Wie macht man etwas sehr gutes noch besser?

Der Jaguar-XK-Motor wurde entwickelt von einigen der besten Ingenieure ihrer Ära und ist sicher zwischen den Motorkonstruktionen aller Zeiten als Klassiker einzuordnen. Obwohl ein schwerer Motor, erreichte er dessen ungeachtet bemerkenswerte Wettbewerbsresultate in den 50ern und als Großserienprodukt stellte er in seiner Klasse für etwa ein Jahrzehnt den Maßstab dar, bis die Konkurrenz aufzuholen begann. Selbstverständlich geht alles einmal zu Ende und das des XK-Motors ist leider vergleichbar mit dem vieler Spitzensportler. Er diente bis weit über den Zenit seiner besten Zeit hinaus, und vielleicht beflecken seine letzten Jahre den Glanz seiner Erfolge.

Der ursprüngliche XK hatte 3,4 Liter Hubraum bei 83mm Bohrung und 106mm Hub. In dieser Größe war der Motor entworfen worden und alle anderen Varianten stellten in irgendeiner Form einen Kompromiß dar, abweichend von diesem Original. (Wobei, um pedantisch zu werden, in einem späten Entwicklungsstadium wurde der Hub von 98 auf 106mm vergrößert, um mehr Drehmoment zu erzielen; der Motor hätte also 3,2 Liter gehabt, und tatsächlich brachte Jaguar 40 Jahre später eine 3,2 Liter-Version des AJ6 Motors heraus).

Auch eine Vierzylinder-Variante erreichte ein spätes Entwicklungsstadium, aber in ähnlicher Weise wie später beim Achtzylinder-Abkömmling des V12 wurde dieser Motor wegen fehlender Reife verworfen und kam nie zur Produktion.

Merkmal eines wirklich guten Produktes ist die Schwierigkeit, es weiter zu verbessern. Im Falle des XK-Motors trifft dies sicher zu und von den Veränderungen, die er im Laufe seiner Produktionszeit erfahren hat, waren relativ wenige als sich lohnende Verbesserungen des Originals hervorzuheben. Als Hinweis für die Seltenheit solch einer Situation soll ein anderer legendärer Motor dienen – der Rolls Royce Merlin Flugmotor, der Maschinen wie Spitfire, Hurricane, Mustang, Mosquito und Lancaster in den Kriegsjahren, in denen der XK vorgestellt wurde, so hervortreten ließ. In seiner ursprünglichen Form war der Merlin mit vielen Problemen behaftet und benötigte einen enormen Entwicklungsaufwand, um zu diesem Weltklassemotor zu werden. Der XK war dagegen perfekt von Anbeginn an.

Das für einen Großserienmotor innovativste Merkmal des XK war die DOHC-Anordnung seiner Nockenwellen zu einer Zeit, als stehende Ventilanordnungen noch üblich waren (Bild 1). Kopfgesteuerte Nockenwellen hatten den Ruf, recht geräuschvoll zu arbeiten, aber eine sorgfältige Entwicklung machte den XK in dieser Hinsicht gut erträglich und der doppelte Kettenantrieb blieb bis zum Schluß bestehen, abgesehen von vereinzelten, kleinen Änderungen. Einer guten Schmierung der Nockenwellen und der Kette wurde viel Aufmerksamkeit gewidmet und dies zahlte sich durch Problemlosigkeit in diesem Bereich aus. Manchmal wird der mechanische Spanner der oberen Kette bemängelt, aber eine kleine Unbequemlichkeit ist das schlechteste, was man wahrheitsgemäß darüber sagen kann.

Schon früh wurde der ursprüngliche Blattfederspanner der unteren Kette ersetzt durch einen hydraulischen Spanner von Reynolds, der ebenso wie die Kettenführungen über die Jahre nur im Detail modifiziert wurde. Zunächst wurden Nocken mit 7,9mm Hub verwendet aus Sorge, ungeschickte und an einfache Motoren gewöhnte Mechaniker

