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Kfz-Technik - Mehrzylinder



Mehrzylindermotoren haben zunächst einmal eine bessere Verteilung des Hubraums und einen gleichmäßigeren Motorlauf. Die Zylinder und damit besonders die Kolben werden kleiner. Außerdem sinkt bei geringerem Hub je Einzelzylinder die mittlere Kolbengeschwindigkeit. Entscheidet man sich bei der Konstruktion für einen geringeren Hub, dann wird dadurch ein höheres Drehzahlniveau und damit mehr Leistung möglich.

Es gibt eine Norm, wie die Zylinder gezählt werden sollen. Dabei soll der erste Zylinder immer gegenüber der Kraftabgabe (Kupplung) liegen. Französische Hersteller beginnen bisweilen am Schwungrad. Bei V- oder Boxermotoren ist er eigentlich als der von der Kraftabgabeseite aus gesehen rechte Zylinder festgelegt. Es soll dann immer erst eine Reihe durchgezählt und dann an der anderen wieder von vorn begonnen werden. Während dieses Schema bei Produzenten von Reihenmotoren weitgehend eingehalten wird, halten sich z.B. von den Herstellern von Boxermotoren nur wenige daran. Es gibt allerdings wesentlich mehr Reihen- als Boxermotoren.

Zweizylinder-Reihenmotor . . .


kfz-tech.de/YME8

Beim Viertakter verbessert der Zweizylinder-Reihenmotor trotz höherem Bauaufwand den Massenausgleich gegenüber dem Einzylinder nicht wesentlich, vermeidet aber drei aufeinander folgende Leertakte und führt damit zu einem ruhigeren Motorlauf. Zusätzlich bleiben natürlich die üblichen Vorteile von Mehrzylindermotoren. Der Hubraum wird auf zwei Zylinder verteilt, was die Beanspruchung senkt und z.B. das Drehvermögen und die Leistung erhöht.

Die Bälle symbolisieren die Zündung . . .


kfz-tech.de/VME1

Beim Zweitakter ergeben sich bei dieser Bauweise keine Leertakte und die Massenkräfte erster Ordnung (Hubbewegungen) gleichen sich völlig aus. Früher war diese Antriebsart sogar in Fahrzeugen zu finden. Er galt als das, was heute den Vierzylinder bei Viertaktern ausmacht. Darüber gab es nur noch den Dreizylinder-Reihenmotor, der schon mit dem Viertakt-Sechszylindermotor verglichen wurde.

Beim Zweitaktmotor ist eine Kurbelwelle mit zwei um 180° versetzt angeordneten Kröpfungen üblich. Die Kolben führen eine genau gegenläufige Bewegung aus. Hier erfolgt jede halbe Umdrehung ein Arbeitstakt, während beim Viertakter im Regelfall dazwischen noch ein Leertakt vorhanden ist.

Dreizylinder-Reihenmotor


kfz-tech.de/YME9

Beim Viertakt-Dreizylinder-Reihenmotor verbessert sich der Massenausgleich gegenüber dem Zweizylinder entscheidend. Es gibt nur noch drei jeweils 60° Kurbelwinkel lange Leertakte. Bauaufwand, innere Reibung (Kraftstoffverbrauch) und Baulänge sind geringer und machen ihn bei steigender Hubraumleistung als Ersatz für den Vierzylinder interessant. Seine Kurbelwelle ist zwar kürzer, hat aber Kröpfungen in drei Ebenen.

Jeder Kolben hat seine eigene Kurbelwellenkröpfung. Die Kolben durchlaufen ihre Hübe zu verschiedenen Zeiten. Der Zündabstand beträgt 240°. Der Dreizylinder-Viertakter arbeitet exakt wie ein halber Sechszylinder. Der ungünstigere Momentenausgleich wird meist durch eine zusätzliche Ausgleichswelle verbessert.


kfz-tech.de/YME10

Vierzylinder-Reihenmotor


kfz-tech.de/YME2

Während bei den vierrädrigen Fahrzeugen der Vierzylinder-Reihenmotor eher mit dem Dreizylinder-Reihenmotor konkurriert, tut er dies bei den Zweirädern, von Ausnahmen abgesehen, mit dem Zweizylinder-V-Motor gleichen Hubraums. Hier ergeben sich folgende grundsätzlichen Vorteile, die im Einzelfall natürlich durch Auslegung der Hersteller auch verschenkt werden können:

- höheres Drehvermögen und Leistungsabgabe durch kleinere Einzelhubräume,
- geringeres Motorgewicht wegen kompakter Bauweise,
- größere Strömungsquerschnitte insgesamt,
- ausgeglichener Motorlauf durch mehr und besser verteilte Zündungen.


kfz-tech.de/YME3

Der Vierzylinder-Reihenmotor hat die kleinste Zylinderzahl, die beim Viertaktmotor Leertakte vollständig vermeidet, weil immer ein Zylinder einen Arbeitstakt ausführt. So verbindet dieses Motorkonzept relativ geringen Bauaufwand mit guter Arbeitstaktverteilung und günstigem Massenausgleich und kommt immer noch am häufigsten vor.

Die beiden äußeren Kolben bewegen sich in entgegengesetzter Richtung zu den beiden inneren Kolben. Der Zylinder gegenüber der Kraftabgabeseite wird meist als der 1. Zylinder bezeichnet. Es ergeben sich die beiden Zündfolgen 1342 (Bild oben) und 1243, bei denen jeweils die 1 und die 4 festliegen. Die Kurbelwelle hat bei sehr alten Motoren 2, bei älteren 3 und bei allen neuen 5 Hauptlager.

Die vertikalen Bewegungen des Motors sind ausgeglichen. Jedoch die jeweils unterschiedliche Pleuelauslenkung erzeugt Drehschwingungen, die z.B. durch Ausgleichswellen gemildert werden können.

Fünfzylinder-Reihenmotor


kfz-tech.de/YME11

Der Fünfzylinder-Reihenmotor soll höheres Drehmoment und höhere Leistung mit nicht zu großen Einzelhubräumen verwirklichen und trotzdem evtl. noch für den Quereinbau (z.B. Volvo) geeignet sein. Bei einem Zylinderkopf gegenüber einem echten V-Motor bleiben die Kosten geringer. Eine Motor-Baureihe (Vier-, Fünf- und Sechszylinder) mit möglichst vielen gleichen Bauteilen (Kolben, Pleuel, Ventile) wird möglich (Downsizing).

Zündfolge . . .


Durch fünf Kurbelwellenkröpfungen mit unterschiedlichen Winkeln führen die einzelnen Kolben ihre Hübe zu unterschiedlichen Zeiten aus. Es gibt heute keinen Motor mit vergleichbarer Zylinderzahl außer V-5 und B-6, bei dem alle Pleuel eine eigene Lagerung auf der Kurbelwelle haben. Es ist die kleinste Zylinderzahl, bei der sich die Arbeitstakte überlagern. Zündfolge 12453, Zündabstand 144°.

Nachteil

Die Massenkräfte sind gegenüber dem Sechszylinder-Reihenmotor und sogar gegenüber dem Vierzylinder-Reihenmotor weniger ausgeglichen. Außerdem sind besonders bei Längseinbau Schwingungsprobleme möglich.

Sechszylinder-Reihenmotor


kfz-tech.de/YME12


kfz-tech.de/PME19

Der Sechszylinder-Reihenmotor verbindet optimale Laufkultur mit höheren Leistungserwartungen ohne die Nachteile von aufgeladenen Vierzylindern. Dabei nimmt man den relativ höheren Bauaufwand und Schwierigkeiten beim Quereinbau in Kauf.

Zündfolge


Wie beim Vierzylinder bewegen sich die Kolben 1 und 6, 2 und 5, 3 und 4 jeweils gleich, d.h. die Vorgänge in den ersten drei Zylindern verhalten sich spiegelbildlich zu den in den anderen drei Zylindern. Dies begründet seine nahe Verwandtschaft zum Dreizylinder. Vom Vierzylinder unterscheidet ihn, dass nicht alle Kröpfungen der Kurbelwelle in einer Ebene liegen. Sie sind jeweils um 120° zueinander versetzt. Der Zündabstand beträgt ebenfalls 120°. Theoretisch gibt es mehrere mögliche Zündfolgen, in der Praxis jedoch meist eine: 1-5-3-6-2-4.


kfz-tech.de/PME20

Unten ist die Kurbelwelle dargestellt. Man erkennt neben der schon erwähnten Kröpfung in drei Ebenen Unterschiede in der Breite zwischen Pleuel- und Hauptlagern, bei denen das Mittellager ebenfalls durch besondere Breite auffällt. Da zwischen zwei Pleueln jeweils ein Hauptlager angeordnet ist, gibt es insgesamt 13 Gleitlager. Sind diese geteilt, so ergeben sich 26 Lagerschalen.


