Hab acht: Die Triebwerksarchitektur des V8

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Derivat mit Kunstgriff: V6-Motor

Der nutzbare Bauraum (oder wenn Fahrzeugplattformen mit V-Motoren unterschiedlicher Zylinderzahl angeboten werden sollen) kann Abweichungen von dieser Regel erfordern. Ein Beispiel dafür ist der V6-Motor: Für eine regelmäßige Zündfolge benötigt dieser Viertaktsechszylindermotor einen Bankwinkel von 120 Grad, was mit einer unerwünscht großen Baubreite verbunden ist. Zusätzlich wird meist der Einbauraum von einer V8-Variante mit 90 Grad Bankwinkel vorgegeben. Folglich wird auch der V6 mit 90 Grad Bankwinkel ausgeführt.

Zur Kompensierung der sich daraus ergebenden ungleichmäßigen Zündfolge bedient man sich eines Kunstgriffs: Der „falsche“ Bankwinkel wird durch einen zusätzlichen Versatz der Hubzapfenkröpfungen an der Kurbelwelle ausgeglichen. Dies erfordert sogenannte Split-Pin-Kurbelwellen oder sogar Einzelkröpfungen, sogenannte Flying Arms, mit einem Winkelversatz um den fehlenden Betrag. Bei einem V6 mit einem Bankwinkel von 90 Grad beträgt dieser folglich 30 Grad.

Gestaltung der Kurbelwelle

In der Grundauslegung eines V8-Motors haben die Konstrukteure einen weiteren wichtigen gestalterischen Spielraum: die Anordnung der Kurbelkröpfungen auf der Kurbelwelle. Diese beeinflusst entscheidend die prinzipielle Charakteristik des Triebwerks – sei es sportlich aggressiv oder mit komfortbetonter Laufruhe und Vibrationsfreiheit.

Die Entscheidung bezüglich der Anordnung der Kurbelkröpfungen orientiert sich am Spannungsfeld zwischen maximalem Leistungspotenzial und bestmöglichem Ausgleich der freien Massenkräfte und -momente. Aufgrund der kinematischen Kopplung im Kurbeltrieb entstehen die Massenkräfte aus der oszillierenden Bewegung von Kolben- und Pleuelmassen. Je nachdem, ob diese Massenkräfte ein- oder zweimal pro Kurbelwellenumdrehung entstehen – etwa durch die Kolbenbewegung auf- oder abwärts –, spricht man von Kräften erster oder zweiter Ordnung der Motordrehzahl.

Ergibt sich für die freien Massenkräfte zudem noch ein Hebelarm in Bezug auf die Motormitte, entstehen daraus freie Massenmomente. Freie Massenkräfte und/oder - momente machen sich bei steigender Drehzahl in Form von zunehmenden Vibrationen bemerkbar, die gerade in der ersten und zweiten Ordnung als unangenehm empfunden werden und nur teilweise durch die Motorlager entkoppelbar sind.

Im Wesentlichen kommen in klassischen V8-Motoren daher zwei Kröpfungsvarianten vor: die „flache Kurbelwelle“, bei der alle Hubzapfen auf einer gemeinsamen Ebene liegen (Flat-Plane), und die „Kreuzwelle“, bei der die Hubzapfen der vier Zylinderpaare jeweils in einem Winkel von 90 Grad zueinander (Cross-Plane) stehen.

Emotionaler Klang: Cross-Plane-V8

Typisch für den Cross-Plane-V8-Motor ist der charakteristische Sound, geprägt durch das emotionale Mündungsgeräusch, oft auch als „Brabbeln“ bezeichnet. Was jedoch für Enthusiasten angenehm klingt, beeinflusst den Gasaustausch im Motor. Ein verlustarmer Ladungswechsel ist aber eine Grundvoraussetzung für die optimale Ausnutzung des Hubraums in puncto Zylinderfüllung und Liefergrad und damit des Leistungspotenzials. Grundsätzlich kann der Ladungswechsel durch zwei Effekte behindert werden: Strömungswiderstände in Ein- und Auslassstrecke oder unvollständiger Gasaustausch und damit eine Restgasmenge im Zylinder.

Heißes Restabgas fördert zudem bei Ottomotoren die Neigung zu harter, explosionsartiger Verbrennung nach der Zündung, dem sogenannten Klopfen. Anhaltendes Klopfen führt unausweichlich zu Kolbenschäden. Um dies unter allen Umständen zu vermeiden, muss eine Klopfregelung entsprechend eingreifen – die Zündung kann damit aber nicht mehr zum thermodynamisch optimalen Zeitpunkt erfolgen, was zu entsprechenden Einbußen im thermischen Wirkungsgrad führt.

Ein V8-Motor mit Cross-Plane-Kurbelwelle weist dieses Restgasproblem in besonders ausgeprägter Form auf. Trotz der im Allgemeinen gleichmäßigen Zündfolge beim Gesamtmotor mit 90-Grad-Bankwinkel verbleibt eine ungleichmäßige Zündfolge je Zylinderbank. Dabei zünden zwangsläufig immer zwei Zylinder einer Bank direkt nacheinander (90-Grad-Zündabstand). Konkret bedeutet das, dass der Auslass-Druck-Impuls des späteren Zylinders bereits erfolgt, wenn die Auslassventile des vorher gezündeten Zylinders noch offenstehen. Folglich wird Abgas in diesen Zylinder zurückgedrückt, wodurch die Qualität des Ladungswechsels leidet.

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