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03	Januar 2012

Der V8-Motor Die Geschichte und Technik des doppelten Vierzylinders

Stuttgart, 20. Dezember 2011 � Zu Beginn der Massenautomobilität sah es schon ähnlich aus wie heute: Basic Motoring bedeutete meistens: Reihenvierzylinder, und wir brauchen nur ein einziges Auto, um diese These zu belegen: Fords Model T, die Tin Lizzie. Und heute wie damals lag es nahe, für mehr Motorleistung auch mehr Motoren irgendwie zusammenzubauen. Das ist auch schon die Grundidee eines V8-Motors: zwei Vierzylinderköpfe strecken sich in einem für den Massenausgleich geometrisch günstigen Winkel von einer gemeinsamen Kurbelwelle weg. Wer denkt, das ist eine unzulässige Vereinfachung, sei auf die V8-Motoren von Radical verwiesen. Die bestehen aus je zwei Reihenvierzylindern des Autobahnrasermotorrads Suzuki Hayabusa und teilen sich deshalb mit diesem japanischen Motor eine ganze Reihe der wichtigsten Funktionsteile. Radicals eigene Entwicklungsarbeit lag damit hauptsächlich im neuen Kurbelgehäuse mit Trockensumpf. Ähnlich geht es bei großen Herstellern zu, denn je mehr gleiche Teile die einzelnen Modelle verwenden können, umso günstiger ist das für die Produktion.

Genesis
Schon der erste V8 entstand aus demselben Grund wie aktuelle Exemplare: günstig und leicht viel Leistung erzeugen. Bereits im Jahre 1902 erhielt der französische Ingenieur Léon Levavasseur ein Patent auf den wohl ersten V8-Motor, der für Schnellboote und Flugzeuge eingesetzt wurde. Das wahrscheinlich erste Auto mit V8-Motor schrieb sich ein Jahr später in die Geschichtsbücher, als der französiche Hersteller "Ader" mit dieser Konfiguration am Rennen Paris-Madrid teilnahm. Richtiggehend modern wurde es 1905 mit einem V8 von Rolls-Royce. Die Firma hatte es sich damals in den Kopf gesetzt, mit den Elektroautos zu konkurrieren, die zu dieser Zeit für innerstädtischen Transport beliebt waren. Dazu musste ihr Motorwagen leise, vibrationsarm und rauchfrei sein. Ihre Lösung war sehr weitblickend: Ein sämig laufender V8, der statt der für Verbrenner damals üblichen Verlustschmierung eine Druckumlaufschmierung einsetzte, damit es nicht blau rauchte. Um auch den Look der urbanen Elektroautos zu imitieren, hängten die Techniker diese Maschine sehr tief in den Wagen ein. In der Karosserievariante "Landaulet par Excellence" saß der Fahrer zum Beispiel ganz vorne direkt über dem Motor. Oder besser: sollte sitzen, denn "par Excellence" wurde nie gebaut.

Abgeregelt
Das einzige verkaufte Exemplar dieses ersten V8-Vorstoßes von Roll-Royce war nämlich die "Legalimit"-Variante, ein offenes Fahrzeug mit Sitzen hinter dem Motor. Ihren Namen verdankte sie einer weiteren weit vorausschauenden Technik, sie war nämlich auf ein Spitzentempo abgeregelt � nicht auf die heute üblichen 250 km/h, sondern auf 20 Meilen pro Stunde (gut 30 km/h), denn das war 1905 die gesetzliche Höchstgeschwindigkeit auf den Straßen Großbritanniens.

Französischer Gegenentwurf
Zur selben Zeit, zu der Rolls-Royce Bequemlichkeit anbieten wollte, setzte die französische Firma Darracq auf pure Geschwindigkeit. Sie wollte den gültigen Geschwindigkeitsrekord nicht nur brechen, sondern eine ganz neue Ebene künftiger Geschwindigkeiten zementieren, und dazu brauchten sie brachiale Leistung. Zwei komplette Vierzylinder in einem normalen Auto wären zu schwer gewesen, also bauten sie 1905 zwei halbe Vierzylinder an dieselbe Kurbelwelle � einen V8 also. Aber was für einer: 25,4 Liter Hubraum, 200 PS, Kolben groß wie Boxhandschuhe in Zylindern wie Suppentöpfe. Außen um diesen Koloss herum kam nur das Nötigste: Vier Räder, ein Sitz, ein Tank, ein paar Bedienelemente. Das alles war notdürftig mit ein paar verschweißten Stücken Stahl verbunden, die ein bisschen aussahen, als hätten die Konstrukteure einfach eine große Leiter als Rahmen benutzt.