kfz-tech.de/PME21

Zweizylinder-V-Motor - Honda mit Flüssigkeitskühlung


kfz-tech.de/PME22


Beim V-2 immer auf die Kröpfungen an der Kurbelwelle achten

Der Zweizylinder-V-Motor ist nur noch bei Motorrädern vorhanden, in allen möglichen Winkeln zwischen den Zylindern (siehe unten). Die beiden Kolben sind nicht immer nur mit einem Kurbelzapfen verbunden. Oft gibt es zwei um den Zylinderwinkel versetzte mit Fahrtwindkühlung. Für diesen Fall gilt das obige Taktschema. Eine gleiche Verteilung der Arbeitstakte gibt es nur bei absolut gleicher Bewegung der beiden Kolben in ihren Zylinderbahnen. Trotzdem entstehen auch hier Massenkräfte erster und zweiter Ordnung. Der Zweizylinder-V-Motor ist also in Bezug auf einen ruhigen Motorlauf kein Musterknabe.

Schwingungsverhalten schlechter, Handling besser als Boxermotor

Im Motorradbau kommen relativ ungefiltert auf den/die Fahrer(in) auftreffende Schwingungen von Motoren noch relativ häufig vor. Dies liegt auch an der häufig festen Motoraufhängung, die Schwingungen auf das ganze Fahrzeug überträgt. Wichtig sind beim Motorrad allerdings die Breite eines V-Antriebs auch wegen möglicher Schräglagen und zur Realisierung eines niedrigen Einbau- und damit Schwerpunktes. Hier verdient der Zweizylinder-V-Motor seine Meriten.

Harley Davidson mit Fahrtwindkühlung


kfz-tech.de/PME23

Längs eingebaut ist die Kühlung der beiden relativ frei im Wind stehenden Zylinder optimal. Allerdings erfordert dann evtl. die Verbindung zum Hinterrad mehr Aufwand. Liegt der Motor quer, sind Primär- und Sekundärantrieb kein Problem, aber der hintere Zylinder erhält bei Fahrtwindkühlung weniger Luft. Hier könnte Flüssigkeitskühlung Abhilfe schaffen. Dafür ist allerdings die Breite gering und die Drehmomentabstützung des Triebwerks erfolgt ebenfalls in die optimale Richtung.

Den V-2 gibt es auch mit viel Hubraum und relativ wenig Drehzahl

Wer übrigens glaubt, Motorradmotoren wären immer hubraumschwach und hochdrehend, der wird besonders bei den Zweizylinder-V-Motoren eines besseren belehrt. Hier gibt es maximale Gesamthubräume von mehr als 2 Liter und - dazu passend - die kostengünstige Betätigung der Ventile über Stößelstangen von einer unten liegenden Nockenwelle. Das Drehzahlniveau liegt dann natürlich im Pkw- Bereich oder sogar darunter.

Zylinderwinkel nach Herstellern
Aprilia60°
Ducati90°
Harley-Davidson45°/60°
Honda52°/80°
Indian42°
Mercedes72°
S&S45°/56,25°
Suzuki75°
Vincent47°

Vierzylinder-V-Motor - Ford


kfz-tech.de/PME24

Ja es hat ihn gegeben, sogar relativ verbreitet in Ford- und Saab-Fahrzeugen der Sechziger bis Achtziger Jahre des vorigen Jahrhunderts. Er baute kurz, war also für Frontantrieb längs geeignet, war aber aufwendiger zu produzieren als ein Reihenmotor.

Im Motorradbereich kam er öfter vor, z.B. bei Honda, Yamaha und Aprilia. Hier spielt die Kompaktheit eine größere Rolle als der kompliziertere Aufbau. Dabei kann durchaus für jedes Pleuel ein eigener Kurbelzapfen zur Verfügung stehen.

Sechszylinder-V-Motor


Zündfolgen
VR-Motor1 5 3 6 2 4
(Kurbelwelle wie Reihenmotoren)
V-Motor 1 6 2 4 3 5

Der VR-6 ist kein echter V-Motor.

