Was ist das für ein Motor?

Bei Pinterest bin ich über das folgende Bild gestolpert:

Die Bildunterschirft lautet:

1978- Maico Experimental 4-Stroke Motor

Mein Google-Fu hat versagt, ich habe zu dem Motor nichts Weiteres gefunden.

  • Wenn das wirklich ein 4-Takter ist, was macht dann der Vergaser da unten?
  • Wenn das ein Zweitakter ist, was steuert dann der Zahnriemen?
  • Ist das ein 5-Takter?
  • Ist das wirklich von Maico?

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Der coole Quatsch mit den ovalen Kolben

Es gab eine Zeit, da wurde in der Motorradweltmeisterschaft nur der maximale Hubraum reglementiert. In den 1970er wurden neben dem Hubraum auch die Anzahl an Zylindern (1 bis 4, je nach Klasse) und Gänge (6 in allen Klassen) limitiert. Ende des Jahrzehnts haben die 4-Zylinder 2-Takter die 500er Klasse dominiert.

Mehr Power!

Im Rennsport ist Spitzenleistung extrem wichtig. Diese wird im Verbrennungsmotor erzeugt, indem ein Benzin-Luft-Gemisch gezündet wird. Je mehr Gemisch, desto mehr Leistung, um es vereinfacht auszudrücken. Um mehr Gemisch verbrennen zu können, kann man:

  • den Hubraum vergrößern (verboten),
  • mit einem Turbo mehr Gemisch in den Brennraum pusten (auch verboten)
  • öfter pro Zeiteinheit zünden (erlaubt)
  • viele andere Dinge, auf die ich hier nicht näher eingehe

Öfter zünden heißt: mehr Drehzahl. Der 2-Takter hat dabei den Vorteil, dass bei jeder einzelnen Umdrehung gezündet wird, beim 4-Takter nur bei jeder zweiten Umdrehung. Klar, dass alle auf den Zweitakter setzen, wenn sie Rennen gewinnen wollen.

Zwischen den Regeln ist eine Lücke

Regellücken auszunutzen ist immer wieder eine erfolgreiche Methoden gewesen, um Siege einzufahren. Eine solche Regellücke wollte Honda gleich doppelt nutzen, zum Ersten um Rennen zu gewinnen (normal) und zum Zweiten, um mit einem 4-Takter die 2-Takter zu besiegen (bekloppt).
Die Regellücke, die Honda gefunden hatte, war die nicht vorgeschriebene Kolbenform.
Honda hatte Erfahrung mit Motoren, die winzige Einzelhubräume zu vielzylindrigen Drehzahlmonstern zusammen fasste. Die RC166 hatte 6 Zylinder für 250 ccm.
Da 500er V8 Motoren inzwischen verboten waren, hat man bei Honda einfach aus zwei Zylindern einen gemacht, indem man sie so eng zusammenschob, dass aus zwei runden Kolben ein ovaler wurde. Dieser ovale Kolben hatte zwei Pleuel und der Brennraum 2 x 4 Ventile. Honda ging All-in und packte so viel Geld und Ingenieure in das Projekt NR 500, wie es nur mit Leidenschaft, aber nicht mit Vernunft zu erklären ist.

Zwei ist besser als Vier

Die erste Generation des NR 500 Motors von 1979 leistete 100 PS bei 16.000 U/min, 1980 waren es 130 PS bei 19.000 Umdrehungen und 1981 wurde sogar bis 22.000 gedreht, leider konnte ich keine PS-Angabe finden.
Anfangs war der Motor sogar leichter als die 2-Takter der Konkurrenz! Der Motor wurde über die Jahre jedoch immer schwerer, um die benötigte Haltbarkeit zu erzielen. Trotzdem wurden pro Wochenende mehrere Motoren gebraucht. Heute dürfen in der MotoGP nur sieben Motoren für die ganze Saison benutzt werden.
Hölle, wenn das kein Fortschritt ist.
Trotz all dem Aufwand wurde der Motor nie konkurrenzfähig und Honda hat dann doch Zweitakter gebaut und damit Rennen und Weltmeisterschaften gewonnen.
Einschub:
Heute wird in der MotoGP mit 4-Taktern gefahren. Um in der Übergangszeit dem 4-Takter einen Chance gegen doppelt so oft zündenden 2-Takter zu geben, durfte er doppelt so viel Hubraum bei gleicher Zylinderanzahl haben.
/ Einschub