Tempo 200 um 1900
Damit fuhren verrückte Franzosen über 200 km/h (in Europa 1906 offiziell anerkannt wurden 194,5 km/h); unter anderem in Amerika. Amerika sah sich schließlich gezwungen, Darracqs obrigkeitsallergischen Testfahrverrückten Victor Hémery zu disqualifizieren. Der hatte die aerodynamische Verkleidung aus Holz und Leinwand seines Konkurrenten in der Startaufstellung (die doppeldampfmaschinengetriebene Stanley Steam Rocket) mit Feuerstößen aus den offenen V8-Krümmern malträtiert. Das Darracq-Zugeständnis an die Existenz von so etwas wie Luftwiderstand war immerhin (von einem V-förmigen Kühler mal abgesehen) schlicht: Leistung. Viel Leistung. Die Rennleitung erteilte Hémery eine Verwarnung, die er ignorierte. Hémery erteilte der Rennleitung detaillierte Auskünfte über ihren Geisteszustand und ihre Verwandschaftsverhältnisse, die die Rennleitung ignorierte, weil sie kein Französisch verstand. Als am nächsten Tag die Zeitmessung nicht funktionierte, sagte Hémery der Rennleitung nochmals geduldig alle französischen Schimpfwörter ins Gesicht, die es damals gab und wurde daraufhin von der gesamten Veranstaltung ausgeschlossen. Der Leiter des Rennteams engagierte als Ersatz einen Rennfahrer namens Louis Joseph Chevrolet. Ja, das ist der Chevrolet.

Dampf gemacht
Der Darracq V8 ist heute noch kaum zu glauben, für die US-Zuschauer damals muss er eine regelrechte Epiphanie gewesen sein. Louis Chevrolet dürfte den Rennwagen bis zu seinem traurigen Tod nie vergessen haben. Er war jedoch beileibe nicht die einzige Demonstration der Macht des Vau-Acht. Während Darracq die sportlichen Vorzüge vorführte, zeigte mit De Dion Bouton ein weiterer französischer Fahrzeughersteller, wie man V8-Fahrzeuge in Serie fertigte. De Dion war mit der Herstellung von Dampfmaschinenautos groß geworden und befand sich zu Anfang des zwanzigsten Jahrhunderts schon wieder auf dem absteigenden Ast, als sich die Techniker dort zu ihrer letzten großen Tat aufrafften, einer Art Reminiszenz: Sie schufen ab 1910 metaphorische Dampfmaschinen: V8-Verbrennungsmotoren mit Hubräumen von 6,1 über erst 7, dann 7,8 Liter, um schließlich bei respektablen 14,7 Litern Hubraum anzugelangen.

Beide Franzosenfirmen verwelkten in der Folgezeit langsam, hatten aber ihren Namen derart tief in die kollektive Erinnerung gestanzt, dass die frühe Elektroära heute in völliger Versenkung hinter den langen Erinnerungsschatten feuerspeiender V8-Monster verdrängt liegt. Denn Darracq und De Dion hatten vor allen Anderen das nationalstaatliche Äquivalent eines hyperaktiven kleinen Kindes beeindruckt: die USA. Und dieses Kind fing in der Folge an, den V8 zum erstrebenswerten Mittelpunkt des kindlich-naiven automobilen Lebens zu erheben, das selbst wir Europäer als unsere nähere Vergangenheit erkennen.

Das Gelobte Land
Die meisten Menschen assoziieren den V8-Motor mit Amerika, denn hier erblühte eine eigentlich nüchterne, aus Leistungsnot geborene Technik zu einem beinahe religiösen Kult. Im merkwürdigen mittleren Westen der USA gibt es nur zum Beispiel im Leben nur drei Dinge, die zählen: Gott, Country-Musik und V8-Stock-Car-Racing (NASCAR) � in dieser Reihenfolge. Kein Wunder, dass man heute gern denkt, der V8 sei dort erfunden worden statt in Frankreich. Die heutige französische Fahrzeugwelt legt das in keinster Weise nahe. Selbst Cadillac-Sprecher Hanspeter Ryser äußerte im Interview selbstbewusst: "Der V8 wurde in den USA erfunden."

