V-Motor
Der V-Motor (früher auch „Gabelmotor" genannt) ist ein mehrzylindriger Hubkolbenmotor. Die Zylinder sind auf zwei Zylinderbänke aufgeteilt, die Bänke stehen in einem Winkel zueinander. Neben dem Reihenmotor handelt es sich um eine der verbreitetsten Motorbauarten.
Beschreibung
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Bezeichnungen
V-Motoren werden meist mit der Angabe der Zylinderzahl bezeichnet, mit einem vorangestellten „V" für die Bauform des Motors und angehängter Zahl für die Anzahl Zylinder. „V12" kennzeichnet somit einen V-Motor mit 12 Zylindern. Bezeichnungen mit vorangestellter Zylinderzahl und nachgestelltem V sind unüblich, da diese Bezeichnungsart in der Regel für Mehrventilmotoren (12V = Motor mit 12 Gaswechselventilen, z. B. Vierzylinder mit zwei Einlass- und einem Auslassventil pro Zylinder) verwendet wird.
Zylinderanordnung
Die Anordnung ist in einem längs eingebauten V8 Motor von der Spritzwand aus gesehen (DIN 73 021):
Kraftabgabe
4 8
3 7
2 6
1 5
Für einen V8-Motor für allgemeine Verwendung gilt folgende Nummerierung (ISO 1204, ISO 1205 und DIN 6265):
Kraftabgabe
8 4
7 3
6 2
5 1
Anwendung
V-Motoren werden vielfach eingesetzt, besonders bei höherer Zylinderzahl und begrenztem Bauraum. Bei Motoren mit 8 oder mehr Zylindern kommen heute fast ausschließlich V-Motoren zur Anwendung.
Bei Automobilen kommen vorwiegend V6-, V8- oder V12-Motoren zum Einsatz. V4- und V2-Motoren sind unüblich, auch wenn früher V4- (z. B. verschiedene Ford-Modelle) und vereinzelt auch V2-Motoren (vorwiegend Kleinstmobile wie z. B. Morgan Threewheeler) verwendet wurden. Der erste seriell gefertigte V6-Motor wurde ab 1950 im Lancia Aurelia verbaut. In einzelnen PKW-Modellen wie etwa dem Lamborghini Gallardo oder VW Touareg V10-TDI werden auch V10-Triebwerke eingesetzt – im Motorsport sogar häufiger. Auch der BMW M5 in der E60 Baureihe besitzt einen V10.
Motorräder verwenden den V-Motor als V2 und seltener als V4 (z. B. Yamaha V-Max, Honda VFR 750 R, Ducati Desmosedici). Berühmt wurde der V-Motor auch in den US-amerikanischen Musclecars (z. B. Ford Mustang, Pontiac GTO) und den charakterstarken Motorrädern von Ducati, Moto Guzzi, Harley-Davidson sowie früher auch Indian. Die unregelmäßige Zündfolge der V-Motoren trägt bei Motorrädern wesentlich zu deren originellem Laufgeräusch bei.
In Nutzfahrzeugen (Lkw, Omnibus) ist der Anteil an V-Motoren größer, hier werden vorwiegend V6- und V8-Motoren, gelegentlich auch V10-Motoren eingebaut. Bei Schiffs- und Lokomotivantrieben kommen V8-, V12-, V16-, V18- und V20-Motoren zum Einsatz, die V18-Ausführung ist dabei die seltenste Variante. Auch bei Flugzeugen werden V-Motoren verwendet, hier häufig mit obenliegender Kurbelwelle und hängenden Zylindern.
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Tatra 87 mit V8-Motor
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Messerschmitt Bf 109 mit V12-Motor
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Französische Reisezuglok mit S.E.M.T. Pielstick V16-Motor
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Luxusyacht mit MTU V20-Motoren
Vor- und Nachteile
Einer der Hauptvorteile des V-Motors ist seine geringe Baulänge und die halbierte Anzahl an Kurbelwellenkröpfungen – falls es sich um den Normalfall (s. o.) handelt – im Vergleich zum Reihenmotor. Durch die kompakte Bauweise wird auch etwas Material und damit Gewicht gespart. Ein V12 mit einer sechsfach gekröpften Kurbelwelle ist nur unwesentlich länger als ein Reihenmotor mit sechs Zylindern. Ein V-Motor ist dafür immer aufwendiger als ein Reihenmotor mit gleicher Zylinderzahl, da manche Teile doppelt vorhanden sein müssen (Zylinderkopf, Nockenwelle) und das Kurbelgehäuse eine komplexere Form hat. Zudem erfordert ein V-Motor im PKW fast immer zwei Auspuffstränge, für die auch entsprechend Platz vorhanden sein muss.
