Zweizylinder Reihenmotor

Ein Zweizylinderreihenmotor ist nicht automatisch ein Paralelltwin

Früher wusste jedes Windgesicht, dass die Engländer Paralleltwins bauen und ließen damit so wenig bedeutende Moppeds wie eine Goldstar, Manx, Vincent oder Victor einfach außen vor. Früher war eben doch nicht alles besser, auch nicht die Stammtischgespräche.

Eigentlich ist der Begriff “Reihen-” ausreichend, um den Motor klar vom Boxer- oder V-Layout zu unterscheiden. Reihenmotoren mit mehr Zylindern werden ja auch nicht Paralleltriple oder ähnlich genannt.
Ein Reihenmotor hat mehrere Zylinder, die in Reihe nebeneinander stehen und ein Zweizylinder Reihenmotor hat eben zwei. Welchen Versatz die Kurbelwelle hat ist davon unberührt. Der Kurbelwellenversatz ist jedoch wichtig um den Motor zu charakterisieren. Beim Zweizylinder Viertakter gibt es grob drei verschiedene Arten, die Kurbelwelle zu bauen: mit 360° Versatz, 180° oder 270°.

2 Zylinder Reihenmotor – Quelle: Wikimedia Commons

Mehr Power

Wenn ein Motor mehr PS bekommen soll gibt es zwei Kardinalwege: mehr Drehzahl und mehr Hubraum. Man kann bei einem 250er Einzylinder den Hubraum verdoppeln und hat einen 500er Single. Weil der jedoch größere Bauteile hat wird die maximal mögliche Drehzahl kleiner, man bekommt also nicht die doppelte Leistung.
Baut man einfach zwei 250er zusammen, dann bleiben die Bauteile gleich groß, die mögliche Drehzahl in etwa auch, aber der Hubraum hat sich verdoppelt, demnach ist es leichter, auch die Leistung zu verdoppeln.
Das ist jetzt sehr vereinfacht gedacht, aber dadurch nicht grundlegend falsch und für diese kleine Gedankenreise reicht das aus.

Vibrationen

Oben auf dem Bild kann man ganz links gut erkennen, warum ein Motor eigentlich die ganze Zeit über hüpfen würde, wenn er nicht angebunden wäre. Jedes mal wenn der Kolben ganz oben ist, wird seine Bewegung sehr abrupt gebremst.
Wer sich nicht vorstellen kann, dass dadurch eine Aufwärtskraft erzeugt wird kann es gerne zu Hause nachbauen. Einfach auf die Waage stellen und dann mit aller Kraft und so schnell es geht die Arme nach oben stoßen. In dem Moment wo Eure Arme ganz oben sind, zeigt die Waage weniger an.

Das ganze funktioniert auch anders herum, wenn der Kolben ganz unten ist dann will der Motor kräftig in den Boden stampfen. Wer mal auf seiner Waage gehüpft ist wird festgestellt haben, dass diese dann mehr Gewicht anzeigt, als wenn man nur ruhig steht.

Ein Motor stampf stärker als er hüpft, denn wenn gezündet wird kommt der Kolben mit der Kraft der Explosion nach unten. Der so erzeugte Schwung muss auch dazu genutzt werden, den Kolben wieder nach oben zu bringen. Bei einem Viertakt Motor muss der einmal erzeugte Schwung sogar ausreichen , um den Kolben zweimal wieder nach oben zu beschleunigen.
Ein Zylinder vibriert also in der Reihenfolge: Feste stampfen, ein bisschen hüpfen, ein bisschen stampfen, ein bisschen hüpfen.

Der Paralleltwin

Im Paralleltwin laufen die Kolben gleichzeitig hoch und runter. Man nennt das einen Kurbelversatz von 360°, deshalb steht eine 360 unter dem Bild. Manche nennen diese Motoren auch „Gleichläufer“. Dadurch erreicht man eine optimale Verteilung der kräftigen Stampfer, wenn der linke Kolben gerade von der Zündung beschleunigt nach unten kommt befindet sich der rechte gerade im Ansaugtakt, stampft also nur ein bisschen. In Summe ist die Kraft mit der der Motor stampft jedoch immer gleich. Der Stampfrythmus eines Zylinders ist : feste, leicht. feste, leicht und vom Paralleltwin demnach: mittel, mittel, mittel, mittel.

