4-Zylinder-Boxermotor-Motorradtechnik

Der Boxermotor bietet im Vergleich zu anderen Motorkonzepten mehrere Vorteile. Dazu gehören die flache Bauart, der niedrige Schwerpunkt und gut ausgeglichene Massenkräfte, erläutert Prof. Stefan Pischinger von der RWTH Aachen. Das Grundprinzip ist, dass sich zwei gegenüberliegende Kolben auf einer Linie mit der gleichen Geschwindigkeit bewegen. Dadurch läuft der Boxer sanft und vibrationsarm. Einen Verbrauchs- oder Emissionsnachteil verursachen Boxermotoren konstruktionsbedingt nicht. Allerdings spiele das Konzept nur bei geraden Zylinderzahlen seine Vorteile aus.

Für Motorräder gelten dieselben Vorteile wie für Autos: niedriger Schwerpunkt, kompakte Bauweise, Laufruhe, Durchzugsstärke und eine hohe Effizienz. Mit den im Wind stehenden Zylindern war Kühlluft ausreichend vorhanden. Auch fiel eine Reparatur leichter, da Schrauber direkt an den Ventiltrieb kamen.

Die Evolution des BMW-Boxermotors

Als wichtigstes BMW-Modell bekam die große GS den neuen Boxer-Motor als Erste. Seit 4. November 2023 liefert BMW die R 1300 GS aus. Weitere neue R-Modelle werden als 1300er folgen, nach der mittlerweile obligatorischen Adventure-Variante der Standard-GS auch die R 1300 RT, die R 1300 R und die R 1300 RS. Gründe genug, um ganz genau in die neue Antriebsplattform von BMW hineinzuschauen.

Zunächst stellen wir fest, was bleibt: 2 gegenüberliegende Zylinder und gleichmäßige Zündabstände, nach dem Viertakt-Prinzip abwechselnd links und rechts. Beide Zylinder quer zur Fahrtrichtung optimal im kühlenden Fahrtwind und die Kurbelwelle längs in Fahrtrichtung, kombiniert mit Wellenantrieb zum Hinterrad. Dieses Prinzip behält BMW seit über 100 Jahren - seit 1923 - bei.

Seit 2013 ist der BMW-Boxer zusätzlich wassergekühlt, an den thermisch besonders belasteten Stellen. Bei diesem großen Evolutionsschritt nach 90 Jahren drehte BMW zudem Einlass und Auslass um 90 Grad und stellte von der Einscheiben-Trockenkupplung auf eine Mehrscheiben-Ölbadkupplung im gemeinsamen Ölkreislauf für Motor und Getriebe um.

2018 kam die variable Ventilsteuerung namens Shift Cam hinzu, bei der drehzahl- und lastabhängig 2 verschiedene Einlassnockenprofile umgeschaltet werden, für Teillast und Volllast. Das löste den klassischen Zielkonflikt zwischen Durchzug und Spitzenleistung auf - mehr von allem und obendrein weniger Spritverbrauch.

Der 1300er-Boxer im Detail

Zum Jahrgang 2024 wuchs mit dem nächsten Evolutionsschritt der Hubraum weiter, von zuletzt 1.254 auf genau 1.300 Kubik. Die runde Zahl ergibt sich mit jeweils 106,5 Millimeter großen Zylinderbohrungen und Kolben sowie mit 73 Millimeter Kolbenhub. Gegenüber dem 1250er wächst die Bohrung um 4 Millimeter, der Hub wird 3 Millimeter kürzer. So dreht der weiterhin luft-wassergekühlte Zweizylinder bis 9.000/min. Seine Spitzenleistung von 145,5 PS (107 kW) erreicht er bereits bei 7.750/min, das maximale Drehmoment von 149 Nm bei 6.500/min.

Das sind fast 10 PS mehr als zuletzt bei der 1250er-GS, bei gleicher Nenndrehzahl, sowie 6 Nm mehr, 250/min höher. Wobei das Drehmoment laut BMW im gesamten Drehzahlbereich spürbar stärker sein soll, besonders im praxisrelevanten Bereich zwischen 3.600/min und 7.800/min, wo angeblich stets mehr als 130 Nm zur Verfügung stehen.

Hierfür vergrößerten die BMW-Techniker die Ventildurchmesser, die jeweils 2 Einlassventile pro Zylinder wachsen von 40 auf 44 Millimeter, die jeweils 2 Auslassventile von 34 auf 35,6 Millimeter. Zudem erhöhten sie nochmals die Verdichtung, von 12,5:1 auf 13,3:1. Übernommen wurde das inzwischen bewährte Shift Cam mit 2 drehzahl- und lastabhängig umgeschalteten Einlassnockenprofilen für Teillast und Volllast. Im Teillastbereich unterscheiden sich zudem die Nocken für die jeweils 2 Einlassventile. Diese Phasenverschiebung sorgt beim einströmenden Gemisch für einen Drall und ausgeprägte Verwirbelung im Brennraum.

