Nr. 2671
WIE VIELE ZYLINDER?

von John H. Lienhard

Wie viele Zylinder gibt es heute? Das College of Engineering der University of Houston präsentiert diese Serie über die Maschinen, die unsere Zivilisation am Laufen halten, und die Menschen, deren Erfindungsreichtum sie hervorgebracht hat.

Wie viele Zylinder sollte also ein Automotor haben? Die meisten unserer Autos haben entweder vier Zylinder in einer Reihe oder Zylinder in einer V-Anordnung – zwei oder drei auf jeder Seite. Warum also diese ganze Fantasterei? Warum nicht einfach ein großer Zylinder?

Stellen Sie sich einen Kolben vor, der in einem Zylinder hin- und hergeht und eine Kurbelwelle zum Drehen bringt. Alle zwei Umdrehungen treibt er kurz eine Welle an. Unsere Automotoren laufen im Vier-Takt-Takt. Die Zündung erfolgt und der Kolben schiebt sich nach unten. Dann räumt er die Abgase aus, während er wieder nach oben fährt. Dann saugt er auf seinem Weg nach unten ein neues Gemisch aus Luft und Benzin an. Schließlich fährt er nach oben und verdichtet dieses Gemisch. Dann erfolgt eine weitere Zündung, und der Zyklus wiederholt sich.

Ein Einzylindermotor beschleunigt beim ersten Takt; dann wird er während der restlichen zwei Umdrehungen eines Viertaktmotors langsamer. Das würde einen solchen Motor zum Schütteln und Vibrieren bringen.

Wir brauchen also ein großes Schwungrad, um ihn zwischen den Zündungen in Bewegung zu halten. Mit mehr Zylindern und Kolben können wir die Pleuelstange jedes Kolbens an einer anderen Winkelposition auf der Kurbelwelle befestigen – dann können wir die Explosionen so timen, dass jede einzelne die Rotation während der zwei Umdrehungen antreibt. Und das Schwungrad kann viel kleiner sein.

Karl Benz verwendete in seinem ersten Auto von 1885 einen Einzylindermotor. Fords erster Model-T-Motor hatte vier Zylinder in einer Reihe. Einige Luxusautos der 1920er Jahre hatten Reihenmotoren mit bis zu acht Zylindern. Motoren mit bis zu 12 oder mehr Zylindern in einer Reihe wurden verwendet, allerdings hauptsächlich in großen Schiffs- und Stationärmotoren.

Natürlich ist die Laufruhe nur ein Ziel. Mehr Zylinder bedeuten weniger Gewicht im Schwungrad, aber auch höhere Herstellungs- und Wartungskosten. Und dann ist da noch die Kompaktheit. Der Duesenberg Straight-8 war in den 20er Jahren ein Favorit reicher Filmstars. Aber er hatte einen Radstand von 12 Fuß. Stellen Sie sich vor, Sie könnten dieses Biest parallel einparken.

Die Antwort war der V-8-Motor – zwei Viererreihen, die ein V bilden. Selbst Karl Benz experimentierte mit einem V-2-Motor, nachdem er seinen Einzylindermotor gebaut hatte. Bei einer V-Anordnung können sogar zwei Zylinder einen gemeinsamen Kurbelzapfen antreiben, indem sie ihn in unterschiedlichen Winkelstellungen schieben. Und hier wird es noch komplizierter: Ingenieure haben alle möglichen raffinierten Kurbelwellenkonstruktionen entwickelt, die mit Zylindern in allen möglichen Positionen verwendet werden können – V-4s, V-6s, flat-4s, flat-6s.

Flugzeuge stellten andere Anforderungen an die Konstruktion. Ein Reihenmotor bietet wenig Luftwiderstand an der Front. Die Gebrüder Wright verwendeten einen Reihenvierzylindermotor, allerdings mit einem ziemlich schweren Schwungrad. Dann gingen die frühen Konstrukteure zu Motoren mit neun Zylindern über, die strahlenförmig von einer zentralen Nabe ausgingen. Die Kolben drehten sich um die Welle und brauchten weder ein Schwungrad noch ein Kühlsystem.

Viele neue Technologien einigen sich auf eine beste Form. Aber manche finden mehr als eine gute Option und machen sich dann unter den Konkurrenten breit. Denken Sie nur an PC gegen Mac, Klassik gegen Country-Musik – denken Sie nur an Zylinder in ihren scheinbar endlosen Anordnungen.

Ich bin John Lienhard von der Universität Houston, wo wir uns dafür interessieren, wie erfinderische Köpfe arbeiten.

(Themenmusik)
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Alle Fotos von J. Lienhard. Toyota-Motoren mit freundlicher Genehmigung von Mike Calvert Toyota, Houston, TX.

Ältester erhaltener Wright-Motor (New England Air Museum). Dies ist ein Reihenvierzylinder. Beachten Sie, dass die Pleuelstangen der äußeren Kolben um 180 Grad phasenverschoben mit den beiden inneren an der Kurbelwelle befestigt sind. Beachten Sie auch das schwere Schwungrad auf der rechten Seite des Fotos.

Straight-4 Toyota Camry Motor seitlich montiert.

The Engines of Our Ingenuity is Copyright © 1988-2010 by John H. Lienhard.