Triumph hat in die Speedtwin von 1938 einen solchen Motor eingebaut und das Mopped war ein riesiger Erfolg. Und wie das dann so ist, wenn etwas erfolgreich ist, dann wird es auch kopiert, viele der anderen englischen Hersteller zogen rasch nach und bauten auch Reihenmotoren mit 360° Kurbelwellenversatz.

Der Gegenläufer

Die logische Alternative zum obigen Modell ist eine um 180° versetzte Kurbelwelle. Bei einem solchen Motor stampft der eine Zylinder während der andere hüpft. Man ist leicht geneigt zu glauben, dass so ein Motor gar nicht mehr vibriert, weil die Kräfte sich gegenseitig aufheben. Stimmt jedoch nicht ganz, denn ein Viertakt-Zylinder stampft, wie oben ausgeführt, einmal feste und einmal leicht. Bei diesem Motor ist der Stampfrythums beider Zylinder zusammen: feste, feste, leicht, leicht, also nicht ganz gleichmäßig. Das „Feste“ des Gegenläufers ist jedoch leichter als das „Mittel“ des Paralleltwins. 

Erschwerend kommt hinzu, dass an der Kurbelwelle gewackelt wird. Stellt es Euch wie eine Wippe vor, bei der auf beiden Seiten jemand steht und beide abwechselnd hüpfen.

Ein Gegenläufer stampft und hüpft nicht nur, der wackelt auch noch.

Die japanischen Hersteller haben vornehmlich auf den 180 Grad Motor gesetzt (die XS 650 fällt mir hier spontan als Ausnahmen mit Paralleltwin ein) und konnten damit hohe Drehzahlen erzielen. Als 1965 die Honda CB 450 Black Bomber [Wikipedia englisch] auf dem Heimatmarkt von Triumph auftauchte, hatte sie 43 PS bei 8.500 U/Min aus 444 ccm. Triumph hatte aus der Speed Twin inzwischen die 650 ccm Bonneville gemacht und holte 46 PS bei 6.500 Umdrehungen aus dem Motor. Honda setzte auf Drehzahl, Triumph auf Hubraum und beide kamen auf fast die gleiche Leistung.

Die Namensweisheit

Die Bezeichnung Parallel-Twin kommt aus dem englischen Sprachraum. Im UK wurde dieses Motorenkonzept beinahe als so eine Art nationales Heiligtum betrachtet. Und weil man damals auch schon die alte Stammtischweisheit: alt=gut und neu=doof kannte, wollte man die guten alten englischen Motoren nicht mit diesem neumodischen Reiskocher-Schnickschnack in einem Topf sehen. Daher hatten nur Engländer einen Paralleltiwn. Ich habe diese Benennung einfach übernommen, um beide Varianten des Reihenmotors auch unterschiedlich zu benennen. Stammtischexperten werden nur einen Gleichläufer einen Paralleltwin nennen und Euch belehren, wenn Ihr einen Gegenläufer so bezeichnet. Natürlich könntet Ihr kontern, da die Zylinderachsen bei Gleich- und auch Gegenläufer parallel sind.

Der krumme Hund

Mit dem Untergang der englischen Moppedindustrie wirkte es so, als sei der 180 Grad Motor die beste und einzige moderne Lösung. Wieso haben dann fast alle neuen großen Zweizylinder-Reihenmotoren 270° Kurbelwellenversatz und wie kam es überhaupt dazu?

Es waren wieder die Japaner, in diesem Fall Yamaha, die das Motorformat erfolgreich eingeführt haben (zumindest wenn mich mein Gedächtnis nicht täuscht). In den 90ern gab es hierzulande beinahe nur japanische Moppeds und Exoten zu kaufen. Einer dieser Exoten war Ducati, da hatten alle Moppeds einen 90° V2 Motor und dieses Motorenkonzept erzeugt nicht nur in meinen Ohren den schönsten Klang.