Technik die völlig Bananas ist

Ich bin kein Ingenieur und habe wahrscheinlich daher nicht verstanden, warum Honda einen Pseudo-V8 gebaut hat, statt eines ultrakurzhubigen Vierlings. Der Ovalkolben hatte die ungefähren Abmessungen 80 x 30 mm. Die große Kolbenfläche entspricht in etwa der eines runden mit 66,5 mm Durchmesser. Ob ein solcher Rundkolben-Motor vorher durchgerechnet wurde oder ob Honda zu sehr in die Ovalkolben-Idee verliebt war, weiß ich nicht. Mir würde es gefallen, wenn Honda sofort auf die verrückte Idee gesetzt hätte. Natürlich bietet ein ovaler Kolben auch Vorteile, die acht Ventile lassen sich leichter unterbringen und steuern, fällt mir beispielsweise ein.

Zahlen-Karate

Ich versuche mal in einen technischen Kontext zu erstellen, damit die Verrücktheit ein bisschen fassbarer wird.
Die OW35K, Yamahas 500er 2-Takter von 1977, hatte 56 mm Bohrung und 50,6 mm Hub. Die 1973er Honda CB500 Four oder die RG500 von 1985, beides Moppeds für die Straße, haben die gleichen Abmessungen für Bohrung und Hub. Das Verhältnis Bohrung zu Hub ist dort 0,90, in der NR 750 waren es 0,54 (ich habe mit den 66,5 mm von oben gerechnet). Klingt vielleicht nach wenig, ist jedoch hammermäßig viel in Techniker-Kreisen.
Yamahas 500er Motoren drehten 1973 bis zu 10.000 U/min und leisteten 80 PS. Als 1996 die Ära der 2-Takter endete, drehte der Motor bis 12.000 U/min und lieferte 180 PS ab.
Während im Jahr 79 noch 16.000 U/min für 200 PS Literleistung im NR 500 Rennmotor benötigt wurden, reichen der aktuellen ZX-10R 10.000 Dreher für 200 PS bei einem Liter Hubraum, jedoch in einem Straßenmotor. Hölle, wenn das mal kein Fortschritt ist.

Kurzhuber

Die 36 mm Kolbenweg der NR 500 klingen ziemlich kurz, sind es aber eigentlich gar nicht, wenn man den Motor als V8 versteht oder als zwei 250er Reihenvierer.
Die 250er Vierzylinder der Suzuki Bandit (1990) hatten 33 mm Hub und 49 mm Bohrung (45 PS bei 14.500 U/min), Hondas 88er CBR 250R (40 PS, 14.500 U/Min) hubt 33,8 mm und die 86er FZR 250 (45 PS 14.500 U/Min) war mit 34,5 mm die Langhubigste, die ich finden konnte. Das sind alles Serienmotoren für die Straße und sie kamen nur wenige Jahre nach der NR 500. Hölle, wenn das kein Fortschritt ist.

Ovales für die Straße

Nachdem Honda mit der NR 500 nichts in der Weltmeisterschaft reißen konnte, haben sie es 1987 mit einer NR 750 beim 24h Rennen in Le Mans versucht. Da die meisten Fahrer im Team Journalisten waren, ging es HRC dabei wohl nicht um den Gesamtsieg. 155 PS bei 15.000 U/min und 158 kg mit Licht, waren die damaligen Eckdaten. Die Vorfreude auf das erwartete Straßenmodell war groß. Zu der Zeit war die GSX-R 750 mit 100 PS das Maß aller Straßen-Dinge.
Die NR 750 für die Straße kam jedoch erst 1992 und bot mit 125 PS und trockenen 223 kg nicht die Über-Supersport-Werte, auf die alle gehofft haben, aber die Kolben waren oval. Das Modell war auf 700 Stück limitiert und sackratten teuer. Die meisten, die das Geld hatten, diese technische Verrücktheit zu kaufen, werden sie wohl in Museen und Sammlungen versteckt haben.
Ich möchte die technischen Daten der NR aber dennoch in den zeitlichen Kontext setzen. Hondas Basis Superbike des Jahres 1990 war die unvergessene RC 30, ein 750er V4 mit 102 PS und 216 kg Trockengewicht. Jedoch stand eine GSX-R 1.100 zu der Zeit mit 143 PS und 210 kg trocken in den Prospekten und war unlimitiert und deutlich billiger als die Ovale.

