Hyundai KIA Kappa

Hyundai/KIA
Kappa
Hersteller:	Hyundai / KIA
Produktionszeitraum:	2008–heute
Bauform:	Reihendreizylinder/Reihenvierzylinder
Motoren:	1,0 L (998cm³) 1,2 L (1197 cm³) 1,25 L (1248 cm³)
Zylinder-Zündfolge:	1-3-2/1-3-4-2
Vorgängermodell:	Epsilon
Nachfolgemodell:	keines
Ähnliche Modelle:	Gamma

Bei der Baureihe Kappa handelt es sich um Drei- und Vierzylinder-Benzinmotoren mit zwei obenliegenden Nockenwellen und 4 Ventilen pro Zylinder. Die Motoren werden in Hwaseong (Südkorea) und Irrungattukatoi (Indien) gebaut^[1][2].

Die Kappa-Reihe wird seit 15. Juli 2008 als technisch aufwendigere Ergänzung zur Epsilon-Serie gebaut, erkennbar wird dies etwa am anderthalb Kilo geringeren Gewicht bei größerem Hubraum. Mit 82 kg Trockengewicht sei dies laut Hersteller die leichteste im Segment der Kleinstwagen. Der 2011 dazugekommene Dreizylinder reduziert dies nocheinmal auf 71,4 kg. Die Entwicklung startete 2006 nach Fertigstellung der Gamma-Serie und kostete 421 Millionen Dollar.

Motorblock und Zylinderkopf bestehen aus Aluminium. Alle drei Motoren haben eine einheitliche Bohrung von 71,0 mm, nur der Hub variiert zwischen 84,0 mm (1,0 Liter), 75,6 mm (1,2 Liter) und 78,8 (1,25 Liter), die 1,2 Liter-Fassung ist dabei nur für Indien bestimmt^[3][4].

Den Motor steuern wie in der Gamma-Reihe zwei 16 Bit-Chips bei 32 MHz im ebenfalls von Bosch gelieferten Steuergerät^[5].

Die Nockenwellen werden mit einer wartungsfreien Steuerkette angetrieben, die Nebenaggregate von einem neuentwickelten Zahnriemen, der turnusmäßig alle 160.000 km ausgetauscht werden muss^[3].

Die Ventile werden über Rollenschlepphebel betätigt, die wie eine Wippe agieren. Während eine Seite das Ventil nach unten drückt, liegt an der anderen der sich dabei mittels eingebauter Feder streckende Hydrostößel bündig an (vgl. Ventil geschlossen, Ventil geöffnet)^[3]. Diese Form des Ventilspielausgleichs ist wartungsfrei, selbst eine Inspektion ist im Wartungsplan nicht vorgesehen^[6]. Eine Abnutzung würde sich durch ein Tickgeräusch mitteilen (vgl.).

Kappa

Ein Offset der Kurbelwelle reduziert die Reibung im Zylinder

Die Kappa-Reihe ist zusammengefasst eine kostenreduzierte Gamma-Fassung. Außer der Motorabdeckung wurde dafür in dieser ersten Serie die Nockenwellenverstellung CVVT entfernt. Das Motorspanneisen deckt gleichzeitig die Steuerkette ab und spart somit ein Bauteil, sowie Gewicht – letzteres erreicht auch der Zahnriemen für die Nebenaggregate, indem er ohne mechanische Nachspannautomatik auskommt.

Das charakteristische der Kappa-Reihe ist die mit dem Gamma im Konzern debütierte Offset-Kurbelwelle. Die Kolben werden durch die Drehbewegung der Kurbelwelle ständig an eine Zylinderwand gedrückt. Ein Versatz derer Position lässt sie nun in der Zündphase reibungsärmer nach unten gleiten^[7]. Diese Friktionsreduzierung senkt neben dem Verbrauch auch die Vibrationen. Dasselbe Vorgehen verwendet etwa Toyota im Prius^[8]. Die Kolben wurden zudem mit einer MoS₂-Beschichtung reibungsreduziert, gleichsam wirkt die Chrom-Nitrid-Beschichtung an den Kolbenringen. Letztere debütierte zuvor im Tau V8^[3].

