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Einzylinder-Motorräder gelten als die Urform der zweirädrigen Fortbewegung. Die BMW F 650er Modelle und die G 650 X Reihe folgen der Maxime, dass weniger mehr ist. Ihr Markenzeichen ist der robuste, wassergekühlte Einzylinder-Viertaktmotor. Durch seinen unkomplizierten Aufbau, starkes Drehmoment und hohe Laufkultur ist er prädestiniert für den Einsatz in leichten Enduro-Motorrädern – also in Maschinen, die sowohl im Straßenbetrieb als auch im Gelände eine gute Figur machen. Sein geringer Kraftstoffverbrauch hat zudem günstige Betriebskosten in dieser Einsteigerklasse zur Folge.
Der flüssigkeitsgekühlte Einzylinder-Viertaktmotor mit 652 Kubikzentimetern Hubraum verfügt über eine aus Einzelteilen zusammengepresste Kurbelwelle, die im vertikal teilbaren Gehäuse in Gleitlagern rotiert. Ebenso gleitgelagert ist das Pleuel, dessen unteres Pleuelauge ungeteilt ist. Wie bei sämtlichen Motoren der Marke üblich, läuft der Kastenkolben in einer Nickel-Silizium-Karbid beschichteten Zylinderlaufbahn, die für minimalen Verschleiß der Flächen und somit hohe Laufleistungen sorgt. Um die Massenkräfte erster Ordnung auszugleichen, dreht sich eine von Stirnrädern angetriebene Ausgleichswelle gegensinnig zur Kurbelwelle. Sie ist vorn im Motorgehäuse vor der Kurbelwelle platziert und treibt wiederum die Wasserpumpe an.
Um möglichst viel Bodenfreiheit für Geländefahrten zu schaffen, sorgt eine Trockensumpfschmierung für die Umwälzung des Ölvorrats. Der moderne Zylinderkopf in Vierventiltechnik beherbergt zwei obenliegende Nockenwellen (dohc steht für „double overhead camshafts“), die über Tassenstößel direkt auf die Ventilschäfte wirken. Eine Rollenkette mit hydraulischem Kettenspanner stellt den Kraftschluss zwischen Kurbelwelle und den Nockenwellen her.
Das Einzylinder-Triebwerk bezieht das Benzin-Luftgemisch aus einer Kraftstoffeinspritzung. Die Einspritzung wird von einer Elektronik gesteuert und kontrolliert. Damit ist ebenfalls gewährleistet, dass der geregelte Dreiwege-Katalysator im Endrohr die Abgase optimal reinigt. Der bis zu 53 PS starke Einzylindermotor, der zudem für Führerscheinneulinge in einer gedrosselten Version mit 34 PS angeboten wird, leitet seine Kraft über eine Mehrscheiben-Ölbadkupplung an ein klauengeschaltetes Fünfganggetriebe weiter.
Die Fachpresse bescheinigt den Einzylindermodellen von BMW Motorrad durchgehend eine für dieses Motorenkonzept besonders vibrationsarme und drehmomentstarke Leistungsentfaltung.