Heimat des Blubberns
In gewisser Weise hat Herr Ryser damit Recht. Der V8, wie wir ihn heute in den allermeisten Autos kennen, wurde tatsächlich in den USA erfunden. Konkreter: Das typische V8-Blubbern wurde in den USA erfunden. Es hat etwas mit der Kurbelwelle zu tun. Frühe V8-Wellen waren einfach die gleichen wie jene der Vierzylinder, von denen sie abstammten: Alle Kurbelzapfen auf einer Ebene (Flat Plane), was im Reihenvierer für gleichmäßige Zündabstände alle 180° sorgt � die bis heute typische Konfiguration eben, die wegen ihrer Eignung für Drehzahl im Rennsport den Beinamen "Screamer" trägt.

So eine Kurbelwelle gleicht schön die Massenkräfte und -momente der ersten Ordnung aus, die Massenkräfte der zweiten Ordnung summieren sich allerdings derart auf, dass sie störend werden können. Mit zwei Zylinderbänken wird dieses Problem noch größer. 1914 begann Cadillac mit der Großserienfertigung von V8-Motoren, 1915 diskutierten Caddy-Ingenieure auf Automessen bereits eine andere Kurbelwellenkonfiguration, die störende Vibrationen besser kompensieren sollte. Denn Vibrationen zweiter Ordnung werden von niemandem mehr als angenehm empfunden. Sie sind das nervtötende Dröhnen des Auto-Vierzylinders, das Extremitäten betäubende Kribbeln des Motorrad-Screamers.

The Equipoised Eight
Die Lösung hierzu war alles Andere als trivial, und so dauerte es bis 1923, dass Cadillac ihr Ergebnis serienreif präsentieren konnte: die Crossplane-Kurbelwelle. Hier liegen die Hubzapfen in zwei Ebenen, die zueinander orthogonal stehen: sie kreuzen sich also, was den Namen erklärt. Konkret liegen die Positionen der vier Zapfen an 0°, 90°, 270° und 180° (am besten: siehe Bild). Numeriert man die Töpfe einer Zylinderbank mit 1-2-3-4, die andere 5-6-7-8, so entsteht die Zündreihenfolge 1-5-4-8-6-3-7-2 oder 1-5-4-2-6-3-7-8. Man versuchte also, wie beim Flatplane-V8 (1-8-2-7-4-5-3-6) die Zylinderbänke möglichst abwechselnd zu zünden, um somit störende Gasdynamikinterferenzen zu vermeiden. Ganz gelingt das nicht, und wir sind heute froh darum, denn auf diese Weise kommt das V8-Blubbern zustande.

Mit dieser Kurbelwelle war es bei den üblichen 90° Zylinderbankwinkel möglich, alle relevanten Kräfte direkt mit Gegengewichten an den Kurbelwellenwangen auszugleichen. Der Preis für die erreichte enorme Laufruhe war ein hohes Wellengewicht, das in der Folge definierend für amerikanische V8-Charakteristik wurde: die bequem servierte Kraft eines fetten Grizzly-Bären. Diese Motoren hängen ob ihrer Rotationsmasse nicht sonderlich gierig am Gas, aber bei Gott: Sie sind souverän. Der Caddy-Konkurrent Peerless warb für seine kurz auf Cadillacs Konstruktion folgenden Crossplane-Motoren ("Equipoised Eight") in der Zeitung mit "� fineness, power and smoothness never before attained by an automobile".