Die eingesetzten M12-'Long Reach'-Zündkerzen schaffen durch ihren längeren, schmalen Schaft einen größeren Raum für die Wasserkühlung am Zylinder. Damit sinkt dessen Temperatur und mit ihr die Klopfneigung des Gemisches. Auch die Ventile konnten dadurch vergrößert werden, was der Luft ein schnelleres Einströmen ermöglicht - bei hohen Drehzahlen ein leistungssteigernder Effekt^[3].

Zwischen den Zylinderwänden wurde ein motorblockintegrierter Leiterrahmen zur Vibrationsreduzierung eingefügt. Die bessere Wärmeleitfähigkeit des Aluminiums führt zudem zur schnelleren Erreichung der Betriebstemperatur und vermindert Friktionen durch ungleichmäßig ausgedehnte Zylinder.

Federn dieser Bauform verringern den Energieaufwand beim Öffnen der Ventile

Detailideen stecken in der trichterförmigen Ventilfeder, welche ihrerseits Gewicht spart und durch ihren weniger starken Federdruck, der Nockenwelle Energie beim Öffnen. Direkt daneben reduziert der Rollenschlepphebel die Friktionen des hydraulischen Ventilspielausgleichs, der wiederum das Ventilspiel dauerhaft auf Null reduziert und damit Tickgeräusche vermeide (vgl. Kappamotor... ...mit ausgeprägtem Ventilgeräusch). Hierfür ist allerdings im Gegensatz zu mechanischen Tassenstößeln verstärkt auf Ölqualität und -stand zu achten. Ist der Hydrostößel etwa durch zu niedrigen Ölstand teilweise mit Luft gefüllt, erfüllt er nicht seine spielausgleichende Wirkung und es kommt zu Tickgeräuschen (vgl.). Die Kombination von Hydrostößeln mit Rollenschlepphebeln ist die reibungsärmste und in der Herstellung teuerste Form der Ventilbetätigung^[9]. Sie ist zugleich die einzige, für die Hyundai/KIA keine Inspektionen mehr vorsieht - sie ist wartungsfrei.

Der Verbrauch beträgt laut Hersteller 5,2 Liter, die bei sparsamer Fahrweise auch erreicht werden^[10], der mittlere Realverbrauch liegt bei 6,3 l/100 km^[11]. Bei 20 Prozent Mehrleistung verbraucht er damit gleichviel wie ein 1,1 L-Epsilon-Motor^[12].

Kappa 2

Zwischen Oktober 2010 und Jahresende ergänzte der Hersteller einen Dreizylindermotor und stattete die Reihe mit variablen Ventilsteuerungen aus. Damit begann die Kappa 2-Serie. Nach dem Debüt der 1,2L-Fassung für Indien folgte die Premiere der weiteren Motoren in Paris. Deren Marktstart begann mit dem Jahr 2011, in dessen Verlauf sie auch Europa erreichten^[13].

Erhält als einziges Modell ausschließlich Kappa-Motoren: der KIA Picanto.

Für den 1,2L-Motor wurde die einfachste Ventilsteuerung des Herstellers unter neuem Namen eingesetzt. Das VTVT-System (sonst CVVT) variiert namensgemäß den Öffnungszeitpunkt der Einlaßnockenwelle. Der „Variable Timing Valve Train“ hat damit Einfluss auf die Überschneidung der Ventilöffnung zwischen Einlass- und Auslassseite, nicht aber auf den Ventilhub und damit die Öffnungsdauer^[14][15]. Er ist daher vergleichbar mit der BMW Einzel-Vanos-Technologie. Neben einem besseren Drehmoment im unteren Drehzahlbereich, reduziert sie vor allem die Stickoxidwerte, indem die abgasrückführende Wirkung einer großen Überschneidung genutzt wird – hierbei wird bereits ausgestoßenes Abgas wieder zurück in den Brennraum gesaugt. Aufgrund ihrer Serienmäßigkeit wird die VTVT nicht immer aufgeführt, anhand der Motorserie aber erkennbar. Diese findet im Zielmarkt Indien dazu prominente Erwähnung^[16].

Der 1,25L-Motor erhielt eine D-CVVT (Dual-Continuously Variable Valve Timing) benannte Nockenwellenverstellung auf Einlaß- wie Auslassseite^[17]. Sie stärkt ihn von 77 auf 85 PS, und unterscheidet sich nur durch die zusätzliche Variierung der Auslassseite von der VTVT des 1,2L.