Grundsätzlich existiert dieser Motor in zwei Bauformen. Der Reihen-V-Motor entspricht dem Fünfzylinder-VR-Motor. Bei der anderen Bauform handelt es sich um einen echten V-Motor. Hier unterscheidet man die klassischen mit je zwei Pleueln auf einem Kurbelzapfen und besonders beim Sechszylinder eine neuere Form, bei der jedem Zylinder eine eigene Kurbelwellen- Kröpfung zugeordnet ist (1. Bild). Der höhere Bauaufwand wird durch eine absolut gleichmäßige Verteilung der Arbeitstakte für eine bessere Laufkultur gerechtfertigt.

Alfa-Motor - quer


kfz-tech.de/PME25

Ein solcher V-Motor hat also zwei Zylinderbänke mit separaten Zylinderköpfen. Er ist wesentlich kürzer als der Reihenmotor und der Sechszylinder VR-Motor. Man spricht von einer höheren Leistungsdichte. Das macht ihn für Längs- und Quereinbau gleichermaßen attraktiv.

Den seidenweichen Lauf eines BMW-Reihen-Sechszylinders erreicht er nicht.

In Kauf nehmen muss man eine gewisse Unruhe, die von ihm ausgeht. Was die Massenkräfte 1. und 2. Ordnung angeht, ist er bei weitem nicht so ausgeglichen wie seine Reihen- und Boxerkollegen. Deshalb sind nicht selten Ausgleichswellen eingebaut.

Motorblock - Aluminium 1


kfz-tech.de/PME26

Allerdings kann er durch die kurze Bauart mit einem günstigen Leistungsgewicht punkten. Auch ist die kurze Kurbelwelle weniger belastet, weil die hier auftretenden Drehschwingungen umso höher sind, je länger die Welle ist. Hinzu kommt durch weniger Hauptlager auch noch eine etwas geringere Verlustleistung.

Motorblock - Aluminium 2


kfz-tech.de/PME27

Kein Wunder, dass dieser Motor nach dem Vierzylinder-Reihenmotor zu den am häufigsten vorkommenden zählt. Nur BMW mit seinem legendären Reihen-Sechser bleibt standhaft. Ansonsten gibt es kaum eine größere Firma, die ihn nicht im Programm hat, bisweilen erweiterbar als V-Acht- und sogar Zehnzylinder.

Wie sieht ein klassischer V-Motor aus?

Das führt zu der schwierigen Frage des Winkels zwischen den beiden Zylinderbänken. Grundsätzlich ergibt sich der Zündwinkel, indem man 720° durch 6 teilt zu 120°. Bei einem solchen Bankwinkel wäre eine denkbar einfache Kurbelwelle mit drei Kröpfungen zu je zwei Pleueln möglich und entspräche dem klassischen V-Motor. Aber mit dieser Breite wird er wieder fast so unhandlich wie sein Boxer-Kollege.

Pleuelversatz ist Zündwinkel minus Bankwinkel

Etwas entfernt vom Klassiker ist der V-6 mit 90°, bei dem die beiden Pleuel auf dem Zapfen um die zusätzlich nötigen 30° versetzt werden können. Außerdem kann man hier besonders leicht im Baukastensystem zwei Zylinder hinzunehmen. Im Lkw-Bereich hat es dazu passend sogar noch einen V-10 gegeben. Hat der Motor allerdings wie in den meisten Fällen 60°, dann sind extra Kröpfungen fällig.

Bei einer Kröpfung pro Zylinder ist beinahe jeder Bankwinkel möglich.

Bei 120°- und 90°-Bankwinkel beträgt der Versatz der beiden Zylinderreihen nur eine Pleuelbreite. Für 60° zwischen den Bänken kommen noch zwei Kurbelwangenbreiten hinzu. Allerdings ist dann auch ein von 60° abweichender Bankwinkel, z.B. 54° (z.B. Opel) möglich. Da sind wir dann beim modernen V-6 angelangt, müssen natürlich noch vier Nockenwellen für vier Ventile pro Zylinder hinzufügen.

Ventiltrieb deutlich aufwändiger als beim Reihenmotor

Ja, der Aufwand für den Ventiltrieb ist bei diesem Motor eindeutig größer als beim Reihenmotor. Und stellen Sie sich als mögliche Dreingabe noch den verstellbaren Hub z.B. eines BMW-Motors vor. Die Anzahl der Ventile ist kein Problem, aber mit der Anzahl von Nockenwellen wächst doch der Aufwand.