Die Verbrennungseffizienz nimmt weiter zu, der Spritverbrauch soll weiter optimiert worden sein. Nach Werksangaben bleibt er trotz gestiegener Performance gleich wie beim 1250er-Boxer. Trotz allem Feintuning und vergrößerter Bohrung soll dafür jeweils eine zentrale Zündkerze genügen, kombiniert mit Klopfsensoren.

Außerdem platziert BMW die Nockenwellenantriebe nun für jede Seite einzeln am Zylinder. Beim linken Zylinder, der in Fahrtrichtung nach wie vor wenige Zentimeter vor dem rechten Zylinder liegt, hubzapfenbedingt, läuft die Steuerkette für den dohc-Kopf hinter dem Zylinder, beim gegenüberliegenden rechten Zylinder davor. Das gleicht die Asymmetrie in der Draufsicht aus. Wie gehabt, umströmt Kühlflüssigkeit gezielt die Zylinderköpfe und partiell die Zylinder, während weiterhin zusätzlich der Fahrtwind zur Kühlung genutzt wird - denn dafür ist der Boxer schließlich prädestiniert.

Eine separate Ausgleichswelle hat der 1300er-Boxer offenbar nicht mehr, stattdessen sind ausgleichende Gewichte an der Kurbelwelle und am Stromgenerator (Lichtmaschine) platziert. Mit insgesamt einer Welle weniger im Antriebsstrang ändert sich, dem Vernehmen nach, die Rotationsrichtung der Kurbelwelle. Wobei das einst boxertypische Kippmoment bei Lastwechseln schon für den wassergekühlten 1200er ab 2013 weitgehend ausgeglichen und somit eliminiert worden war, auch mit der gegenläufig rotierenden Mehrscheiben-Ölbadkupplung. Deren Anti-Kipp-Effekte sind im 1300er-Boxer mit Änderungen an Übersetzung und Rotationsgeschwindigkeit noch stärker ausgeprägt, sodass kaum noch Kippbewegungen zu spüren sind.

Getriebe und Gewichtsreduktion

Beim Getriebe der BMW R 1300 GS änderte sich die Einbauposition: Die 6-Gang-Schaltbox liegt jetzt unter und nicht mehr hinter dem Motor. Das reduziert die Baulänge des Boxers und senkt das Gewicht. Laut BMW ist der 1300er-Boxer 3,9 Kilogramm leichter als der 1250er, am kompletten Antriebsstrang konnten sogar angeblich insgesamt 6,5 Kilogramm eingespart werden. Der nahezu gewichtsneutrale Schaltassistent (Pro) bleibt zunächst Sonderausstattung.

Neue Schalt-Automatik ASA

Im Frühjahr 2024 stellte BMW überraschend den Automated Shift Assistant (ASA) für den 1300er-Boxer vor. Dabei handelt es sich um eine Automatik für Kupplung und Schaltung des vorhandenen 6-Gang-Getriebes. Ein Handhebel für die Kupplung ist hier nicht mehr vorhanden, da nicht mehr nötig. Anfahren und Anhalten funktionieren automatisch, im vollautomatischen Modus "D" auch die Gangwechsel. Im Modus "M" darf weiterhin der Fußschalthebel genutzt werden, wie mit dem bisherigen Schaltassistent (Pro) gewohnt.

Mit angeblich 2,1 Kilogramm Zusatzgewicht fällt das ASA-System deutlich leichter aus als die noch aufwendigeren Doppelkupplungsgetriebe (DCT), etwa von Honda.

Weitere Motorrad-Motorkonstruktionen

Im Gegensatz zu Autos gibt es bei Motorrädern viele verschiedene Bauarten des Motors. Die älteste Art eines Motorradantriebs. Wird in luft- und in flüssigkeitsgekühlter Ausführung angeboten. Kommt heutzutage in Hubräumen von 125 bis 690 Kubik und meistens als Viertakter mit zwei oben liegenden Nockenwellen und vier Ventilen vor.

• Vorteile: niedrige Fertigungskosten, geringe Reparaturkosten, einfach zu warten, kompakte Abmessungen, niedriges Ge­wicht durch wenige Bauteile.

Der V2 gehört wie der Einzylinder zu den ältesten Antriebsarten des Motorrades.

• Vorteile: geringe Baubreite, wenig Baulänge (außer 90°), auch mit kleinem Hubraum recht drehmomentstark.

Heute eine Rarität. Kommt als Zweizylinder mit Luft- bzw. Luft-Öl-Kühlung nur bei Moto Guzzi vor, als flüssigkeitsgekühlter Vierzylinder bei Honda in der Pan-European. Jeweils 90 Grad Zylinderwinkel.

• Vorteile: guter Masseausgleich, tiefe Einbaulage, niedriger Schwerpunkt, keine Umlenkung zum Sekundärtrieb nötig.
• Nachteile: baut sehr hoch, große Baulänge beim Vierzylinder, Motorrad schwankt um die Längsachse bei Lastwechseln.