Der Sound

Der Sound eines Motors ist von vielen Faktoren abhängig, einer davon ist der Zündabstand. Damit sind die Kurbelwellengrad zwischen zwei Zündungen gemeint. Bei den obigen Motoren sind das 360° und 180°. Wegen diesem Zündabstand steht auch die 360 unter dem Paralleltwin und nicht 0. Bei einem 90° V2 ist dieser Abstand 90°. Wenn nun bei einem Zweizylinder Reihenmotor die Kolben nicht mehr um 180° versetzt werden, sondern um 90°, dann hat man den gleichen Zündabstand wie ein 90° V2 und somit auch die gleiche Soundcharakteristik. Ganz egal ob man die Kurbelwelle um 90° vor oder zurück (also 270° vor) dreht, der Zündabstand ist immer 90°, 630°, 90°, 630°, usw. Da sich die Kurbelwelle ständig dreht ist es vollkommen egal, ob es erst 630° oder erst 90° sind. Warum man sich bei Bau und Benennung für 270° entschieden hat verschließt sich mir, da können vielleicht die Ingenieure oder Marketingexperten was in die Kommentare schreiben.

Trixie

Als Yamaha 1996 die TRX [Wikipedia englisch] auf den japanischen Markt warf, wurde dieser 270° Motor mit dem Argument, klingt wie ein V2 verkauft. Ab 1997 argumentierte man dann auch hierzulande so. Es war ein echter japanischer Ansatz. Einen V2 zu bauen, der sich wie ein V2 anhört, dass kann ja jeder, aber einem Reihenmotor einen V2-Klang zu verpasssen, das war trickreich. Nur böse Zungen würden sagen, dass man sich die Entwicklung eines eigenen V2 sparen wollte, denn der Trick mit der Kurbelwelle ist einfach zu gut.
Die Yamahas nennen dieses Layout inzwischen Crossplane oder kurz CP2. Mittlerweile ist dieser Krumme Hund überall zu finden. Selbst alle aktuellen Triumph mit Zweizylinder Reihenmotor haben 270° (bei der Vorgänger-Generation gab es 360° und 270°), die neue BMW 750 und 850 auch. Auf der EICMA hat die Projektmanagerin für die die BMW 850 GS gesagt, die neue 270° Kurbelwelle sei “emotionaler” [Video, englisch]. Der Vorgänger hatte noch emotionsarme 360°.

Nur wegen dem Sound?

Der 90° Versatz der Kurbelwelle sorgt dafür, dass sich zu keinem Zeitpunkt beide Kolben an einem Totpunkt befinden. Totpunkte sind die Positionen ganz oben und ganz unten. Daher ist es schwierig für dieses Konzept einen Stampfrythmus wie für die anderen beiden Motoren zu finden. Am besten passt noch: fe-feste , lei-eicht, lei-eicht, lei-eicht.

Im Vergleich zu den anderen beiden Layouts klingt das erstmal unsinnig. Das liegt jedoch zu ganz großen Teilen an den vielen Vereinfachungen, die ich bisher vorgenommen habe. In einem Motor spielen noch viel mehr Kräfte und Momente eine Rolle, als nur die vom Hoch und Runter des Kolbens. Manche Vibration kann man mit Ausgleichswellen in den Griff bekommen, andere werden durch eine bessere Materialauswahl vernachlässigbar oder noch anderes Know-How. Wenn der 270° nur einen guten Sound hätte, aber dafür viele Nachteile, wäre er schon längst vom Markt verschwunden. Wer sich mehr dafür interessiert kann die Begriffe Big Bang Motor oder Gummihysterese (extra für dich Clemens) googlen. 

Der Winkel des Superherzogs

Der Superduke von KTM wird von vielen Tests ein hervorragender Motor attestiert. Mit seinem Zylinderwinkel von 75° hat er auch einen eigenen, anderen Klang als die ganzen 90° V-Twins. Die kleine Schwester, die 790er kommt mit einem Reihenmotor. Sie wird gerade erst vorgestellt und ich habe nichts zum Hubzapfenversatz gelesen, jedoch fiel öfter das Wort “Paralleltwin”.
Ich frage mich, hat KTM einen 75° Kurbelwellenverstz getestet, damit sich beide Modelle ähnlicher anhören? Falls wer was weiß oder wen kennt, der was weiß, würde ich mich über einen erhellenden Kommentar freuen.