Für die Serie: Crossplane-V8
Der Crossplane-V8 ist bis heute die übliche Variante für große V8-Pkw, denn in dieser Umgebung hat er keine praktischen Nachteile, sondern macht sich im Gegenteil mit seinem Sound beliebt. Die Crossplane-Kurbelwelle war eine der großen amerikanischen Erfindungen und fand im Rennsport sogar den unwahrscheinlichen Weg zurück in den Reihenvierzylinder. Die ungleichmäßige Drehmomentabgabe erlaubt nämlich dem Reifen, sich zwischen den Momentenspitzen zu entspannen, quasi nachzugreifen, was zu besserer Verzahnung und damit mehr Traktion am Kurvenausgang führt. Vierzylinder-Rennmotorräder nutzen das trotz des damit einhergehenden Spitzenleistungsverlusts, um von der Drehmomentcharakteristik näher zum Zweizylinder zu gelangen, damit sie ihm kurvenausgangs weniger weit unterlegen sind. Seit 2009 gibt es im Supersportmotorrad Yamaha R1 einen solchen Crossplane-Vierzylinder auch in Großserie mit Straßenzulassung.

Beim V8 hingegen tut sich ein Crossplane-Motor schwer auf der Rennstrecke. Zu unsportlich träge reagiert seine schwere Kurbelwelle auf Gaspedaleingaben, und eine auf Höchstleistung angelegte Auspuffanlage ist mit dieser Zündfolge ebenfalls aufwendig zu bauen. Die Krümmer eines Ford GT 40 sehen beispielsweise aus wie hingerotzte Spaghetti ("bundle of snakes"). Die langen Krümmerrohre laufen über Kreuz zu zwei Sammlern zusammen und vermeiden so, dass sich die Ausstoßdruckwellen der Auslässe bei zwei aufeinander folgenden Zündungen derselben Bank ins Gehege kommen.

Fächer- statt Spaghettikrümmer
AMG löst die Zielkonflikte in Serie platzsparender: "Das ist zweifellos eine große Herausforderung bei den immer kleiner werdenden Platzverhältnisse im Motorraum", gibt Friedrich Eichler, Bereichsleiter Entwicklung Motor und Triebstrang bei AMG zu. "Aber mit der gewählten Lösung � Fächerkrümmer mit exakt aufeinander abgestimmten Rohrlängen und zwei gegendruckoptimierten, direkt am Fächerkrümmer platzierten Stirnwand-Keramikkatalysatoren � haben wir alle Ziele erreicht." Bei AMG können sich die Kunden ja nun wirklich nicht über die Serienleistung beklagen. Nichtsdestotrotz gibt es natürlich für den Sporteinsatz im Zubehörhandel auch für AMG-Modelle Sportkrümmer zu kaufen. Bisschen was geht immer.

Obwohl es also möglich ist, einen Crossplane-Rennmotor zu bauen, ist der abgesperrte Rundkurs die Domäne der klassischen Flatplane-Motoren geblieben. Man kann sie mit viel geringerer Schwungmasse viel gasgieriger anlegen, und wer bei 250 km/h in einem Kohlefaserkübel auf nacktem Blech neben einem Feuerlöscher eine Mutkurve zieht, dem sind die zusätzlichen Vibrationen dann auch egal. Solche V8-Ausführungen klingen auch vollkommen anders: Man vergleiche einen Cadillac mit dem eingangs beschriebenen Radical-V8, einem TVR Speed Eight, allen V8-Ferraris oder dem 458-Konkurrenten McLaren MP4-12C. Es gibt diese Kurbelwellenkonfiguration also auch auf der Straße noch, wenn der Wagen nur extrem genug ist. Im Rennsport ist sie ohnehin usus oder steht gar als Bedingung im Reglement.

V8 und Frontantrieb
In den 1990ern, den Weichspülerjahren des Automobilbaus, experimentierten die Amerikaner mit ihnen vorher fremdartigen Konzepten wie "Platz und Sprit sparen durch Vorderradantrieb mit fahrrichtungverquerer Kurbelwelle" � ein Gedanke aus dem engeren Europa also. "Wir machen trotzdem was mit V8", dachten Ingenieure bei General Motors und quetschten den Motor quer unter breite Hauben. Daraus entstanden keine schlechten Autos. Sie waren schon okay. Sie waren auch teilweise sehr modern. Sie waren aber vor allem gähnend langweilig. Herr Ryser von Cadillac verspricht, dass die Ära querer V8-Antriebe für seine Marke vorbei ist: "Die heutige Cadillac-Generation setzt auf längs eingebaute V8-Motoren. Dieses Layout erfüllt unsere Ansprüche bezüglich Gewichtsverteilung und Performance."

