Verbrennungsmotoren im Vergleich
Die Zahl der Zylinder beeinflusst maßgeblich Klang und Lauf eines Verbrennungsmotors. Aber auch der Verbrauch hängt davon ab - was manche Konzepte in Zeiten immer strengerer Abgas-Grenzwerte ganz infrage stellt. Wie unterscheiden sich die einzelnen Baukonzepte?
Benziner und Diesel dürften beim Übergang ins Elektrozeitalter noch länger eine Rolle spielen. Und es tut sich etwas im Reich der Hubkolbenmotoren. Eine Übersicht über verschiedene Verbrennungsmotoren:
- Der Zweizylinder: Downsizing ist seit Jahren Mode und die Methode, Motoren im Hubraum und bei der Zylinderzahl kleiner und genügsamer zu machen. Kompressor und Ladetechnik halten sie bei Kräften. 2010 führte der Fiat-Konzern den TwinAir ein, einen Zweizylinder. Ausgleichswellen sollen dabei die Schwingungen und Vibrationen kompensieren. Neben dem 500 kommt er im Panda zum Einsatz. «Nachdem Fiat der einzige Konzern geblieben ist, der auf Zweizylinder setzt, scheint dem Konzept keine große Karriere bevorzustehen», sagt Arnulf Thiemel vom ADAC Technik Zentrum. Früher lief er als Boxermotor im Citroën 2CV, der berühmten Ente.
- Der Dreizylinder: Vor allem in Kleinwagen feiert der Dreizylinder ein Comeback. Auch er ist unruhig im Lauf - Ausgleichswellen bekämpfen die Unwucht. Die entsteht durch den Zeitabstand bei der Zündabfolge und der ungeraden Zylinderzahl. Den Klang des Dreizylinders beschreibt Thiemel als «nähmaschinenartig-sägend». Nachdem Opel und VW ihn bereits Ende der 90er Jahre wiederentdeckten, findet er sich sogar in der Mittelklasse, etwa im BMW 3er. «Er klingt schön, bietet Fahrspaß und ist gleichzeitig sehr sparsam», sagt Markus Duesmann, Leiter der BMW-Entwicklungsabteilung für Antriebe.
- Der Vierzylinder: Je mehr Zylinder ein Motor hat, desto laufruhiger ist er. Bei der Auf- und Abwärtsbewegung der Kolben entstehen Motorschwingungen, wenn die Kolben unten oder oben im Zylinderraum ihre Richtung umkehren. «Aufgrund der geraden Zylinderzahl und der Zündfolge heben sich die Schwingungen beim Vierzylinder gutteils auf», sagt Thiemel. Aufgrund seiner kompakten Bauweise ist er der weltweit in Pkw am meisten eingesetzte Motor. Volvo setzt sogar bei den großen Modellen XC90 und S90/V90 zugunsten des Vierzylinders keine Sechszylinder mehr ein. Und im Porsche Boxster und Cayman ersetzen aufgeladene Vierzylinder-Boxer die Sechszylinder-Boxer. Als Boxer war der Vierzylinder im VW Käfer der meistverkaufte Motor.
- Der Fünfzylinder: «Aufgrund der Asymmetrie und seiner speziellen Zündfolge erzeugt er einen turbinenartigen Sound», sagt Thiemel. Als «kernig» wird vor allem der Klang der Zündfolge 1-2-4-5-3 beschrieben. Zudem hat er oft mehr an PS und Drehmoment zu bieten - bei kompakter Bauform. Wohl bekanntestes Auto damit ist der Audi Ur-Quattro, der Rallye-Erfolge einfuhr. Doch das Downsizing trifft auch den Fünfzylinder. Aktuell bietet noch Volvo den D4-Diesel als Fünfzylinder an, Audi setzt im RS Q3 auf das Konzept oder Ford im Pick-up Ranger.
- Der Sechszylinder: Sind die Zylinder in einer Reihe angeordnet, ist der Sechsender fast frei von Schwingungen und Vibrationen. «Damit klingt er seidiger», sagt Thiemel. BMW zum Beispiel hält etwa im 3er noch am Reihensechser fest. «Für uns ist der Sechszylinder ein Motor mit langer Tradition, mit ihm eigenen tollen Sound und einer schönen Mischung aus Drehfreude und Laufkultur», sagt BMW-Entwickler Duesmann. Am häufigsten ist der Sechsender als V-Motor zu finden. Er ist kürzer und findet auch in Kompaktwagen Platz. Ein populäres Beispiel fährt im Porsche 911 als Boxer. In V-Form findet er sich etwa beim Audi A4 oder in der Mercedes E-Klasse.
- Der Achtzylinder: Einen Schuss mehr an Laufruhe bietet der Achtzylinder, der aber auch als gieriger Spritfresser bekannt ist. So setzt ihn Audi beim SUV Q7 nur als verbrauchsgünstigeren Diesel in der Sportvariante SQ7 ein. Die Massenmomente der Kolben egalisieren sich, Schwingungen an der Kurbelwelle gibt es kaum. Sein bekanntes Blubbern, ein Phänomen vor allem von US-Pick-ups wie dem Ford F-150, wird laut ADAC-Techniker Thiemel durch großen Hubraum in Kombination mit einer ungleichmäßigen Zündabfolge erzeugt.
Aber: «Künftig werden Motoren immer stärker an den Abgaswerten gemessen, bei denen der Achtzylinder wegen seiner Größe Mühe hat», erklärt Thiemel. «Für die Hersteller ist er ein Hinderungsgrund auf dem Weg zum Erreichen der CO2-Flottenwerte.» Automobilexperte Prof. Ferdinand Dudenhöffer stellt Verbrennungsmotoren «angesichts der Bestrebungen, leise und CO2-frei zu fahren» ganz infrage: «Ich gehe davon aus, dass sie bei Pkw nach 2030 eine Nischenrolle einnehmen.»
- Zehn-, Zwölf- und Sechzehnzylinder: Sie kommen bei Luxus- und Supersportwagen zum Einsatz. Bugatti baute einige Prototypen und Showcars mit 18 Zylindern. Doch die Maximalzahl in einem Serienauto beträgt derzeit 16 - im Bugatti Chiron. Bei der Laufruhe fällt der V10, etwa im Lamborghini Huracán oder im Audi R8 zu haben, etwas ab. Denn im Prinzip handelt es sich oft um zwei zusammengefügte Fünfzylinder. «Zweimal Asymmetrie ergibt nicht automatisch Symmetrie», sagt Thiemel. Dafür aber dreht das Aggregat rasch hoch, schiebt ordentlich an und gibt sich akustisch krawallig.
Zwölf- und Sechzehnzylindern wird dagegen ein komplexerer Sound und höhere Laufruhe attestiert. «Beim Zwölfzylinder kompensieren sich die Schwingungen gegenseitig komplett», so Thiemel. BMW bringt nach eigener Auskunft mit dem M760Li Anfang 2017 einen 6,6 Liter großen Zwölfzylinder mit 441 kW/600 PS.
dpa/tmn