könnten die Ventile bei Reparaturen verbiegen. Diese Vorsicht erwies sich als unbegründet und Nocken mit 9,5mm Hub wurden eingeführt, zunächst nur als Extra, dann erst in Serie. Ebenfalls sehr früh wurde von der Zahnradölpumpe auf die Hobourn Eaton-Läufer-Pumpe umgestellt. Einige andere Veränderungen waren sicher Vorteilhaft – z.B. der stark überarbeitete Block mit langen Stehbolzen bot eine direktere Kraftübertragung zwischen Kopf und Hauptlagern, sorgte für sichere Pressung der Zylinderkopfdichtung und beseitigte die Verformung der Zylinderbohrungen, welche nach dem aufbohren auf 4,2Liter auftrat (diese Lektion war bei der Entwicklung des Blocks für den AJ6 noch nicht vergessen – dort werden die Zugkräfte von großen Versteifungsrippen außen an der Blockstruktur aufgenommen).

Die mechanischen Geräusche wurden 1966 durch die Einführung modernerer, parabolischen Nockenprofilen weiter

reduziert, welche geringere Beschleunigungen auf den Ventiltrieb aufbringen als die vorher verwendeten, simplen 3-Bogen Nockenprofile.

Nur ungern erwähne ich die fürchterlichen Ölschlammfänger in der XK Kurbelwelle – vielleicht das schlimmste Merkmal. Nichts konnte schädlicher sein als ständig Abriebteilchen, die ihren Weg weit in den Motor fanden, dort zu sammeln und so ein potentielles Problem bei hoher Laufleistung zu erzeugen.

Zylinderkopfevolution

Die Vorteile der sogenannten „straight port heads“, mit denen der XK bis zum Ende gebaut wurde, sind strittig.

Das ursprüngliche Design beinhaltete eine durchaus vorhandene Krümmung der Einlaßkanäle, um eine Verwirbelung der einströmenden Luft zu bewirken, damit diese um die Zylinderachse im Brennraum rotiert (Bild 2). Solche Wirbel sind bekanntermaßen förderlich für die Unterstützung einer effizienten Verbrennung des Gemisches und das war damals der richtige Weg, bevor der größere Vorteil von horizontalen Wirbeln, ein Merkmal von modernen Vierventilmotoren, bekannt wurde – diese führen mehr Gemisch in die Nähe der Zündkerze und erreichen so eine bessere Flammenausbreitung. Tatsächlich gab es einen aus dem C-Type verbesserten Kopf mit gekrümmten Einlaßkanälen, kurioserweise als B-Type Kopf bezeichnet.

Unbelastet von Anforderungen an den Teillastbereich benötigt ein Rennmotor maximale Durchströmung, bei voll geöffneter Drosselklappe sich selbst reich mit Füllungsturbulenz versorgend (ob effizienter als Wirbel ist fragwürdig), und daher wurden geradlinige Einlaßkanäle bald im Rennsport und darauffolgend auch bei Hochleistungsstraßenfahrzeugen eingeführt. Die Geschwindigkeit der Gase steigt mit der Hubraumgröße an und als der XK auf 3,8 Liter und schließlich auf 4,2 Liter wuchs, begünstigte dies die Vorteile des „straight port head“ und es machte wirtschaftlich Sinn, sich auf einen Typ zu beschränken. In seinen Varianten besaß der XK Zylinderkopf immer überdurchschnittlichen Gasdurchsatz, aber der Ventilwinkel war viel größer als nun eigentlich wünschenswert und der daraus resultierende, tiefe halbkugelförmige Brennraum war im nachhinein weniger als ideal für eine gute Verbrennung.

Obwohl niemals ein Vergleich durchgeführt wurde, ist es gut möglich, daß der ursprüngliche Kopf mit gekrümmten Kanälen ein höheres Drehmoment im mittleren Drehzahlbereich, bessere Teillastökonomie und vor allem geringere Schadstoffanteile im Abgas gehabt hätte. Die größere Bohrung der 3,8 und 4,2 Liter Motoren erzeugte am Rand des Brennraums ein Quetschband, um das äußere Gemisch zurück in den Brennraum zu drücken, aber das hatte keine große Wirkung.

Mit Rücksicht auf die unvollkommene Teillastverbrennung ist interessant zu betrachten, wie weit zurück (schon hinter dem Getriebe) der Katalysator bei den Vergasermodellen plaziert ist, (alle mit „straight port head“) ein Indiz für eine gehörige Portion nach dem Brennraum stattfindende Verbrennung. Zusatzlufteinblasung in den Abgaskrümmer und die Anordnung des Katalysators weit zurück hielt seine Temperatur in Grenzen.