Der 1,0L-Dreizylinder kam mit dieser Serie neu hinzu und leistet 69 PS. Er ist der technisch aufwändigste der Serie. Neben der D-CVVT verfügt dieser Motor über einen variablen Ansaugtrakt (Variable Induction System). Dieser berücksichtigt das Pulsieren der Luft im Saugrohr, welches durch das Öffnen und Schließen der Ventile entsteht. Finden diese Unter- und Überdruckimpulse einen ihrem Rhythmus angepassten Weg in den Motorraum, entsteht ein leichter Resonanzaufladungs-Effekt, ähnlich einem Turbolader^[18]. Zu dessen Erreichung öffnet sich bei niedrigen und hohen Drehzahlen ein hierfür geeigneter, kurzer Luftweg. Bei mittleren Drehzahlen (1500 bis 5000) wird vermittels einer Klappe die längere Luftführung verwendet, was in gleichbleibend hohem Drehmoment resultiert. Für diesen Motor wurde auch die Mitte 2009 debütierte Stopp-Start-Automatik Idle Stop & Go adaptiert. Entwicklungspartner beim ISG war Bosch, deren Steuergeräte bereits in mehreren Motorreihen von Hyundai/KIA arbeiten. Zur Verbrauchsminderung im Betrieb wurde die Reibung der Bauteile weiter reduziert. Die Kontaktflächen der durch den Nocken bedienten Ventilwippen erhielten hierzu eine diamantähnliche Kohlenstoffschicht, die Kolben- und Kolbenring-Beschichtungen blieben dieselben wie bei allen Kappa-Motoren (siehe hier)^[19]. Die Gesamtheit dieser Maßhnahmen stärkt den Motor jedoch kaum über das Niveau seines Vorgängers Epsilon iRDE 2 – reduziert die CO₂-Emission aber auf 99 g/km im Normtestzyklus^[20]. Realverbrauchswerte stehen noch aus.

Eine Turbovariante des 1,0L-Motors debütierte mit 110 PS und 137 Nm von 1500-4500 Touren auf der Seoul Motor Show 2011. Ihr Marktstart in Klein- und Kleinstwagen ist für Juni 2012 vorgesehen^[21]. Verbrauchsangaben stehen noch aus.

Eine direkteinspritzende Turbo-Variante des 1,2L-Motors ist für Anfang 2012 im KIA Rio der dritten Generation eingeplant. Bei 130 PS und 190 Nm soll sie 111 g/km CO₂ emittieren^[22]. Dies entspräche 4,5 bis 5 Liter Benzin auf 100km.

Kappa 2 BiFuel und FFV

Der 1,0L-Motor debütierte zeitgleich zur Benzin-Fassung auch in einer Autogas-(„BiFuel“, „LPG“) und Ethanol-(„FFV“)-Variante.

Die Autogas-Version wird als Dieselalternative auch in Europa angeboten werden. Neben einem 35-Liter-Autogastank enthalten diese Fahrzeuge einen 10-Liter-Benzintank zur Durchfahrung von Gegenden ohne Autogastankstellen. Da Kleinstwagen jedoch meist in Wohnortnähe fahren, ist die Autogas-Verfügbarkeit auf unbekannten Langstrecken von geringer Bedeutung. Änderungen im Motor dürften eine erhöhte Kompression (etwa 12:1 anstelle 10,5:1) und eine daraus folgende Überarbeitung der Kolben und Ventile umfassen. Eine höhere Verdichtung nutzt mehr Kraftstoffenergie (hier etwa 8%) und wird durch die Autogasklopffestigkeit auch ermöglicht. Dessen Energiedichte liegt jedoch 25% unter der von Benzin, sodaß ein Mehrverbrauch bleibt. Im Normtestzyklus des Kia Picanto sind es sogar 38%.

Die FlexiFuelVehicle-Version ist auf die Verwendung von 85% Ethanol im Benzin ausgelegt und wird in Brasilien und Paraguay angeboten^[19][23]. Für den 10-prozentigen Ethanolanteil im europäischen E10-Sprit ist jeder Benzinmotor Hyundai/KIAs seit 1992 geeignet^[24].

