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Ich hab’ in der letzten Zeit mal wieder in meinem Archiv geblättert und dabei kam mir ein Gedanke, den ich hier mal vorstellen möchte:

Wie kann man nach Motorleistungsverlauf und Drehmomentverlauf (die beiden hängen ja mathematisch zusammen) und den Übersetzungsverhältnissen auf die Leistungsfähigkeit eines Antriebsstranges schließen? Klar, 60 PS sind immer nur 60 PS, aber warum „fühlen die sich teilweise so unterschiedlich an?“

Ich weiß, so was kann nur einem spinnerten Anwalt einfallen, aber meine Gedanken möchte ich hier mal zusammenfassen:

Motor

Leistungs- und Drehmomentkurve analysiert nach folgenden Kriterien:

Wann erreicht der Motor 90 % seiner Maximalleistung?
In welchem Drehzahlbereich liegen 90 % oder mehr des maximalen Drehmoments an?

Optimal scheint mir, wenn bei 90 % der Motorleistung auch das Drehmoment noch im gefragten Bereich liegt – der Motor ist drehfreudig und entwickelt auch beim Hochdrehen noch gute Beschleunigung.

Das Drehmoment sollte spätestens bei 2000/min diesen Bereich erreichen, sonst ist die Maschine beim Cruisen schlapp und muß eher heruntergeschaltet werden.

Beispiele: Mein TR4 hat keinen Drehzahlmotor. Er erreicht 100 PS bei 4800/min, 90 PS liegen schon bei 3500/min an. Das Drehmoment ist dafür sehr früh gut abrufbar: 90 % im Bereich von 1400 bis 3500/min – die „goldene Regel“ ist also eingehalten.
Mein Alfa erreicht 106 PS bei 5500/min, 90 % davon bei 4500/min. Das Drehmoment liegt im Bereich von 1800 bis 5000/min in diesem Bereich – die Maschine zieht also optimal auch bei höheren Drehzahlen weiter und wirkt sehr leistungsfreudig.
Mein Porsche 928 hat 320 PS bei 6000/min, 290 PS liegen bei 5000/min an. Das Drehmoment ist von 1800 bis 5500/min im gewünschten Bereich. Die Maschine zieht also wie ein Büffel und ist nicht kurzatmig oben heraus.

Getriebe:

Hier fange ich „vom falschen Ende her“ an, nämlich von der maximalen Beschleunigung. Als Meßkriterien habe ich zwei Werte herausgepickt, nämlich: Wie schnell wird das Auto in 20 und in 30 Sekunden aus dem Stand? (Nur so am Rande: Nach einer Minute sollte die Höchstgeschwindigkeit nahezu erreicht sein – egal, ob ein 2 CV asthmatisch an die 100 heranschnauft oder ein Ferrari die 330 knacken will)

Wozu? Ganz einfach: Mit dem ersten Wert wird ein für den Alltag und den Spritverbrauch sinnvoller Geschwindigkeitsbereich angegeben. Materialschonung und bis dahin relativ gute Beschleunigung sind das Kriterium.

Zu den Fahrzeugen oben: Triumph und Alfa erreichen etwa 125, Porsche ca. 190. Das sollte dann tunlichst auch der Bereich des maximalen Drehmoments sein, also der Sektor, in dem der Motor mit dem geringsten spezifischen Beninverbrauch (gr/kWh) betrieben wird. Kommt bei fast allen Motoren (egal ob Sportwagen, SUV, Diesel oder wasauchimmer) als Regel hin.

Innerhalb 30 Sekunden sollte der Wagen die maximal sinnvolle Dauergeschwindigkeit erreichen. Dieser Wert sollte im Gang-/Drehzahldiagramm dem Bereich von „90% der Leistung im höchsten Gang“ entsprechen. Oh Wunder: Bei Motoren, die nicht durch unmäßig lange Übersetzungen getötet werden (alte Amis haben einen 4. Gang, der viiiel zu lang ist, die schlaffen oben raus unglaublich ab), stimmt auch diese Regel (negativ z.B. die „Formel E“ von VW früher und viele Fords auch neuerer Baujahre, die einen zu langen sechsten Gang haben).

Kommt beim Alfa blendend hin: 145 bei 5000/min. Beim Porsche stimmt’s nicht: 210 bei 4100/min – ergo: Der Antriebsstrang ist sehr lang ausgelegt, der Motor wird bei hohem Tempo kastriert und der Anzug entspricht nicht der schieren Motorleistung. Kein Wunder: Viergangautomat und Ami-Hinterachse mit 2,2:1. Eher ein Autobahngleiter als ein Landstraßenhetzer … Beim TR das Gegenteil: 145 wie beim Alfa werden nur im Overdrive bei 3650/min erreicht. Serienmäßig im vierten Gang liegen schon 4500/min an. Das Getriebe ist für die Motorcharakteristik viel zu kurz übersetzt, erst das Nachrüsten des Overdrives hat die Sache halbwegs normalisiert. Kein Wunder: Ein Sportwagen, gebaut für USA mit Tempolimit und angelegt darauf, mit leistungsstärkeren und größeren Amis beim Sprinten mithalten zu können.