Nicht nur GM, sondern auch Breitenhersteller Ford versuchte sich an solchen V8-Fronttrieblern, denn ihre Techniker kannten sich schon lange gut aus mit den heute noch in der Budget-Klasse üblichen quer zur Fahrtrichtung rotierenden Kurbelwellen in Motoren, die die Vorderräder ohne effizienzkostende Umlenkungen antrieben. Um in diesen Brei etwas Pep zu bringen, riefen sie in Japan bei Yamaha an. Die hatten ihnen vorher schon einen schönen V-Sechszylinder (Duratec SHO V6) gebastelt, die sollten ihnen dasselbe nochmal mit zwei Zylindern mehr bauen � die Japaner ließen sich nicht lange bitten, und der Ford SHO V8 zum Einbau in den Taurus SHO war geboren. SHO steht für "Super High Output": 238 PS aus 3,4 Litern galten in den Neunzigern als super high.

Winkelwerk
Der Motor hat nicht den besten Ruf, weil aufgrund sich lösender Nockenwellenstirnräder die Ventile den Kolben küssen konnten. Der V8 SHO war dennoch ein bemerkenswertes Stück Ingenieurskunst. Er bot einen richtigen V8 amerikanischer Machart in konkurrenzlos kleiner Baugröße. Der Hauptkniff Yamahas hierbei war die Reduktion der Zylinderbankspreizung von 90° auf 60°. Damit wird der Motor kompakter und die verstärkt auftretenden Vibrationen können per Ausgleichswelle dennoch gut eliminiert werden.

Yamaha recycelte das Design, als sie einen etwas größeren Quereinbau-V8 für Volvos XC90 abliefern sollten (Baujahre 2004-2010). Andere, von 90° abweichende Bankwinkel sind 72° (z. B. Radical) und 75° (z. B. TVR). Diese Winkel sind nicht wahllos je nach Platz im Motorraum gewählt, sondern ergeben sich des geometrisch günstigen Ausgleichs wegen.

Formula V8
Begeben wir uns aus den Neunzigern in unser CO2-Zeitalter. Nachdem die Formel 1 von V10 auf V8 gewechselt hatte, ließ die Nachfrage nach V10-Motoren stetig nach. Auch V12-Motoren werden seltener. Der V8 dagegen wird häufiger. AMG sieht die Gründe so: "Ein V8-Motor hat eine ähnliche Laufruhe wie ein V12 (vollständiger Ausgleich der Massenkräfte und -momente 1. und 2. Ordnung möglich), einen tollen Sound (ungleiche Zündfolge zwischen den Zylinderbänken), und einen günstigeren Verbrauch im Vergleich zu V10- und V12-Motoren."

Da steckt jedoch mehr dahinter als ein Ersatz der größeren Motoren. Die Population der V8-Motoren wächst auch schlicht aus dem Grund, dass unsere Autos immer größer werden. Der Trend zum mehr Raum auf Asphalt einnehmen bleibt ungebrochen, und damit man dabei auch vorwärts kommt, bietet sich der V8 an, denn er ist mittlerweile auf einem erfreulichen Effizienzniveau angelangt.

Und die Sechszylinder?
Man hatte in letzter Zeit sogar den Eindruck, die V8-Technik usurpiere bei BMW den Beamtenstatus der Reihensechszylinder. Entwarnung aus München hierzu: "Der aufgeladene Reihensechszylinder ist in den Positionen 35i, 30d, 35d und 40d auch in Zukunft ein elementar wichtiger Bestandteil unseres Motorenportfolios", sagt Firmensprecher Bernhard Ederer. "Der Trend zum V8 in dem Segment hat nach unserer Auffassung etwas mit intelligentem Downsizing zu tun. Ein gutes Beispiel hierfür ist der Schritt vom V10 zum V8 im neuen BMW M5."

Der gute Ruf
Beim V8 in adäquat großem Fahrzeug stimmen also Kundennachfrage, Fertigung und Ruf. Genau, "Ruf": Irgendwie hat es der V8 geschafft, von seinem Image als Inbegriff amerikanischer Unvernunft ein Stückchen wegzukommen, und sei es nur, weil die Kunden zunehmend uninteressiert daran werden, welche Technik ihre Räder dreht, solange ein schöner Markenaufkleber drauf ist. BMWs "intelligentes Downsizing" existiert in gewissem Maße in den Köpfen da draußen.