Besonderheiten der Gaszufuhr

So manches passt in das V hinein. Waren es früher Einspritzpumpen, so findet heute z.B. ein Schaltsaugrohr dort Platz. Es kann aber auch eine Vorrichtung zur Ansaugluftverdichtung sein. Immerhin tritt die Luft schräg von oben in den Zylinderkopf ein, was für die Leistungsentfaltung des Motors eher als Vorteil gesehen wird.

Besonderheiten der Gasabfuhr

Dafür müssen die Abgasrohre außen herum geführt und erst später zusammengefasst werden, evtl. mit der doppelten Menge an Entgiftungselementen. Dafür hat der Leistungsliebhaber den möglichen Vorteil zweier separater Endrohre, die z.B. bei Reihen-Sechser eher künstlich aneinander vorbei geführt werden müssen.

Kurbelwelle - Lkw


kfz-tech.de/PME28


Sechszylinder-VR-Motor


kfz-tech.de/PME29

Was ein VR-Motor ist? Das ist ein Reihenmotor, der zum Quereinbau auf kompaktere Grundmaße getrimmt wurde. Deshalb gibt es ihn mit 5 und 6 Zylindern. Wie man Zylinder ineinander schiebt? Einen ein wenig nach rechts, einen ein wenig nach links usw. So entstehen Zylinder mit 15° Neigung zueinander und neuerdings auch solche mit 10,6°.


kfz-tech.de/PME30

Wichtig ist hierbei, dass die Hauptachse der Kurbelwellen keinen Schnittpunkt mehr mit den Mittenachsen der Zylinder hat. Diese gehen beim VW-Motor der ersten Generation links und rechts mit jeweils 12,5 mm Abstand von der Kurbelwellenachse vorbei. Dieses Maß wird auch 'Schränkung' genannt. Eine Desachsierung ist für die Kolben der einen Seite nicht mehr nötig und für die der anderen Seite nicht zu realisieren. Das kompakte Längenmaß wird bei allen VR-Motoren zusätzlich durch eine relativ kleinere Bohrung erreicht, diese Motoren sind also eher langhubig ausgelegt.

Gehen Sie bei der Zählung der Zylinder und der Ermittlung der Zündfolge vom Reihenmotor aus. Der Zylinderkopf arbeitet nach dem Querstromprinzip, Ein- und Auslässe auf verschiedenen Seiten. Der nicht ganz unproblematische, längere Ansaugweg der Zylinder 2, 4 und 6 wird durch unterschiedliche Querschnitte ausgeglichen. Bild 1 zeigt, wie kompakt man jetzt sechs Zylinder anordnen kann. Ein Blick in den ganz rechten Zylinder zeigt aber auch, wie schmal die Pleuellager jetzt sind. Die Kolben haben Einschnitte von den vier Ventilen und große Mulden für die Luftführung bei Direkteinspritzung.


kfz-tech.de/PME32

Der (nicht fest geschraubte) Zylinderkopf im Bild unten erfordert schon genauere Beobachtung, um ihn als Oberteil eines VR-Motors zu identifizieren, so ähnlich ist er dem des Reihenmotors mit zwei obenliegenden Nockenwellen, vier Ventilen und Rollenschlepphebeln. Nur der Versatz der Kerzenbohrungen deutet zunächst auf Unterschiede hin. Die ungleich langen Ansaugwege beim Querstromkopf sind nicht das einzige Problem dieses Motors.


kfz-tech.de/PME31

Je größer die Schränkung, desto ungleicher werden die Wege UT nach OT und OT nach UT. Stellen Sie sich dazu bitte vor, die Kurbelwelle an einem beliebigen Kurbeltrieb sei nach links versetzt. Dreht der Motor jetzt im Uhrzeigersinn, so sind die aufgehenden Takte Verdichten und Ausstoßen länger und die beiden anderen entsprechend kürzer. Bei den drei anderen Zylindern ist es genau gegenteilig. Es bleibt die Frage offen, ob bei diesem Motor für alle Zylinder die gleichen Steuerzeiten gelten.

Zündfolge: 1 5 3 6 2 4
(Kurbelwelle wie Reihenmotoren)

Achtzylinder-V-Motor


kfz-tech.de/VME4

Der hier dargestellte V-8 hat eine sogenannte flache Kurbelwelle, deren Kröpfungen alle in einer Ebene liegen. Diese Kurbelwelle ist eigentlich nur für Rennmotoren üblich. Die gebräuchlichere Kurbelwelle sehen Sie unten.