Was bleibt

Das große Problem bei einem nicht runden Kolben, ist die Abdichtung zwischen Kolben und Zylinderwand. Das Problem hat Honda gelöst. Vielleicht bietet ein ovaler Kolben im reglementierten Rennsport wirklich Vorteile gegenüber einem gleich großen runden. Auf der Straße gibt es jedoch keine Obergrenze für die Zylinderanzahl, da hätte es also ein V8 sein können, aber das wäre ja trivial.

P.S.
Die technischen Angaben, besonders die der Rennsportmodelle, habe ich aus vielen verschiedenen Quellen zusammengesucht, was natürlich nicht bedeutet, dass sie deshalb korrekt sind.

P.P.S.
Ich hatte mal das Glück, eine NR 750 in freier Wildbahn auf der Straße zu treffen.

P.P.S.
Nach dem ganzen Text sehe ich jedenfalls ein neues #Traummopped vor meinem geistigen Auge.

Der Verbrennungsmotor der Zukunft

Hierzulande

In Deutschland wird darüber diskutiert, warum Elektro-Autos doof sind. Das beliebteste Argument dabei ist, dass die nicht für die wöchentliche Non-Stop-Fahrt mit 8 Personen und Pferdeanhänger bis hinter den Ural taugen.

Dem halten die Elektrofreunde, oder sagen wir besser Elektrohypokriten, denn die wenigsten werden wirklich demnächst elektrisch fahren, Schummeldiesel und Tierversuche an Studenten entgegen. Ich warte noch auf Clemens’ Stimme der Vernunft. [Google+, weil Facebook doof ist und Clemens so ein vernünftiges Titelbild hat.]

Dortzulande

Anderswo werden derweil neue Verbrennungsmotoren entwickelt.

Bei Infiniti (das ist amerikanisch für Luxus-Nissan) kommt ein Motor mit variabler Verdichtung. [Video englisch]

Ein anderer Japaner kündigt einen Raumzündmotor an.

Und der Duke Axialmotor [Video englisch] fristet in Neuseeland weiterhin ein Schattendasein als Uni-Projekt.

Der Verbrennungsmotor scheint noch nicht am Ende, aber irgendwie scheint es in Europa nicht viel Neues zu geben.

Bei Moppeds sowieso nicht, seit dem ersten Daimler-Reitwagen von 18Piependeckel waren die Autos immer schneller.

Zukunft

Ich bin mal gespannt, was die Zukunft noch an Technik bringen wird. Vielleicht kommen dann auch die Elektroingenieure wieder in Gang. Aktuell habe ich das Gefühl, dass dort einfach nur olle E-Motoren mit einer Tonne Laptop-Akkus betrieben werden und fertig ist das neue Auto. 

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 so genannt. Ein Reihenmotor hat mehrere Zylinder die in Reihe nebeneinander stehen und ein Zweizylinder Reihenmotor hat zwei davon. 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 könnte sich auch die Leistung verdoppeln.
Das ist jetzt sehr vereinfacht gedacht, aber dadurch nicht grundlegend falsch und für diese kleine Gedankenreise reicht das so 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. Jedesmal 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 funktionier 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 er ruhig steht.

Ein Motor stampf stärker als er hüpft, denn wenn gezündet wird kommt der Kolben mit der Kraft der Explosion nach unten und der so erzeugte Schwung wird dazu genutzt den Kolben auch wieder nach oben zu bringen. Bei einem Viertakt Motor muss der einmal erzeugte Schwung sogar dazu ausreichen 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 einen 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 und die 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 setzt auf Drehzahl und 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. 

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 eingeführt haben. 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 die 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.