Motoren mit 7 Zylindern

Denken sie an eine exotische Zylinderzahl im Auto. Sie dürften an 16, 12, 10 oder 5 denken. Ikonische Beispiele von Hubkolbenmotoren mit dieser Zylinderzahl sind Legion. Und als Antwort gelten natürlich auch Motoren mit 3, 6 und 8 Zylindern. Fiat-500-Fahrer, Smart-Freunde oder Kraftradfahrer sind weiterhin vertraut mit Einzylinder, Twins, Triples und unabhängig der Radzahl mit dem Motor mit 4 Zylindern. Die erste Lücke liegt zwischen der 6 und 8. Wo bleiben die 7-Zylinder? Wer ein Auto mit sieben Brennräumen sucht, stößt auf eine Fehlstelle. Es gibt schlicht keine. Warum eigentlich?

Ungerade Primzahl verhindert Motor?

Erst Antwort könnte sein: Mit einer ungeraden Primzahl kann man keinen Motor bauen. Guter Gedanke, doch damit wäre die Verbreitung von 3 und 5 Zylindern nicht erklärbar. Beides sind ungerade Primzahlen. Übrigens: Die einzige gerade Primzahl ist die 2.

Doch was hat das mit dem 7-Zylinder zu tun? Nichts. Die Konstruktion eines 7-Zylinders ist eine Herausforderung auf einer anderen mathematischen Ebene.

Das Problem der 360 Grad

Ein 7-Zylinder ist eine technische Herausforderung, weil eine Umdrehung der Kurbelwelle nun mal 360 Grad misst. Man kann sie bewältigen, allerdings nicht sehr befriedigend. Ein Reihenmotor mit 7 Zylindern verlangt eine Kröpfung der Kurbelwelle, also den Abständen der Hubzapfen von 360° / 7 ≈ 51,42857142857143 Grad. Großzügig auf 51,43 Grad als Näherungswert gerundet. Ein Wert, der sich in der Kurbelwellenkonstruktion nicht harmonisch abbilden lässt und einen aufwendigen Massenausgleich verlangt. Dieser Motor würde im Grunde nie "rund" laufen, weil keine Umdrehung der Kurbelwelle in Relation zu den Kolben 360 Grad hätte. Und selbst mit variablen Nockenwellen und entsprechenden dynamischen Einspritz- und Zündzeitpunkten, wäre der 7 Zylinder eine unharmonische Konstruktion.

Gibt es einen V7-Motor?

Wer nun einwirft, in V-Bauweise müsst der 7-Zylinder in Kombination mit einem entsprechend ausgleichenden Zylinderbankwinkel doch funktionieren, irrt nicht. Mit diesem Ausgleich per Zylinderwinkel für eine gleichmäßigere Zündung und mit entsprechend feinem Massenausgleich, wäre ein V7 möglich. Und dann wohl als Crossplane-Motor mit je 2 Pleuel auf einer Kröpfung oder Hubzapfen. Der V7 würde also eher blubbern als schreien und trotzdem keinen Sinn ergeben.

Doch warum? Ein V7 wäre entweder nur ein V6 mit einem weiteren Zylinder auf einer der Zylinderbänke oder nur ein V8 mit entsprechend einem Zylinder weniger. Sprich, das Gehäuse, der Motorblock wäre länger und damit schwerer als nötig. Und der nahezu perfekte Massenausgleich des V6 wäre für einen zusätzlichen Zylinder blutig geopfert und der V8 mit aller mechanischen Macht kastriert. Beides ohne jeden Zugewinn an Leistung oder Komfort.

Im Gegenteil: Der Aufwand vervielfachte sich in Konstruktion und Fertigung.

Das sind Motoren mit 7 Zylindern

Wer nun ruft: "Moment mal!", der liegt richtig. Es gibt Motoren mit 7 Zylindern, und zwar in im Automobil bekannten Bauweisen. Als Reihenmotor mit 7 Zylindern gab und gibt es sie als Antrieb von Schiffen. Also richtigen Schiffen.

Und den Liebhabern von Flugzeugen ist ebenfalls klar: Viertakt-Sternmotoren gab es sogar zwangsweise mit 7 Zylindern. Wieso explizit Viertakt? Spannung halten, wir lösen das später.