Der Achtzylinder-V-Motor ist der Nachfolger vom Achtzylinder-Reihenmotor, der einst aus zwei hintereinander geschalteten Vierzylindern entstand. Als Reihenmotor gibt es ihn (in größerer Serie) schon seit Mitte des vorigen Jahrhunderts nicht mehr. Der V8 hat gegenüber diesem unbestrittene Vorteile, mindestens wenn der Bankwinkel zwischen den Zylinderreihen 90° beträgt, ist der Motor und damit z.B. auch die Kurbelwelle wesentlich verkürzt.

Gehen Sie also davon aus, dass alle Bilder auf dieser Seite einen noch relativ einfachen V-8 zeigen. Beide Pleuel greifen auf einen Zapfen. Wegen bestimmter Platzverhältnisse im Motorraum gibt es auch Bankwinkel von 72°. Hier ist dann ein kleiner Versatz an den Pleuellagern der Kurbelwelle nötig, wenn man gleichmäßige Zündwinkel erhalten will. Übrigens, wenn Sie auch nur ein wenig Sympathie für Lkw-Motoren aufbringen können, schauen Sie sich den wirklich sehenswerten Film über den Zusammenbau eines fabrikneuen Motors ganz unten auf der Seite an.

Version unten: Massenkräfte 1. und 2. Ordnung ausgeglichen

Der V8 ist übrigens entgegen den meist geäußerten Meinungen nicht in USA sondern in Frankreich erfunden worden. Allerdings kommt man hier schon sehr bald von den Kröpfungen ab, die alle in einer Ebene liegen, hin zu der unten gezeigten Lösung. Allerdings kann man jetzt in der Zündfolge nicht mehr durchgängig von einer zur anderen Bank wechseln und genau dadurch entsteht das Brabbeln, wegen dem der V8 von vielen so geliebt wird ...


Bitte verweilen Sie für einem Moment und schauen sich an, wie bei MAN ein nagelneuer Lkw-Motor zusammengesetzt wird . . .


kfz-tech.de/VME5

Achtzylinder-V-Motor (klassisch)


kfz-tech.de/PME33

Der Achtzylinder-V-Motor ermöglicht beim Pkw-Benzinmotor Gesamthubräume von über 7 Liter. Er verbindet viel Drehmoment besonders bei geringer Motordrehzahl mit einer angemessenen Leistung und hoher Laufkultur. Dabei ist der Aufbau des Motors insgesamt noch relativ einfach und kompakt.


kfz-tech.de/PME34

Im Prinzip sind zwei Vierzylinder-Reihenmotoren über eine einzige Kurbelwelle in einem Winkel von 90° miteinander verbunden. Allerdings sind die Kröpfungen bei den allermeisten Serien-V8 nicht gleich ausgeführt. Je zwei gegenüberliegende Kolben greifen über ihre Pleuel auf den gleichen Kurbelzapfen. Alle Takte überlappen um 90°, wobei immer Zylinder verschiedener Seiten (Bänke) zusammenarbeiten. Die beweglichen Teile des Kurbeltriebs außer der Kurbelwelle und evtl. fast die kompletten Zylinderköpfe können vom Vierzylinder übernommen werden.

Zündfolge

Die Zündfolge ist im Normalfall 1 5 4 8 6 3 7 2. Abwandlungen davon gibt es im Rennbereich, wo der Winkel zwischen nebeneinander liegenden Kröpfungen 180° betragen kann, alle in einer Ebene.

Wichtig

Moderne Achtzylinder haben nicht immer einen 90°-Winkel zwischen den Zylinderbänken, sondern z.B. 72°, um die Motorbreite zu reduzieren. Dann verfügt jedes Pleuel über einen eigenen Kurbelzapfen.

US-Achtzylinder

Der Achtzylinder (Bild 1) ist eigentlich typisch für Nordamerika zu einer Zeit, als der Kraftstoffpreis noch keine Rolle spielte. Dieser Motor hat eine untenliegende Nockenwelle, Kipphebel und Stößelstangen. Die Ansaugluft erreicht das Saugrohr durch einen Vierfach-Vergaser. Der Motor in Bild 3 ist noch älter, seitengesteuert und von einem Ford-Lkw. Diese Ausführung läuft noch mit Benzin, hat 3,6 Liter Hubraum und 66 kW (90 PS) bei 4000/min.


Zwölfzylinder-V-Motor


kfz-tech.de/VME6

Zwölfzylinder haben eine lange Tradition.