Weiteres Beispiel: Chevrolet. In Deutschland spielt für sie der V8 auf Nachfrage keine Rolle (sie verweisen auf die GM-Schwester Cadillac), doch im Heimatland feierte Chevrolet unlängst ihren hundertmillionsten Small Block V8. Dieser Motor war früher das Symbol für massenerreichbare, gediegene Kraft, für "Power to the People". Er sorgt dafür, dass Chevrolet trotz lauter Mittelmäßigkeit im Programm einen hervorragenden Ruf hat, wozu auch der Rennsport beiträgt: Seit 1980 haben Autos mit Chevy Small Block 45 Prozent aller NASCAR-Sprint-Rennen gewonnen. Ein Quentchen dieses Ruhms kaufen selbst Sonic -Kunden mit. Chevrolets Sam Winegarden sagt außerdem: "Der Small Block liefert schuldgefühlfreie Leistung." Und wenn das selbst ein Einwohner der USA sagt, des Heimatlands von vagen Schuldgefühlen und naiver Prius-Verehrung, dann ist da mit ziemlicher Sicherheit etwas dran.

BMW lädt auf
Die Zukunft sieht für den V8 tatsächlich rosig aus. Denn eine fernfahrertaugliche Akkutechnik ist nicht in Sicht, sodass er seinen Platz als harter, diesel- oder benzintrinkender Arbeiter in Transportfahrzeugen noch eine ganze Weile behalten wird. Die V8-Zukunft sieht jedoch obendrein sehr deutsch aus, denn die deutschen Hersteller konzentrieren sich auf die großen, schönen Autos, auf das traditionelle Habitat des V8-Motors also.

Wie diese deutsche V8-Zukunft en Détail aussehen soll, darüber gibt es unterschiedliche Ansichten. BMW verschreibt sich komplett der Zwangsbeatmung: "Aus unserer Sicht liegt die Zukunft in der Aufladung. Wir denken, mit der TwinPower-Turbotechnologie haben wir hier ein sehr starkes Technologiepaket am Start." Die Hightech-Breitseite aus variabler Ventilsteuerung, Direkteinspritzung und mehrschaufeliger Turboaufladung soll die Nachteile im Ansprechverhalten versenken.

AMG saugt
AMG dagegen hält im SLS eine der letzten Standarten des Saugmotors hoch: "Ein Saugmotor hat ein tolles Klangbild, weil kein Turbolader das Abgas-, das Verbrennungsgeräusch dämpft. Aus Kundensicht ebenso wichtig ist die lineare, kontinuierliche Leistungsentfaltung des Saugmotors im Gegensatz zum Turbomotor. Auch wenn der Trend dem Kraftstoffverbrauch zuliebe klar zu Downsizing und Aufladung geht, bleiben wir beim SLS AMG dem Hochdrehzahl-V8-Saugmotor treu. Alles andere wäre eine Verwässerung und eine Abkehr vom ursprünglichen Konzept. Das gilt auch für den C 63 AMG, weil Leistung und Drehmoment nach wie vor an der Spitze des Wettbewerbs sind und weil die Kunden diesen Motor lieben." Wir lieben euch auch, AMG.

Überhaupt sind wir in der Lage, diesen Text in einem Akkord aus lauter positiven Noten zu beenden. "V8-Motoren haben eine Zukunft bei Cadillac", versichert etwa Herr Ryser, um amerikanisch nachzulegen: "Europäische Premium-Hersteller haben ja mittlerweile auch den Weg zum V8 für ihre Top-Modelle gefunden." Das Layout ist dabei klar: Motor vorne, Antrieb hinten, die Missionarsstellung des Motorenbaus quasi. So sagt BMW: "Ein V8 quer vorne ist für uns auf absehbare Zeit kein Thema. Klassische BMW-Proportionen haben immer auch etwas mit einer langen Motorhaube zu tun." Die Phallus-Witze der Neider bleiben uns also ebenso erhalten wie die wunderbaren Haifisch-Hauben aus München. Zuletzt AMG: "Wir werden aus Traktionsgründen immer Heck- oder Allradantrieb verwenden!" Haben wir schon gesagt, dass wir euch lieben?