In einem uralten Buch „Du und der Motor“ (von 1940!) sind hinsichtlich der „Motoranalyse“ diese Methoden beschrieben. Klaus Westrup (ein hoch angesehener Autojournalist, der vor allem für ams schrieb – noch einer mit Verständnis für Autos und Ahnung vom Fach) hat ein nettes Büchlein 1958 herausgegeben, in welchem er die alte Motorenregel zitiert: „Dauerhaft nicht über 4000/min, das schont den Motor und sichert noch zügiges Ansprechen, wenn man kurzzeitig schneller fahren will oder muß.“

Bei unseren gewöhnlichen Alltagsmotoren sind die entsprechenden Drehzahlen im Bereich von 4000 bis maximal ca. 4500/min. Hält das Drehmoment darüber hinaus noch im 90 %-Bereich an, ist der Motor beim Hochdrehen noch sehr leistungsfähig (z.B. ein „kleiner BMW-Sechszylinder“), während Alltagsmotoren nicht mehr wirklich an Kraft zulegen beim Ausdrehen.

Das gilt natürlich nicht für Hochdrehzahlkonzepte von AMG/BMW M/Audi, aber auch da sind die Regeln anwendbar. Ein Z4 M z.B. hat 90 % seiner Leistung bei knapp 6000/min. Sein Drehmomentverlauf ist nur anders: Er setzt erst bei 2500/min mit der vollen Durchzugskraft ein, die er aber bis 6500/min hoch hält – der „geht oben raus“. Manche helfen den unten relativ schwachen Motoren dann mit kurzen kleinen (Ferrari/Maserati sind so Kandidaten) Gängen. Sozusagen das Gegenteil von meinem Triumph, der oberhalb 4000/min bis zur Nenndrehzahl so gut wie keinen Leistungszuwachs mehr hat, mit dem Drehmoment in den totalen Keller absackt (bei Nenndrehzahl hat er nur noch 60 % des maximalen Drehmoments!).

Probiert’ s mal mit Euren eigenen Autos aus; wenn man den Fahrstil auf diese „sonst nur gefühlten“ Umstände abstimmt, kann man schonend und doch effizient fahren. Oder schon nach den Prospektwerten entscheiden, welche Motor-/Getriebe-Kombination wohl voraussichtlich angenehm zu fahren sein wird.

Sooo, ich hab’ mich nun auch mal einer reinen Motoranalyse gewidmet, die sich ausschließlich stützt auf in der Regel erhältliche Prospektangaben. Klar, es wären auch noch wünschenswert die Kolbengewichte, die Abmessungen der Pleuel sowie deren Lager und der Hauptlager, der Fördermenge der Ölpumpe usw. – das halten die Fabriken aber lieber geheim bzw. geben nur Fachpersonal diese Infos. „Der Laie wäre verwirrt und der Fachmann wunderte sich“ …

Was haben wir denn zum analysieren?

Nun, Abmessungen und Füllvolumina. Also:

Motorölvolumen
Kühlmittelvolumen
Bohrung
Hub
Kolbenfläche
Hubvolumen
Verdichtungsverhältnis
Brennraumvolumen
Nenndrehzahl
Maximaldrehzahl
Nennleistung
Nenndrehmoment

Berechnen können wir damit

o Spezifische Motorölbelastung: Indiz sowohl für die Auslegung der Motorkühlung wie für die voraussichtlich zu erwartenden Öltemperaturen/Bedarf an Sonderkühlern
o Spezifische Kühlmittelbelastung: s.o.
o Spezifische Kolbenbelastung: Rückschluß auf die Belastung des Kurbeltriebes sowohl als Druckbelastung der Hauptlager wie der Pleuellager
o Spezifische Motorleistung: Rückschluß auf Motorlebensdauer in Gesamtschau mit den anderen Belastungskoeffizienten
o Spezifisches Motordrehmoment: Leistungsfähigkeit/Ansprechverhalten (nur des Motors, mit dem Getriebe kann man da wieder viel kaputt machen)
o Verhältnis Drehmoment/Leistung: Leistungscharakteristik der Maschine
o Verhältnis Bohrung/Hub: Brennraumtemperaturen/Schadstoffausstoß/Leistungsverhalten
o Mittlere Kolbengeschwindigkeit: Belastung der Zylinder und Kobenringe sowie des Kurbeltriebes (schließlich kommen die Kolben zweimal pro Umdrehung zum völligen Stillstand und werden in umgekehrter Richtung wieder beschleunigt)
o Verhältnis Brennraumvolumen zu Kolbenoberfläche: spezifische Temperaturen im Zylinderkopf/erstes Indiz für spezifischen Kraftstoffverbrauch

Ist doch schon mal ganz nett, oder?