Der ultimative Renn-Zylinderkopf war natürlich der sogenannte Weitwinkelkopf 35/40 Version (Bild 1+3), verwendet im späten D-Type und im “leightweight” E-Type, mit verschiedenen Ventilgrößen und in Einfach- und Doppelzündungsversion (sehr rar), die letztere verzeichnete keine Vorteile.

Die Werte der Ventilwinkel beziehen sich zur Vertikalen und die Auslaßventile wurden um 5° mehr nach außen abgewinkelt, damit sich größere (2“ statt 2 3/32“) Einlaßventile verwenden ließen. Gleichzeitig wurde der Durchmesser der Tassenstößel für die Nockenwellen mit 7/16“ Hub vergrößert. In der anhaltenden Jagd nach mehr Leistung ersetzte man die drei Weber-Doppelvergaser durch eine Lucas Kraftstoffeinspritzung mit sorgfältig angepaßten Ansaugrohren und Drosselschieber (Bild 4). Technologisch war dies so ein Riesenschritt vorwärts, daß die gleiche Grundlage des Einspritzsystems auch 1980 in der Formel 1 Einzug hielt, bis es schließlich durch elektronisches Motormanagement abgelöst wurde.

Kraftstoff, Zündkerzen

Über die Jahre kam eine Vielzahl von Vergaseranlagen zur Anwendung. Die Anordnung mit zwei SU war davon die gebräuchlichste, wobei verschiedene Typen (H,HD, HS, HIF) zum Einsatz kamen und die Größe von 1,75 Zoll (beim XK120 sowie den meisten frühen Limousinen) bis 2 Zoll in späteren Jahren anwuchs. Bei den meisten 2,4 Liter wurden 24mm Solex Fallstromvergaser verwendet, obwohl auch dort auf Wunsch die 1,75 Zoll SU verbaut wurden, was bei den späteren 240ern dann wieder Standard wurde.

Und natürlich hatten die Mk10 und E-Typen die 3-fache 2 Zoll-SU-Anlage (Bild 5). Von den späten 60er Jahren an verboten die amerikanischen Schadstoffvorschriften die weitere Verwendung der SU für diesen Markt und wurden ersetzt durch zwei Stromberg CD, welche präziser gefertigt wurden und eine raffiniertere Steuerung während der Warmlaufphase boten. Die Warmlaufphase war bei der Firma SU nie groß berücksichtigt worden – die elektrisch gesteuerte Starterklappe der frühen SU funktionierten kaum befriedigend, und der spätere AED erwies sich als völlig hoffnungslos.

Schlußendlich wurden auch die Stromberg´s ersetzt durch die Bosch/Lucas L-jetronic Kraftstoffeinspritzung, was dem XK auch in den späten 70ern die Erfüllung noch härterer Vorschriften der Abgasgesetze möglich machte mittels 3-Wege-Katalysatoren und deren Regelung per Lambda-Sonde. Diese Elektronische Kraftstoffeinspritzung

basierte auf einer Massenstrommessung der Ansaugluft entgegen der beim V12 verwendeten Saugdruck/- geschwindigkeitsmessung und es gab einige Diskussionen darüber, wie die Kalibrierung der Prüfstandswerte am Besten in die Serie zu übertragen wäre. Dabei ging es nur darum, diese Werte richtig zu interpretieren, damit bei der Anwendung in der Serie das Gemisch nicht generell 4-5% fetter war als es sein sollte. Dies war jedoch lange vor Serienanlauf gelöst worden (Bild 6).

Der 4,2Litre XK mit Kraftstoffeinspritzung war der letzte Volumenmotor in der Produktion und endete mit der Serie III XJ-Limousine.

Nur der Vergasermotor wurde noch einige Jahre länger in der Daimler-Repräsentationslimousine eingebaut.