V12 von Brabus


kfz-tech.de/PME35

V-Zwölfzylinder sind im Grunde doppelte Reihen-Sechzylinder.


kfz-tech.de/PME36

Natürlich sind die beiden Zylinderbänke um die halbe Pleuellagerbreite versetzt und schon von daher ist der Motor ein wenig länger. Dass es auch anders geht, zeigen die beiden Oldtimer-Flugmotoren der BMW-Geschichte (Bild 1 und 2). Hier greift ein Pleuel auf das andere, dass man dadurch als Mutterpleuel bezeichnen könnte. Es gibt absolut keinen Versatz und eine wirklich identische Kurbelwelle.

Es gibt sie als Diesel-Lkw-, Diesel-Pkw- und Benzin-Pkw-Motoren.

Die Zahnriemen werden durch Ketten ersetzt und das Zylinder-Kurbelgehäuse fällt weg.


kfz-tech.de/PME37

Trotz vieler Bauteile relativ einfach geblieben

Erstaunlich die relative Einfachheit eines ansonsten nicht alltäglichen Motors. Immerhin sind neben 12 Kolben auch 48 Ventile zu betätigen. Und das alles über eine Doppelreihenkette. Moderne Motoren dieser Bauart werden wohl mit Rollenstößeln und variablen Steuerzeiten ausgerüstet sein. Allerdings steht angesichts der CO2-Diskussion die Frage 'Wie lange noch?' im Raum ...


kfz-tech.de/PME38

Zündfolge: 1 - 7 - 5 - 11 - 3 - 9 - 6 - 12 - 2 - 8 - 4 - 10

Sechszehnzylinder


kfz-tech.de/PME39

Es gibt/gab sie in zwei verschiedenen Ausführungen, einmal als eine Art doppelter V8 wie im Bild oben bei Auto Union oder auch bei Cadillac, und dann in moderner Form bei Bugatti. Hier sind im Prinzip zwei VR-8 miteinander verknüft. Der Reihen-Achtzylinder hat eine lange Tradition bevor er zum V8 wurde.

Der Zusammenbau eines W16-Motors . . .


kfz-tech.de/YME13

Zweizylinder-Boxermotor


kfz-tech.de/VME7

Der Zweizylinder-Boxermotor soll Leertakte gleichmäßig verteilen und gleichzeitig die bewegten Massen möglichst optimal ausgleichen. Früher kam er auch im Pkw-Bereich (z.B. Citroen 2 CV) vor, heute dominiert er die Motoren eines ganz bestimmten bayerischen Motorradherstellers.

Der Boxermotor hat seinen Namen daher, dass sich zwei gegenüberliegende Kolben wie Boxer aufeinander zu oder voneinander weg bewegen. Er wird auch als Gegenläufer-Motor bezeichnet. Dadurch wird der negative Einfluss der Massenkräfte vermieden, wie sie z.B. beim Zweizylinder-Reihenmotor auftreten. Die Kurbelwelle ist in der Regel nur doppelt gelagert.

Durch den Versatz der beiden Zylinder zueinander können die Schwingungen jedoch nicht vollständig ausgeschaltet werden. Deshalb gibt es schon Zweizylinder-Boxermotoren mit einer Ausgleichswelle. Der Vorteil des niedrigen Schwerpunktes wird beim Motorrad nicht ganz erreicht, weil der Motor wegen größerer möglicher Schräglagen etwas höher angeordnet sein muss.

Die Motorsteuerung ist wegen des höheren Drehvermögens von Motorradmotoren kompliziert. Es muss je eine obenliegende Nockenwelle je Zylinder angesteuert werden. Erschwerend hinzu kommt, dass bei einem Kettentrieb direkt von der Kurbelwelle aus am Zylinderkopf ein doppelt so großes Rad montiert werden muss, was das Bauvolumen wiederum vergrößert. BMW löst dies über eine Zwischenwelle unterhalb der Kurbelwelle.

Zweizylinder-Boxermotor mit Mittellager


kfz-tech.de/VME8

Vierzylinder-Boxermotor


kfz-tech.de/VME9

Beim Vierzylinder-Boxermotor werden Leertakte genau wie beim Vierzylinder-Reihenmotor vollständig vermieden. Im Unterschied zu diesem werden auch die durch die Pleuelstellung verursachten Massenkräfte zweiter Ordnung vermieden. So kann auf die im Bild unten gezeigten Gegengewichte weitestgehend verzichtet werden.