Der quer eingebaute V4 findet aktuell nur noch selten Verwendung: Honda VFR, Crossrunner, VFR 1200 F (je-weils 90 Grad Zylinderwinkel), Aprilia RSV 4 und Tuono V4, Yamaha Vmax (jeweils 65 Grad Zylinderwinkel). Gängige Bauweise ist mit je zwei oben liegenden Nockenwellen pro Zylinderbank, vier Ventilen je Zylinder, Flüssigkeitskühlung.

• Vorteile: geringe Baubreite, hohe Laufkultur, Drehfreude.

Die am häufigsten verwendete Motorkonstruktion, bei der die Zylinder parallel zueinander angeordnet sind. Einbaulage fast immer quer mit stehenden oder nach vorn geneigten Zylindern. Wird heute durchweg mit zwei oben liegenden Nockenwellen, vier Ventilen und Flüssigkeitskühlung eingesetzt.

• Vorteile: einfache Herstellung, vor allem als Zwei- und Dreizylinder geringe Baubreite, guter Massenausgleich und damit wenig Vibrationen, relativ wenig bewegte Teile.
• Vorteil: viel Drehmoment bei niedrigen und mittleren Drehzahlen.
• Nachteil: starke Vibrationen im oberen Drehzahlbereich, die entweder per Welle (z. B.

Als Zweizylinder Alleinstellungsmerkmal bei BMW, findet Verwendung in Enduro, Tourer, Naked Bike und Sportler. Neuerdings mit Flüssigkeitkühlung, bei den Modellen der R-nineT-Familie kommt nach wie vor die ältere luft-öl-gekühlte Ausführung zum Einsatz.

• Vorteile: guter Massenausgleich, tiefe Einbaulage, niedriger Schwerpunkt, wenig thermische Probleme bei luftgekühlten Zweizylindern, wartungsfreundlich, keine Umlenkung zum Sekundärtrieb nötig.
• Nachteile: Aufwendig und damit teuer in der Herstellung, da viele Teile doppelt benötigt werden, große Abmessungen, Motorrad schwankt um die Längsachse bei Lastwechseln.

Die Geschichte des Boxermotors

Erfunden wurde der Boxermotor von Carl Benz im Jahre 1896. Die Vorteile dieser Anordnung gegenüber der eines konventionellen Reihenmotors sind u. a. ein gleichmäßigerer Motorlauf und eine flache, kurze Bauweise, bei allerdings mehr Bauteilen. Ausgleichswellen und an den Kurbelwellenwangen vergossene Ausgleichsgewichte können wegen der sich kompensierenden Massen- bzw. Kolben-Bewegungen entfallen.

Auch der VW Käfer und der Citroën 2CV sind mit einem Boxermotor ausgestattet. Durch ihre Bauweise erzielt Subaru einen sehr tiefen Schwerpunkt im Fahrzeug und einen streng symmetrischen Kraftfluss zu den Antriebsrädern. Der wohl größte Nachteil des Boxermotors liegt aus Sicht der Fertigungstechnik im höheren Material- und Werkzeugeinsatz, der sich im Vergleich zum Reihenmotor bei der Serienfertigung deutlich in Mehrkosten niederschlägt.

Ebenfalls legendär sind die luftgekühlten Porsche-Motoren mit vier und sechs Zylindern, die in den Baumustern 356 und 911 eingesetzt wurden. Unter den Motorrädern ist der luftgekühlte Zweizylinder von BMW sehr bekannt.

Der erste BMW-Motorrad-Boxermotor war ein Einbaumotor für die Victoria-Werke in Nürnberg und orientierte sich stark am Vorbild der englischen Douglas. Der 750er BMW-Boxermotor (Seitenventiler) der BMW R 71 des 2. Weltkrieges wird bis heute vom chinesischen Hersteller Chang-Jiang mit einigen Veränderungen nachgebaut. Auch die russischen Motorradmodelle "Dnjeper" und "Ural" sind Nachbauten von BMW-Motorrädern mit seitengesteuertem Boxermotor.

Im Zweiten Weltkrieg stellte Zündapp das Gespann KS 750 her, dessen Motor streng genommen ein V-Motor mit 170-Grad-Stellung der Zylinder, also ein "Fast-Boxer-Motor" ist. Nach dem Kriege baute Zündapp den legendären "grünen Elefanten" KS 601 mit einem echten Boxermotor mit 180° Winkel zwischen den Zylindern.

Bekannte Hersteller von Boxermotoren

• BMW: Seit 1923 werden Motorräder der R-Baureihe mit Zweizylinder-Boxermotoren gebaut.
• Porsche: Die Sportwagenmarke ist untrennbar mit dem Sechszylinder-Boxermotor verbunden, insbesondere im 911.
• Subaru: Seit 1966 baut Subaru Pkw mit Boxermotoren, die in der Regel über alle vier Räder angetrieben werden.
• VW: Der VW Käfer und seine Verwandtschaft (Bus, Transporter, Karmann Ghia usw.) sind bekannt für ihren luftgekühlten Vierzylinder-Boxermotor.
• Citroën: Der Citroën 2CV (Ente) und dessen verwandte Modelle hatten einen luftgekühlten Zweizylinder-Boxer.

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