Daten

Serie	Motorcode	Hubraum (cm³)	Hub × Bohrung (mm)	Leistung bei (1/min)	Drehmoment bei (1/min)	Zylinder	Verdichtung	Aufladung	Einspritzung
Kappa 1	- ? -	1197	75,6 × 71,0	75 bei 5200	112 bei 4000	4	10,5	-	MFI
Kappa	G4LA	1248	78,8 × 71,0	77/782 bei 6000	116/1192 bei 4000	4	10,5	-	MFI
Kappa 2	G3LA	998	84,0 × 71,0	69 bei 6200	95 bei 3500	3	10,5	VIS (2 Wege)	MFI
Kappa 2 BiFuel3	- ? -	998	84,0 × 71,0	82 bei 6400	94 bei 3400	3	- ? -	VIS (2 Wege)	MFI
Kappa 2 FFV4	- ? -	998	84,0 × 71,0	80 bei 6200	100 bei 4500	3	- ? -	VIS (2 Wege)	MFI
Kappa 2	- ? -	1197	75,6 × 71,0	80 bei 6000	112 bei 4000	4	10,5	-	MFI
Kappa 2	G4LA	1248	78,8 × 71,0	85 bei 6000	120 bei 4000	4	10,5	-	MFI

^[25]

¹ Nur für den indischen Markt

² Außerhalb Europas / innereuropäischer Wert

³ BiFuel: mit Benzin und Autogas fahrbar, siehe hier

⁴ FFV: mit Benzin und E85 fahrbar, siehe hier

Einsatz

Der 1,20 L-Motor ersetzt in Indien den 1,25 L, daher sind in Hyundai-Modellen beide zu finden. KIA hat keine indische Niederlassung.

Hyundai i10

• i10 PA
  • G3LA (69 PS): 2011-heute (weltweit nur in der Schweiz, Großbritannien, Italien sowie Ungarn)
  • 1,20L (75 PS): 2008-2010 (Indien)
  • 1,20L (80 PS): 2010-heute (Indien)
  • G4LA (77/78 PS): 2008-2011 (Europa)
  • G4LA (85 PS): 2011-heute (Europa)

Hyundai i20

• i20 PB
  • G4LA (77/78 PS): 2008-heute (Europa)
  • 1,20L (80 PS): 2010-heute (Indien)

KIA Picanto

• Picanto TA
  • G3LA, G4LA: 2011-heute
  • Kappa 2 BiFuel und FFV: ab Herbst 2011

KIA Rio

• Rio UB
  • G4LA: 2011-heute (Europa)

Einzelnachweise

1. ↑ Motorenbau in Chennai
2. ↑ Motorenbau in Hwaseong
3. ↑ ^{a b c d e} Zusammenfassung des Kappa
4. ↑ Kiaro 1/2011, Seite 16: Gewicht des Kappa 2 1.0
5. ↑ Kappa Motorsteuerung
6. ↑ Hyundai i20 Bedienungsanleitung S. 268
7. ↑ Erklärung der Offset-Kurbelwelle
8. ↑ Anwendung der Offset-Kurbelwelle im Toyota Prius
9. ↑ Arten des Ventilspielausgleichs mit ihren Vorteilen
10. ↑ Realverbrauch unter Herstellerangabe
11. ↑ Realverbrauch 1,25L Kappa im Hyundai i20
12. ↑ Realverbrauch 1,1L Epsilon im Hyundai i10
13. ↑ Premierenfolge der Kappa 2-Serie
14. ↑ Kappa 2 1,20 VTVT
15. ↑ Erläuterung der ähnlichen Hyundai-CVVT-Technologie inklusive Bildmaterial
16. ↑ Erwähnung der Motorserie im Modellnamen
17. ↑ Kappa 2 1,25 D-CVVT
18. ↑ Ladungswechsel#Viertakt-Hubkolbenmotor
19. ↑ ^{a b} Kappa 2 1.0 Details
20. ↑ Kappa 2 1.0 Verbrauch im Normtestzyklus
21. ↑ Kappa 2 1.0 Turbo
22. ↑ Kappa 2 1.2 Turbo GDI
23. ↑ Kappa 2 FFV Verkaufsgebiet
24. ↑ E10-Verträglichkeit Hyundai/KIA
25. ↑ Motorcode

•   

Hyundai / KIA Motorenserien

Benzin   R3: Kappa  |  R4: Alpha • Beta • Gamma • Theta • Epsilon • Kappa • Ny  |  V6: Delta • Lambda • My •

V8: Tau

Diesel   R3: D  •  U  |  R4: A  •  D  •  J  •  R  •  U  |  V6: S