Technik: Big-Bang-Zündfolge

Schlag auf Schlag

Angefangen hatte der ganze Big-Bang-Spuk Anfang der 90er-Jahre bei den giftigen 500er-Zweitakt-Granaten. Der Grund: Beim Beschleunigen aus Schräglage setzte die Leistung zuweilen so brachial ein, dass aus dem anfänglich zarten Drift in Sekundenbruchteilen ein nicht mehr kontrollierbarer Powerslide wurde. Der fand häufig sein unheilvolles Ende, indem sich der Hinterradreifen wieder abrupt im griffigen Asphalt verzahnte, das Motorrad sich aufstellte und seinen Reiter aus der Schräglage heraus in die Umlaufbahn katapultierte. Gebrochene Schlüsselbeine gehörten zu den Standardverletzungen der Zweitakt-Ära, und es gibt wohl keinen GP-Fahrer, der nicht mindestens einmal in seiner Karriere mit Rucksackverband durchs Fahrerlager spazierte. Die Honda-Techniker zähmten ihre NSR 500-Zweitakter in der Weise, dass sie die Vierzylinder-V-Motoren, die sogenannten Screamer (=„Schreier“), durch Aggregate mit kurz aufeinander folgenden Arbeitstakten ablösten. Der Big-Bang-Motor war geboren.

Denselben Weg schlugen die Motorenspezialisten zehn Jahre später bei den großen MotoGP-Viertaktern ein. Die V-Konfiguration der Honda-, Ducati- und Suzuki-Motoren barg den Vorteil, dass man durch den mehr oder weniger engen Zylinderwinkel (Ducati: 90 Grad, Honda: 72 Grad) und sogenannte 360-Grad-Kurbelwellen (dabei liegen alle Hubzapfen auf einer Achse) ganz automatisch die Zündabstände asymmetrisch verkürzen konnte. Bei den Reihenvierzylindern hingegen wiederholten sich in konventioneller Art die Arbeitstakte gleichförmig alle 180 Kurbelwellengrad, was sich auch im Klangbild widerspiegelte: schrill und kreischend die Reihentriebwerke, dumpf und grollend die V-Motoren. Umso mehr staunte das Publikum, als Valentino Rossi 2004 mit einer Yamaha M1 ausrückte, die mit bollerndem Bass eine Bestzeit nach der anderen in den Asphalt brannte. Was war passiert? Rückblende ins Jahr 1995: Yamaha setzte den TRX 850-Reihenzweizylinder auf die V2-Modelle von Ducati an.

Das Big-Bang-Prinzip

Diagramm: mps-Grafik

Beim 90-Grad-Big-Bang (rot) sind die Drehmomentspitzen nach oben und nach unten (Ladungswechsel) größer als beim 180-Grad-Screamer (grün).

Die Yamaha-Techniker hatten die Hubzapfen um 90 Grad versetzt, mit dem Resultat, dass Sound, Vibrationsverhalten und Charakteristik des TRX-Motors einem V-Motor gleichkamen. Exakt dieser Trick glich Rossis Reihenmotor einem V4-Antrieb an. Wo aber liegen die Vorteile des Big-Bang-Prinzips? Um diese aufzuspüren, muss man die Arbeitsweise eines Verbrennungsmotors in Zeitlupe ablaufen lassen. Bedingt durch den sich ändernden Hebelarm zwischen dem Pleuel und der Drehachse der Kurbelwelle erzeugt jeder Kolben etwa 80 Kurbelwellengrad nach dem oberen Totpunkt (Zündungsvorgang) das für diesen Takt maximale Drehmoment, das über Kupplung und Getriebe am Hinterrad als Zugkraft wirkt. Die Reifenoberfläche wird demzufolge nicht gleichmäßig, sondern exakt im Rhythmus der Zündintervalle mit diesen Zugkraftwellen beansprucht. Die Kraftspitzen versetzen den Reifen beim Beschleunigen in einen bestimmten Schlupf, das Hinterrad dreht dabei kurz durch, fängt sich aber wieder, sobald die Drehkraft aussetzt. Die Aussetzer erlauben dem Reifen eine mehr oder weniger lange Pause, um sich von den thermischen und mechanischen Belastungen des Zündschlags zu erholen. Rückt man die Drehkraftspitzen mittels Big-Bang-Zündversatz enger zusammen, ist zwar das maximale Drehmoment (und dadurch die maximale Zugkraft) für einen kurzen Augenblick größer, dafür erhöht sich aber auch der Abstand der beanspruchten Kontaktflächen des Reifens. Auch ohne elektronische Schlupfregelung erlaubt diese Drehkraftentfaltung den GP-Piloten einen besser kontrollierbaren Drift und eine klarere Rückmeldung im Grenzbereich als die doppelt so oft wirkenden Einzelimpulse der Screamer-Motoren. Vergleichbar ist dieses Verhalten mit den spektakulären Drifts der Einzylinder-Supermoto-Maschinen, die auch mit wenigen, aber hohen Drehkraftspitzen einen beherrschbaren Slide aufs Parkett legen. Auf der Suche nach der optimalen Big-Bang-Version experimentieren die MotoGP-Techniker mit Kurbelwellenkröpfungen und Schwungmassen:

Mit diesen rotierenden Massen, meist austauschbar auf der Lichtmaschine montiert, lässt sich die Charakteristik der Zugkraft entweder gleichförmig (viel Schwungmasse) oder aggressiv (wenig Schwungmasse) gestalten. Bei den exakten Daten lässt sich kein Hersteller in die Karten schauen. Nur bei Ducati erzählte man schmunzelnd vom misslungenen Versuch, bei den 990er-V4-Motoren ein radikales System, den sogenannten Twin-Pulse, zu installieren. Dabei zündeten zwei Zylinder zeitgleich, sodass sich jeweils zwei Kraftspitzen exakt überlagerten, was der Charakteristik eines Zweizylinders nahe kam. Mit der Fahrbarkeit waren Fahrer und Techniker zufrieden, doch unter dem brachialen Druck zerbröselten Primärtrieb, Kupplung und Getrieberäder in Windeseile. Also gingen die Techniker einen kleinen Schritt zurück: Sie versetzen die Hubzapfen und damit die Zündabstände um 70 Grad. Damit überlagerten sich die Druckspitzen nicht mehr, sondern breiteten sich in einer leichten Wellenform und über einen größeren Zeitraum aus.Generell haben Big-Bang-Motoren aber in Sachen Drehmoment und Motorleistung keinen Vorteil gegenüber Screamer-Motoren. Im Gegenteil: Die asymmetrische Zündfolge erschwert das Abstimmen der Resonanzschwingungen im Einlass- und Auslasstrakt. Hinzu kommt die Notwendigkeit einer Ausgleichswelle, um die Vibrationen zu zähmen. Diese erhöht das Gewicht und frisst rund 2 Prozent Leistung. Aus dem asymmetrischen Zündversatz resultiert noch ein anderes Problem: Die Eigenfrequenz des Motors und die hohen Bremskräfte beim Ladungswechsel (Altgas raus, Frischgas rein) können Chattering, also heftige Vibrationen an Vorder- oder Hinterrad, auslösen oder verstärken. Aber egal, ob Yamaha-R1-Reihenmotor oder Aprilias V4-Granate: Der Big Bang wird im Serienbau salonfähig.