Denke besser über Hubraum und Zylinderzahl nach
Je schneller ein Motor dreht, desto mehr Zündungen macht er pro
Sekunde und kann dementsprechend aus dem gleichen Hubraum auch
mehr Leistung herausholen. Wenn man also einen möglichst
leichten Motor mit viel Leistung haben will, braucht man einen,
der eine hohe Drehzahl fahren kann.
Die Drehzahl des Motors ist aber auch und in nicht unwesentlichem
Maße durch die Kolbengeschwindigkeit begrenzt. Gleitet der
Kolben zu schnell in seiner Buchse, dann reißt der Schmierfilm
ab und es kommt zu Verschleiß. Das mag bei Rennmotoren noch
begrenzt tolerierbar sein, bei Alltagsmotoren jedoch nicht mehr
so. Also stellt die Kolbengeschwindigkeit eine begrenzende Größe
dar. Will man nun die Drehzahl erhöhen, muss man folglich bei
gleicher Kolbengeschwindigkeit den Hub verringern. Das
verringert natürlich den Hubraum. Um das auszugleichen kann man
die Zylinderzahl vergrößern, oder auch den Kolbendurchmesser.
Vergrößert man den Kolbendurchmesser, kann etwas anderes
unangenehmen passieren: Der Kolben klemmt sozusagen. Denn der
Kolben gleitet ja nicht nur friedlich auf und ab, sondern er
will sich aufgrund der Kräfte durch den schräg stehenden Pläul
auch verdrehen. Ist der Kolben also sehr breit (großer
Durchmesser), dann könnte er sich selbst festklemmen. Das ist
natütrlich nicht so toll. Um das zu verhindern, muss man den
Kolben - wenn man ihn im Durchmesser größer macht - auch länger
machen. Ein längerer Kolben wiegt aber wieder mehr und braucht
mehr Platz, was für die Anwendung Rennotor wieder unerwünscht
ist.
Die Lösung mit mehr Zylindern löst dieses Dilemma.
Allerdings bedeuten mehr Zylinder auch mehr Einzelteile. Das ist
eine Kostenfrage, weswegen sich mehr als 4-zylindrige Motoren in
Alltags-PKW kaum finden, hier hat sich der Vierzylinder
durchgesetzt.
Aber es kommt noch mehr dazu: ein Viertaktmotor wollte ja
möglichst gleichmäßig zünden, die Zündabstand von einem Zylinder
zum nächsten sollte gleich sein, damit der Motor möglichst
erschütterungsfrei läuft.
Das geht mit 4 Zylindern recht gut.
Sogar so gut, dass sich dieses Experiment mit den 5 Zylindern
(von VW/Audi) nicht durchsetzen konnte. 6 Zylinder sind dann
wieder eine bessere Zahl. Noch schöner sind natürlich V-Motoren.
Es sind ja nicht nur die Erschütterungen durch die Zündung, es
ist ja auch so, dass trotz Gegengewicht an der Kurbelwelle ein
alleiniger Zylinder nie erschütterungsfrei läuft. Da schäudert
immer irgendwie was hin und her, auf und ab, immer rund,.... Mit
mehreren Zylindern kann man diese Erschütterungen gegeneinander
ausgleichen. Beim 4-Zylinder z.B. geht das ganz gut, weil die
inneren beiden Kolben nach unten laufen wenn die äußeren nach
oben laufen. Durch diese Asymmetrie werden ein gut Teil der
Erschütterungen eines Zylinders durch die der anderen
ausgeglichen.
Was dann bei PKW-Motoren noch wichtig werden kann, ist die
Aerodynamik im Ansaugbereich. Hier kommt es zu Schwingungen, die
nützliche oder schädliche Effekte haben können. Auch das ist bei
der Wahl der Zylinderzahl eventuell zu bedenken (vermutlich seit
Direkteinspritzertechnik nicht mehr ganz so wichtig).
Bei Formel-1-Motoren befasst man sich mit dem Problem eher nicht,
da bekommt jeder Zylinder seinen eigenen Vergaser - sowas ist
aus Kostengründen natürlich IMO nie ernsthaft in PKW eingesetzt
worden (Exoten mal außen vor gelassen).
Ach ja, Reihenmotor versus V-Motor: Ist auch noch eine
Kostenfrage, weil der eine braucht im Minimalfall eine
Nockenwelle, der andere (V) geht zwar auch mit einer, ist dann
aber sicher recht antik. Zweie solltens da schon sein. Außerdem
die Herstellung: Bei einem Reihenmotor liegen alle Zylinder in
einer Reihe, lassen sich also auch Werkzeugmaschinenmäßig in
einem Rutsch bearbeiten. Beim V-Motor ist da eventuell ein
Umspannen nötig.
Jedenfalls all so was und sicher noch viel mehr Überlegungen
kommen zusammen, wenn man die optimale Zylinderzahl für einen
Motor plant.
CU Rollo
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