Zur Sache: was kann schroffer sein, als den Achtender aus dem 928 und die Maschine des TR4 zu vergleichen? Der eine ein Vorkriegsentwurf, dessen Wurzeln in den späten 30er Jahren liegen, gedacht als Motor für landwirtschaftliche Nutzgeräte, der andere ein moderner Hochleistungsmotor, dessen technische Grundlagen aus den späten Siebzigern stammen …

Mal sehen …

(im zweiten Teil)

Erst mal nur die nackten Zahlen (erst Porsche, dann TR):

Motorleistung: 235 kW - 74 kW
Drehmoment: 430 Nm - 172 Nm
Nenndrehzahl: 6000/min - 4800/min
Max. Drehzahl: 6600/min - 5000/min
Hubraum: 4957 ccm - 2138 ccm

Motorölbelastung: 31,3 kW/L - 11,8 kW/L
Kühlmittelbelastung: 14,7 kW/L - 9,25 kW/L
Spez. Leistung: 47,4 kW/L - 34,6 kW/L
Spez. Drehmoment: 86,8 Nm/L - 80,4 Nm/l
Drehm./Leistung: 1,8 Nm/kW - 2,3 Nm/kW
Kolbenbelastung: 0,094 kW/qcm- 0,08 kW/qcm
Bohrung/Hub 1,26 - 0,93
Kolbengeschw.: 15,8 m/s - 14,7 m/s
Max. Kolbengeschw.: 17,4 m/s - 15,3 m/s
Brenn/Hubvol.: 0,2 - 0,26

Und jetzt??

Oben habe ich zumindest beim 928er stark übertrieben: Der Motor hat sportliche Anlagen, ist aber seinen spezifischen Werten nach alles andere als ein wirklicher Hochleistungsmotor à la Ferrari/BMW M. Die absolut nicht schmächtigen Zahlen dürfen über die grundsolidesten Kennwerte nicht hinwegtäuschen – sowohl die spezifischen Leistungswerte wie die Belastungswerte sind im völlig normalen Großserienbereich. Weder wird des spezifischen Drehmoments wegen mit besonders hohen Mitteldrücken gearbeitet, noch sind die absoluten Leistungswerte für das Hubvolumen etwas besonderes. Das spricht bei ansonsten technisch sauber durchkonstruiertem Motor schon mal grundsätzlich für eine hohe Lebenserwartung.

Die Vorsicht seiner Väter sieht man auch am sehr kurzhubigen Entwurf des Motors, der durch niedrige Kolbengeschwindigkeiten zusätzlich für die Zylinder und die Kolben-/Pleuel-Einheit lebensdauerverlängernd wirkt. Dafür nimmt man in Kauf, daß der Motor nicht der allersparsamste ist, wofür das Verhältnis Brennraumvolumen/Hubvolumen schon spricht.

Das „satte Durchziehen von unten“ überläßt man auch eher der schieren Leistung als den besonderen spezifischen Werten (da wäre bei 5 L Hubraum sicher mehr drin gewesen!) – das Verhältnis Drehmoment zu Leistung ist sehr bescheiden.

Daraus und aus der kurzhubigen Auslegung kann darauf geschlossen werden, daß die Maschine einen sehr gleichmäßigen Kraftaufbau hat (siehe oben geposteten Werte für 90 % Drehmoment und 90 % Maximalleistung), ohne daß sie dabei besonders belastet wäre. Deswegen auch die relativ geringe Motorölmenge (zum Zwecke der Aufrechterhaltung guter Temperaturen an den Zylinderwänden und Lagerstellen) und zum Herstellen der Vollgasfestigkeit sehr viel Kühlmittel (16 L immerhin).

Genau das sind dann auch die Erfahrungen der Fans: Ein Bulle, der bei regelmäßiger Wartung Laufleistungen von 500 tkm auch bei schärferer Beanspruchung erreichen kann, Drehzahl macht trotz der großen Zylinder Spaß und bringt auch noch richtig Leistung, nur säuft er, wenn er getreten wird.

Das geringe Ölvolumen rächt sich nur bei einem Punkt, den die Analyse nicht nahelegt: Der Wagen neigt ab 4000/min zu stark erhöhtem Ölverbrauch durch „pumpende Kolbenringe“, so daß manche Maschine an sommerlicher Vollgasfahrt und Mangelschmierung einging.

Markus