Niedrige Drehzahlen erlauben 7 Zylinder

Der Einsatz von Motoren mit der mechanisch und mathematisch völlig unmöglichen Kröpfung auf 7 Zylinder oder ~51,43 Grad ist bei Schiffsmotoren nicht so kritisch. Zum einen liegt das am großen Hubraum von bis zu 289,5 Liter pro Zylinder(!) im Wärtsila 64. Zum anderen an den niedrigen Drehzahlen in Schiffen. Je nach Auslegung drehen diese Motoren zwischen als Langsamläufer um 250/min und als Schnellläufer bis 2.000/min. Da ist die ungenaue Kröpfung, der entsprechende Zündwinkel und der daraus resultierende sehr unrunde Lauf im Sinne der Leistungsdichte vernachlässigbar. Übrigens: als Motor mit 7 Zylindern erzeugt besagter Wärtsila 64 gut 20.500 PS bei entspannten 333 Umdrehungen pro Minute. So wiegt er allerdings 264 Tonnen.

Sternmotor verlangt ungerade Zylinderzahl

Der Einspruch, es gäbe Sternmotoren mit 7 Zylindern, ist völlig berechtigt und bei dieser sehr speziellen Bauweise als Viertakter sind 7 Zylinder sogar die wohl beste Wahl. Im Gegensatz zu einem Reihen- oder V-Motor mit einer Kurbelwelle mit hinter- oder nebeneinander angeordneten Zylindern, ist die Kurbelwelle eines Sternmotors sehr kurz und kombiniert ein Hauptpleuel und viele Nebenpleuel auf einem einzelnen Hubzapfen. Benötigt ein Reihen- oder V-Motor mindestens halb so viele Kröpfungen wie Zylinder, verlangt ein Sternmotor mit egal wie vielen Zylindern genau eine Kröpfung.

Beim Viertakter benötigt der Sternmotor sogar eine ungerade Zahl an Zylindern, damit es keine Zündpause gibt, wie es bei einer geraden Zylinderzahl zwingend erforderlich wird, da dann ein Zylinder pro Umdrehung nicht zünden würde.

Und ja: als Zweitakter kann der Sternmotor eine gerade Zylinderzahl haben, da jeder Zylinder pro Umdrehung einmal zündet und nicht wie der Viertakter pro 2 Umdrehungen einmal zündet.

Zwei oder vier Takte

In die andere Richtung gedacht, bleibt beim Reihen- oder V-Motor selbst als Zweitakter, das Problem, dass die Kurbelwelle nicht gleichmäßig gekröpft wäre, sondern immer nur mit einem Näherungswert an die 51,42857142857143.

Und wer nun bereits im Kopf rechnet: Hier die nötigen Kröpfungen von Motoren mit Reihen- oder V-Motoren zwischen 1 und 21 Zylindern.

Der 9-Zylinder würde passen(?)

Natürlich wurde es gesehen. Beim Reihen- oder V-Motor mit 9 Zylindern würde viel passen. Die Kurbelwelle hätte eine Kröpfung von exakt 40 Grad, sprich die Nachteile des 7-Zylinders fänden hier keinen Haftgrund. Trotzdem gibt es – außer im Schiffsbau – keine Reihenmotoren mit 9 Zylindern. Der Grund ist der gleiche, weshalb sich die Bauweise mit 8 Zylindern in Reihe nach dem ersten Drittel des vergangenen Jahrhunderts nicht mehr durchsetzte: Der Motor wäre einfach zu lang.

Rechnerisch würde ein 9-Zylinder mit 7,1 Liter Hubraum und quadratischem Hub-/Bohrungsverhältnis von je 100 Millimeter schon einen Zylinderkopf benötigen mit genug Platz für in Summe 90 Zentimeter durchmessende Bohrungen, sprich: Ein solches Motorgehäuse wäre ohne Nebenaggregate sicherlich deutlich über einen Meter lang. So viel Platz ist nicht einmal in einem Lkw.

Und als V9, würde der Motor zwar deutlich kürzer bauen, allerdings wäre es dann auch nur wieder ein V10 mit einem Zylinder weniger. Oder eben ein V8 mit einem angehängten Zylinder. Und wer vor dieser Wahl steht, wird den V10 bauen, wenn der V8 nicht genug Prestige hat.