Der XK bei den Streitkräften

Wer in den 70er oder 80er Jahren über das Gelände von Jaguar ging, konnte von Zeit zu Zeit einen häßlichen, in fahlem hellgrün völlig überlackierten XK mit einem großen schwarzen, oben auf dem Ansaugtrakt thronenden Vergaser sehen. Es handelte sich dabei um die Militärversion, welche im leichten Panzerwagen Skorpion und seinen Derivaten zum Einsatz kam. Abgesehen von dem enormen Solex Fallstromvergaser, welcher eher auf einen Flugmotor aus dem 2.Weltkrieg gepaßt hätte, fiel als weiterer äußerlicher Unterschied der massive, voll abgeschirmte und wasserdichte Verteiler mit dicken, geschirmten und verschraubten Zündkabeln auf, welche auf die Schäfte von ungewöhnlich aussehenden Zündkerzen aufgeschraubt waren. Verständlicherweise mochten die Militärs keine Interferenzen verursachenden oder durch Feuchtigkeit ausfallenden Zündanlagen.

Ein veränderter Ansaugschnorchel mit Flammenfalle war eine weitere Anforderung der Militärs; verständlicherweise haben diese eine Abneigung gegen brennende Motoren (Bild 7).

Die Produktionseinrichtungen:

Nun ist es an der Zeit zu sehen, wie der XK hergestellt wurde. Es ist ziemlich sicher überliefert, daß Sir William Lyons die Produktionsanlagen für den XK-Motor von Sir John Black von Standard Cars kaufte, dergestalt, daß der kluge Kopf ohne zu zögern den Scheck unterschrieb, bevor Black es sich anders überlegen konnte.

So wurde ein sehr fortschrittlich konstruierter Motor mit gebrauchten Werkzeugen produziert. Wenn die Maschinen in gutem Zustand sind, kann ein kleverer Geschäftsmann aus einer solchen Situation durchaus Profit schlagen, aber mit zunehmendem Verschleiß häufen sich die Probleme und die Genauigkeit ist nicht mehr gewährleistet. Ich möchte bezweifeln, daß auch nur in Betracht gezogen wurde, daß die gleichen Maschinen noch 30 Jahre später (und länger) in Gebrauch sein würden, wobei selbstverständlich doch manches erneuert wurde (Bild 8).

Vermutlich war es leichter für BL, es einfach laufen zu lassen und den Druck zu erhöhen, um die Produktion im Interesse eines verzweifelt benötigten, kurzzeitigen cash-flows aufrecht und innerhalb des Kostenrahmens zu halten, ohne dabei den Einfluß auf den zukünftigen Absatz zu berücksichtigen. Es ist leicht, nun BL für die Versäumnisse von Jaguar verantwortlich zu machen, denn fairerweise hatte BL kein Monopol auf das treffen falscher Entscheidungen. Wer daran zweifelt, möge sich nur mal die faden und unattraktiven Karosseriefarben betrachten, die Jaguar in den 70ern anbot.

Was folgt dann?

Selbstverständlich hätte ein Ersatz für den XK zu einem weit früheren Zeitpunkt eingeführt werden müssen, aber weder der angestrebte V8-Ableger des V12 war gut genug noch die Prototypen von 2- und 4-Ventil-Sechszylinderreihenmotoren, die auf einer Zylinderbank des V12 basierten. Gut möglich, daß der V12 nie die Produktionsreife erlangt hätte, wäre dies damals schon bekannt gewesen. Dies ist leicht an der 2,9Liter-Variante des AJ6 Motors zu sehen, der Teile des Reihenmotors und des V12 vereint; faktisch entstand der AJ6 jedoch aus einem Vierventil-Entwurf basierend auf dem XK-Motor in den späten 70ern (Bild9). Die beim XK vorhandene Anordnung der Zylinderkopfschrauben nötigte zu dem kuriosen Merkmal, daß diese Stehbolzen durch die Kappen der Nockenwellen führten, was dann auch beim AJ6/ AJ16 Motor übernommen wurde. Als das Projekt voranschritt, vergrößerte man den Abstand der Zylinderbohrungen auf das beim V12 verwendete Maß, um später den May-Zylinderkopf einfacher adaptieren zu können (beim 2,9Liter).

