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Der Motor des 458 Italia ist ein 90-Grad-V8-Motor mit Trockensumpfschmierung und einem Hubraum von 4499 cm3, der im Heck in zentraler Längsposition eingebaut ist. Seine Architektur mit vollkommen neuem Konzept wurde mit dem Ziel entwickelt, Drehzahlen von bis zu 9000 U/Min. zu erzielen. Derartige Drehzahlen waren bei einem Straßensportwagen bisher unbekannt. Weitere Merkmale sind ein Verdichtungsverhältnis von 12,5:1 und eine Höchstleistung von 570 PS, was eine spezifische Leistung von 127 PS/l bringt. Auch dieser Wert ist bei einem Straßensportwagen mit Saugmotor unerreicht. Die hervorragenden Antriebsmomentwerte spiegeln sich in einem breiten nutzbaren Bereich und einem spontanen Ansprechverhalten des Wagens in allen Drehzahlbereichen wider, mit einem Drehmoment von 540 Nm bei 6000 U/Min. (das spezifische Drehmoment beträgt 120 Nm/l - ein weiterer Rekord), das bereits bei 3250 Umdrehungen zu 80 % verfügbar ist.

Die koordinierte Entwurfsplanung der einzelnen Komponenten und die Anwendung von aus dem Rennsport und insbesondere der Formel 1 abgeleiteten Innovationen diente vor allem dazu, die im Bereich flussdynamische Effizienz gesteckten Ziele zu erreichen, die natürlich eine positive Auswirkung auf Leistung und Verbrauch haben. Dies alles geschieht selbstverständlich unter Einhaltung der strengsten Abgasnormen.

Die Verdichtungshöhe der Kolben wurde so reduziert, wie es sonst bei den Rennmotoren der Fall ist. Somit wurde auch die Dichtringstärke entsprechend gemindert. Durch diesen Eingriff werden die durch die Reibung zwischen Kolben und Zylinderlaufbuchse erzeugten Verluste auf ein Minimum beschränkt. Aus dem gleichen Grund wurde der Kolbenschaft mit Graphit beschichtet. Die Druckpumpe weist eine variable geometrische Struktur auf, dank der die erforderliche Leistungsaufnahme in hohen Drehzahlbereichen reduziert wird. Die Verringerung des Pumpenhubraums ist also der ausschlaggebende Punkt für die Steigerung der an der Welle verfügbaren Leistung bei gleichem Kraftstoffverbrauch. Ganz im Sinne der Tradition der Ferrari Motoren verfügt auch der neue V8 über eine variable Ventilsteuerung am Ein- und Auslass.
Dank seiner dünneren Wände ist der Ansaugkrümmer aus Aluminium jetzt noch leichter und es wurde außerdem ein System zur Variation seiner Geometrie angewandt, um den volumetrischen Wirkungsgrad bei Variation der Motordrehzahl zu optimieren.

Trotz Erhöhung von Hubraum und Leistung ermöglichte die Verringerung der internen Reibungen zwischen den verschiedenen Komponenten eine bedeutende Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs. Das Kurbelgehäuse besteht aus vier, von den vorderen und hinteren Ölrücklaufkammern isolierten Gewölben, die in zwei Einheiten mit jeweils vier Zylindern zusammengeschlossen sind, um so die Ausnutzung der Auszugskraft des Schmiermittels zu optimieren und einen hohen Unterdruckwert (circa 800 mbar) zu erreichen. Der Kurbeltrieb kann durch diese Maßnahme in einer verdünnten Atmosphäre arbeiten, woraus sich eine Minderung der Reibungen ergibt, die durch die Wellenrotation und die Pumpverluste durch die Kolbenbewegung entstehen. Die Benzindirekteinspritzung (GDI) in Verbindung mit dem Split Injection System ermöglicht darüber hinaus eine verbesserte Verbrennungsleistung, steigert damit die Werte des Antriebsmoments im niedrigen Drehzahlbereich (bis um + 5 %) und garantiert dem Motor auch bei niedrigen Lasten eine flüssige Abgabe. Ein hoher Einspritzdruck (200 bar) gewährleistet eine angemessene Benzinzerstäubung sowie eine optimale Gemischaufbereitung und Verbrennung bis zu einer Drehzahl von 9000 U/Min. Auch diese Eigenschaften drücken sich erneut in einer Steigerung der Leistungen und einer Minderung des Kraftstoffverbrauchs aus.

Zur Optimierung der Systemleistung und des Fahrvergnügens wurde die Abgasanlage mit einer Schalldämpfereinheit entwickelt, die zwei Ziele verfolgt: Den typischen Sound der Ferrari 8-Zylindermotoren zu gewährleisten und gleichzeitig einen optimalen Lärmkomfort zu sichern.
Auch in diesem Bereich wurde besonderes Augenmerk auf die Gewichtseinsparung gelegt. Durch die Befestigung des Katalysators im mittleren Auspuffrohr mit einem flexiblen Element, das die Vibrationen mindert, konnten letztendlich die Wandstärken dünner gefertigt werden. Darüber hinaus wurde der Vorkatalysator beseitigt, was sich nicht nur positiv auf das Gewicht auswirkt, sondern auch das Gegendruckniveau mindert. Natürlich werden trotz dieser Maßnahmen die Abgasgrenzwerte eingehalten, die von den Normen Euro 5 und Lev2 vorgeschrieben werden. Der volle Motorsound wird sowohl im Fahrzeuginnenraum als auch von draußen klar und kraftvoll wahrgenommen.

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