Nachteile sind bei V4- und V6-Motoren der schlechtere Ausgleich von Massenkräften (V4) und Massenmomenten (V4 und V6). V6-Motoren werden in PKW oft anstelle von R6-Reihenmotoren eingesetzt, weil sie kürzer sind und nicht so hoch bauen. Nachteilig sind Vibrationen und rauerer Klang bei hohen Motordrehzahlen durch freie Massenmomente. Durch die nicht längssymmetrische Kurbelwelle treten freie Massenmomente erster und zweiter Ordnung auf. Eine gegenläufige Ausgleichswelle kann das freie Massenmoment erster Ordnung beseitigen. Das verbleibende freie Massenmoment zweiter Ordnung ist relativ klein. Da ein Ausgleich einen übermäßigen Aufwand zur Folge hätte, wird darauf verzichtet.
Bei Viertakt V8-Motoren kann man bei einem Zylinderwinkel von 90° die Massenkräfte und -momente erster und zweiter Ordnung völlig ausgleichen, ebenso – unabhängig vom Zylinderwinkel – beim V12 und bei den sehr seltenen V16. Der nahezu vollständige Massenausgleich führt zu einem sehr ruhigen Lauf.
Die ursprüngliche V8-Bauform besitzt bei einem Zylinderwinkel von 90° eine Kurbelwelle mit vier Kröpfungen, die um 180° versetzt in einer Ebene liegen (daher der Name flat-plane-Bauweise). Diese Bauform ist einfach und kostengünstig herzustellen. Sie benötigt weniger Gegengewichte, wodurch der Motor leichter und weiter hochdreht. Bei dieser Bauform treten jedoch freie Massenkräfte zweiter Ordnung und somit mehr Vibrationen auf. Alle V8-Motoren bis 1925 waren flat-plane-Motoren. Heute wird die Bauform z. B. noch im Rennsport und durchgängig von Ferrari verwendet.
Bei der cross-plane-Bauweise des V8 liegen die erste und letzte Kröpfung der Kurbelwelle in einer Ebene und die beiden mittleren Kröpfungen in einer dazu senkrechten Ebene. In Blickrichtung der Längsachse bilden die Kröpfungen ein Kreuz. cross-plane-Kurbelwellen sind wesentlich schwieriger zu konstruieren und zu fertigen. Jedoch bieten sie den Vorteil, dass sich die freien Massenkräfte I. und II. Ordnung und das freie Massenmoment II. Ordnung selbstständig ausgleichen. Es tritt ein freies Massenmoment I. Ordnung auf, das sich durch ein Gegengewichtpaar an der Kurbelwelle ausgleichen lässt. Durch den vollständigen Ausgleich der Massenkräfte und Momente ergibt sich ein sehr ruhiger Motorlauf. Das Design wurde 1915 vorgestellt, aber erst 1923 brachten Cadillac und 1924 Peerless die ersten Serienmotoren dieser Bauweise auf den Markt. Sie hat den Nachteil, dass die Zündungen - und damit auch die Ein- und Auslasstakte - nicht abwechselnd in der linken und rechten Zylinderbank, sondern unregelmäßig erfolgen. Dies ist ungünstig für eine gute Zylinderfüllung und eine gleichmäßige Verteilung des Gemischs bzw. der Verbrennungsluft auf alle Zylinder, was sich durch entsprechende Gestaltung des Ansaugkrümmers aber beherrschen lässt. Auch entsteht dadurch das akustisch markante Auspuffgeräusch („V8-Brabbeln"). Bei hoher Motorleistung, z. B. im Rennsport, erfordert die Bauweise sehr aufwendige Auspuffanlagen.
Literatur
- Jan Trommelmans: Das Auto und seine Technik. 1. Auflage, Motorbuchverlag, Stuttgart, 1992, ISBN 3-613-01288-X
- Hans Jörg Leyhausen: Die Meisterprüfung im Kfz-Handwerk Teil 1. 12 Auflage, Vogel Buchverlag, Würzburg, 1991, ISBN 3-8023-0857-3
- Gert Hack: Autos schneller machen. 11. Auflage, Motorbuchverlag, Stuttgart, 1980, ISBN 3-87943-374-7
- Richard van Basshuysen, Fred Schäfer: Handbuch Verbrennungsmotor Grundlagen, Komponenten, Systeme, Perspektiven. 3. Auflage, Friedrich Vieweg & Sohn Verlag/GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden, 2005, ISBN 3-528-23933-6
Weblinks
Einzelnachweise