Der Verfall in den 70ern

Gegen Ende der 70er traten die Mängel des kränkelnden XK immer mehr hervor und sein Ruhm verblaßte. Die Zahl der Bohrstufen wurde ebenso reduziert wie die der Kolbenstufen; Kolben/Zylinderpassungen, die in den 50ern zu schlecht erschienen, waren nun für die 70er akzeptabel. Kolbenschlag bei kaltem Motor wurde hörbar, ebenso wie das Pochen am Kolbenbolzenauge, welches am besten einige Meter vor dem Fahrzeug stehend zu hören war. Die meisten Triebwerke waren nicht so schlecht, aber die schlimmsten wurden etwas zu „klapprig“ für ein Qualitätsprodukt.

Etwa zu dieser Zeit wurde der Ölsumpf abgeändert und dies hatte weitere Probleme zur Folge. Um die immer schärferen Abgasbestimmungen in den USA zu erfüllen, wurde der XK bekanntlich mit der L-Jetronic und 3-Wege Kat ausgerüstet, welcher näher zum Motor hin im Auspuff sitzen sollte als der zuvor verwendete Oxydationskatalysator. Der einzige Weg, den Kat unterzubringen, lag im Abschneiden des im Weg befindlichen „Ohrs“ an der Ölwanne. Irgend jemand schlug vor, beide „Ohren“ zur Vereinfachung des Gussteiles wegzulassen und statt dessen den Ölstand im Motor einfach etwas anzuheben – gesagt, getan. Einige Zeit später bemerkte man, daß bei einem bergauf stehenden Wagen bei Leerlaufdrehzahl die Wangen der Kurbelwelle in das Öl eintauchten und dabei ein leicht mit einem Pleuellagerschaden verwechselbares Geräusch verursachten. Zufällig, und um die Verwirrung komplett zu machen, waren zu diesem Zeitpunkt einige reale Lagerschäden aufgetreten.

Probleme mit den Kurbelwellenlagern waren beim XK zwar nicht unbekannt, aber die Schadensanzahl um 1978 war bei weitem die höchste.

In der nun existierenden Situation konnten Motoren aus der Produktion mehrere Fehler aufweisen: Kolbenschlag, Pleuelschlag, Ölschlag und Kurbelwellenlagerklopfen. Das Ganze wurde weiter kompliziert durch Variation der Oberflächenbearbeitung beim Schleifen der Kurbelwelle, und weil einige Motoren nicht laut waren, aber an einem Lagerschaden litten, und andere klopften gut hörbar ohne jeden Defekt an den Lagern.

Ebenfalls in diesem Zeitraum wurde entschieden, die Genauigkeit der Passungen für die Stößelführungen lascher zu handhaben, was für eine Weile gut ging, bis die Führungen begannen sich im Betrieb zu lösen. (Geradezu ein Sinnbild für Qualität des Tempergusses von Jaguar wurde durch dieses Problem sichtbar: wenn die Nockenwelle fröhlich eine lose Führung nebst Stößel entzwei hämmern konnte, ohne dabei Schaden zu nehmen!) Sogar der bislang als fehlerfrei geltende Zahnradantrieb des Verteilers zeigte Ausfallerscheinungen nach einer winzig kleinen Modifikation.

Eine weitere Veränderung war die Kürzung der Lagerzeit für die Motorblöcke, von 6 Monaten auf 3 Monate, nach der gängigen Praxis, die Gußteile zur Stabilisierung und natürlichen Materialentspannung im Freien liegen zu lassen, bevor die maschinelle Bearbeitung begann. Es gibt keinen völlig steifen Motor und es war bekannt, daß Abweichungen von bis zu 0,25mm rund um die zentrale Lagerstruktur des XK-Blockes bei hohen Drehzahlen auftreten konnten, was einen Eindruck der Belastung schon unter normalen Betriebsbedingungen vermittelt. Die Reduzierung der Auslagerzeit für den Block mag also zu der Ausbildung feiner Risse zwischen den Bohrungen beigetragen haben, die nun schon bei der kleinsten Überhitzung üblich wurden. Der zuvor erwähnte, sogenannte „geschlitzte Block“ machte zu dieser Zeit seine Aufwartung, um die Produktion weiter zu vereinfachen. Eine Welle, bestückt mit einer Zahl runder Fräser, erzeugte Schlitze quer zwischen jedem Paar von Zylinderkopfstehbolzen, als Kühlwasserkanäle zwischen den Bohrungen ohne Notwendigkeit für Zylinderlaufbüchsen. Es hatte seinen Grund, daß einige der frühen Motoren mit diesen Blöcken sehr hohen Ölverbrauch hatten, während andere wiederum keinerlei Problem damit hatten – für XK-Verhältnisse – obwohl der XK in dieser Beziehung nie Rekorde gebrochen hat.

