöht. Direkt am Kolbenboden wird ein feiner Ölnebel eingesprüht, dessen kühlender Effekt höhere Drücke erlaubt.
Das Schaltsaugrohr (Variable Intake System) wurde um eine Stufe auf drei erweitert.Theta II GDI 3 Stage VIS