Weitere Vorteile:
- ruhiger Lauf,
- geringe Baulänge,
- niedriger Schwerpunkt im Fahrzeug.


Je zwei gegenüberliegende Kolben bewegen sich aufeinander zu oder voneinander weg, daher die Bezeichnung Boxer- oder Gegenläufer-Motor. Der Zylinderwinkel beträgt grundsätzlich 180°, die Zündfolgen sind '1432' und '1234'. So liegen also jeweils die 1 und die 3 fest. Eine eventuelle andere Zündfolge entsteht nur, wenn sich der Motorenhersteller nicht an die Norm der Zylindernummerierung hält. Die Kurbelwelle ist fast immer dreifach, möglicherweise auch fünffach gelagert. Eine absolute Ausnahme ist die vierfache Lagerung beim VW-Käfer-Motor, weil hier noch ein Hauptlager außerhalb mitgezählt wurde.


Nachteile

Höherer Bauaufwand ist für zwei Zylinderköpfe nötig. Wegen der Baubreite ist der Boxermotor für Quereinbau nicht besonders geeignet. Ein DOHC-Motor hat als Boxer- oder (echter) V-Motor nicht zwei sondern vier obenliegende Nockenwellen.

Vergleich

Da heute die gleichen Motoren in verschiedenen Modellreihen eingesetzt werden, hat sich der Reihenmotor durchgesetzt. Er ist universeller nutzbar und billiger in der Herstellung. Auch kann er leichter z.B. um einen Zylinder erweitert werden. Offensichtlich ist es für die Automobilhersteller günstiger, einen Reihenmotor mit zwei Ausgleichswellen zu produzieren als einen Boxermotor. Interessant wäre hier ein Gewichtsvergleich.

Sechszylinder-Boxermotor


Vom zeitlichen Ablauf her arbeiten alle Sechszylinder gleich. Wenn wir z.B. den Arbeitstakt eines Zylinders betrachten, so arbeitet während der ersten 60° ein anderer mit und während der letzten 60°. Dazwischen treibt er den Motor während 60° alleine an. Man spricht auch von 120° Zündabstand.

Die Kurbelwelle hat große Ähnlichkeit mit der des Sechszylinder-Reihenmotors, nur dass die Pleuellager anders verteilt sind und Gegengewichte fehlen können. So liegen die vordersten beiden Pleuelzapfen beim Reihenmotor vorne und ganz hinten. Aber auch bei diesem sind je zwei nach ganz rechts und ganz links, zwei nach oben rechts und unten links und zwei nach oben links und unten rechts angeordnet.

Übrigens unterscheiden sich beide Motoren bei den Massenkräften und Momenten nicht. So ist der höhere Bauaufwand des Boxermotors eigentlich nicht gerechtfertigt. Er macht nur wegen der erheblich kürzeren Bauart bei Längseinbau Sinn, bei Porsche mit wenig Heck- und bei Subaru mit wenig Frontüberhang. Beim Mittelmotor geht weniger Raum zwischen den Achsen verloren. Ein unerreicht zweiter Vorteil ist der niedrige Schwerpunkt im Fahrzeug.

Die Kurbelwelle mit Kröpfungen in drei Ebenen ermöglicht die Bewegungen der einzelnen Kolben. Je drei gegenüberliegende Kolben bewegen sich aufeinander zu oder voneinander weg. Die Kurbelwelle ist meist siebenfach gelagert. Ein Beispiel für die Zündfolge: 1-6-2-4-3-5.

Sechszyl.-Porsche-Boxermotor


Lösung

Das war einmal, der luftgekühlte Boxermotor von Porsche. Nach dem großen Gebläse sucht man vergebens. Statt dessen ein sehr langer Keilrippenriemen, der die Kurbelwelle in der Mitte mit Generator, Servopumpe, Klimakompressor und Kühlmittelpumpe unten verbindet. Nur links sieht man noch deutlich die Zylinderbank. Rechts ist sie sogar freigelegt und eine der beiden Nockenwellen schaut heraus. Außerdem sind die Einzelfunkenspulen auf dieser Seite zu sehen.

Vom Vorteil der gegenüber dem Reihenmotor geringeren Bauhöhe ist durch die Nebenaggregate und die Ansaugbrücke aus Kunststoff kaum etwas übrig geblieben. Aber wahrscheinlich ist wenigstens der Schwerpunkt niedriger.







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