Tatsächlich waren viele dieser Probleme, abgesehen von dem des 2,8Liter, größtenteils begründet im zunehmendenAlter des XK´s und dem Zustand der Fertigungsanlage, mit der er produziert wurde – nicht zu vergessen die lustlosen Arbeiter, zusätzlich gereizt von einem kurzsichtigen Management. Eine Ausnahme jedoch war das „Lager-Problem“ – und um die Ursache dafür zu finden, müssen wir in der Zeit zurück gehen – zum Mk X SALOON.

Die Legende der Motorlager

Es hatte sich gerade herausgestellt, daß die Karosse des Mk X im Gleichklang mit, und dies verstärkend, dem regulären Hauptlagergeräusch der Kurbelwelle eine Resonanz ausbildete. An Stelle einer Neukonstruktion der Karosse erschien eine Änderung an den Lagern als halbwegs leichtere Alternative, um die Kurbelwellenvibrationen in einen anderen Frequenzbereich zu verschieben. Eine tatsächlich effiziente Methode zur Reduzierung des Hauptlagergeräusches ist ein leichtes verbiegen der Kurbelwelle (oder auch eine absichtliche Fertigung außer Maß, wie es einige Hersteller zu tun wußten), aber man nahm solches als undurchführbar für die Fertigung an.

Die von Jaguar gewählte Methode wechselte von einer vollen Nut (zur Ölführung) im Lager zu einer halben Nut dergestalt, daß die untere Lagerschale über den größten Teil ihrer Oberfläche plan war. Immer schon hatte der XK Kreuzbohrungen an den Hauptlagern und daher sollte so oder so die Ölzufuhr zu der einen oder anderen Seite und damit die Versorgung des Lagerzapfens gewährleistet sein – dachte man jedenfalls.

Dummerweise erzeugt eine sich drehende Kurbelwelle Zentrifugalkräfte im Öl innerhalb seiner Ölbohrungen, und das Öl muß diese Kräfte erst zum Durchdringen des Hauptlagers überwinden, bevor es schließlich zum Pleuelzapfen geschleudert wird. Jede eingedrungene Luft schien im Zentrum der Welle zu verharren. Die durch Fliehkräfte erzeugten Drücke am Pleuellager steigen quadratisch mit der Drehzahl der Welle an und werden bei hohen Drehzahlen beträchtlich sein. Jedes außergewöhnliche Spiel im Pleuellager wird dann zu große Leckverluste verursachen. Faktisch war zu Beginn der Entstehung des XK einiges an Entwicklungsarbeit zur Bändigung der Zentrifugalkräfte nötig und resultierte in den im idealen Winkel gebohrten Ölbohrungen, doch nun hatte sich die Situation wegen des verringerten Ölstromes zum Schlechteren hin verändert.

Das in die Pleuellagerbohrungen eindringende Öl aus den Hauptlagerschalen ist ebenfalls zentrifugalen Kräften unterworfen, welche dem Ölfluß entgegen wirken und sicher wird irgendwann eine kritische Drehzahl erreicht, hoffentlich weit oberhalb der normalen Betriebsdrehzahl, wenn die in den Hubzapfen fließende Ölmenge den ständigen Ölverlust am Pleuellager noch ohne katastrophale Folgen ausgleicht. Sehr hoch drehende Rennmotoren haben sehr hohe Öldrücke und ihre Ölbohrungen sind gerade unterhalb der Oberfläche des Lagers in der Nähe der Drehachse, in jedem Fall auch von geringerem Durchmesser, um diese Problematik zu umgehen. Cosworth prägte den Begriff der „Niederdruck-Kurbelwelle“ mit erscheinen dieses Prinzips im legendären DFV-Motor, aber soweit ich mich entsinne, entstammte die Idee dazu aus den BRM V8 aus den frühen 60ern (Bild 10).