V-Motor

V-Motor eines NSU-Motorrades mit ioe-Ventilanordnung

V2-Motor eines Steherrennen-Motorrades

Der V-Motor ist eine verbreitete Bauform des Hubkolbenmotors.

Beschreibung

Die Zylinder sind dabei in zwei Reihen („Zylinderbänken“) angeordnet. Diese sind um Winkel von 10°14' (Lancia Appia, siehe auch VR-Motor, bis 180° (z. B. Ferrari) zueinander geneigt, meistens um 45° bis 90°. Die einzelnen einander gegenüber liegenden Zylinder sind in der Regel seitlich versetzt, damit die Pleuel ohne aufwändige gegabelte Pleuel auf einem Hubzapfen der Kurbelwelle gelagert werden können. Die häufigsten Winkel sind 60° für V6- und V12-Motoren sowie 90° für V2-, V4-, V8- und V16-Motoren.

Bei V-Motoren können die Pleuel eines Paares von gegenüberstehenden Zylindern an derselben Kurbelwellenkröpfung (dies ist der Normalfall) oder an um die Kurbelwellenachse gegeneinander gedrehten unterschiedlichen Kröpfungen (dies ist der Sonderfall) gelagert sein.

Die Zündapp-Motorradmodelle KS 600 und KS 601 haben V-Motoren mit dem ungewöhnlichen Zylinderwinkel von 170°. Bei einem Zylinderwinkel von 180° spricht man von einem 180°-V-Motor, nicht zu verwechseln mit einem Boxermotor, bei dem jedes Pleuel an einer eigenen Kröpfung gelagert ist und gegenüberliegende Kolben gegeneinander arbeiten.

Berühmt wurde der V-Motor auch in den amerikanischen Muscle Cars (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.

Vor- und Nachteile

Einer der hauptsächlichen Vorteile 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 aufwändiger als ein Reihenmotor mit gleicher Zylinderzahl, da manche Teile doppelt vorhanden sein müssen (Zylinderkopf, Nockenwelle), und das Kurbelgehäuse eine komplexere Form hat.

Nachteilig ist bei V4- und V6-Motoren der schlechtere Ausgleich von Massenkräften. V6 werden in PKW oft anstelle von R6-Reihenmotoren eingesetzt, weil sie kürzer sind und nicht so hoch bauen, aber dem stehen die Nachteile von Vibrationen und rauherem Klang durch freie Massenkräfte gegenüber. Wenn der Zylinderwinkel nicht 120° beträgt, benötigt man sechs Kröpfungen der Kurbelwelle (wie es z. B. schon früh beim Lancia Aurelia realisiert wurde), um gleiche Zündabstände zwischen den Zylindern herzustellen. Durch eine Ausgleichswelle, die entgegen der Kurbelwelle mit gleicher Drehzahl rotiert, kann man das sonst auftretende freie Massenmoment erster Ordnung beseitigen. Es bleibt aber ein freies Moment zweiter Ordnung, das nur mit übermäßigem Aufwand behoben werden könnte. Zudem erfordert ein V-Motor im PKW fast immer zwei Auspuffstränge, was Aufwand bedeutet, und für die der Platz vorhanden sein muss.

Bei V8-Motoren kann man bereits die Massenkräfte und -momente erster und zweiter Ordnung völlig ausgleichen, falls der Zylinderwinkel 90° beträgt, ebenso beim V12 mit 60° und bei den sehr seltenen V16 mit 45° oder 90°. Dies ergibt einen nahezu vollständigen Massenausgleich und einen sehr ruhigen Lauf. Beim V8 liegen dabei die erste und letzte Kröpfung der Kurbelwelle in einer Ebene, und die mittleren Kröpfungen in einer dazu senkrechten Ebene, weshalb diese Bauweise cross-plane genannt wird. Sie hat den Nachteil, dass die Zündungen, und damit auch die Einlass- und die 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“).

Es gibt auch eine andere V8-Bauform die diese Nachteile vermeidet. Sie hat eine andere Zündfolge, aber ebenfalls vier Kröpfungen und 90° Zylinderwinkel. Dabei liegen die vier Kröpfungen der Kurbelwelle in einer Ebene (daher der Name flat-plane-Bauweise), wodurch sie günstiger herstellbar ist. Sie ist auch leichter, weil weniger Gegengewichte nötig sind, wodurch zudem der Motor leichter hochdreht. Bei dieser Bauform treten jedoch freie Massenkräfte zweiter Ordnung und somit mehr Vibrationen auf. Sie wird z. B. von Ferrari verwendet.

Bezeichnungen

Oft wird zur Angabe der Zylinderanordnung eine Kurzschreibweise der Form „V6“ benutzt. Hier steht „V“ für die Bauform des Motors, „6“ für die Anzahl der Zylinder. Üblich sind V12-, V10-, V8-, V6- und auch V4-Motoren in PKWs, V2- und (seltener) V4-Motoren bei Motorrädern (z.B. Yamaha V-Max, Honda VFR 750 R, Ducati Desmosedici).

Unterschied 180°-V-Motor zum Boxermotor

Prinzipskizze Boxer - V180°

Die Pleuel gegenüberliegender Kolben sind beim 180°-V-Motor an derselben Kröpfung angelenkt, beim Boxermotor an zwei um 180° versetzten Kröpfungen.
Ein 180°-V12, wie im Ferrari Testarossa hat also sechs Kurbelwellenkröpfungen, ein echter 12-Zylinder-Boxermotor (B12) hat zwölf, und man spricht nicht mehr von einem V-Motor.

Bei einem 180°-V-Motor bewegen sich jeweils zwei gegenüberliegende Kolben im Motor immer gleichzeitig nach links oder rechts, die Massenkräfte addieren sich. Beim Boxermotor bewegen sie sich stets aufeinander zu oder voneinander weg, die Massenkräfte heben sich also auf, jedoch entsteht durch den Versatz der Zylinder ein Massenmoment erster Ordnung, das aber bei zwei oder mehr Zylinderpaaren zwischen diesen völlig ausgeglichen wird. Siehe auch die Prinzipskizze, in der das Boxermaschinenprinzip auf der linken Seite zu finden ist. Dargestellt sind die Kurbeltriebe zweier 6-Zylinder-Motoren.

Ob ein Konstrukteur 180°-V-Motor oder Boxermotor wählt, ist auch von 2-Takt- oder 4-Takt-Verfahren abhängig. Bei einem 2-Takt Boxer würden immer zwei Zylinder gleichzeitig zünden, während für eine gute Laufruhe die Zylinder nacheinander in gleichen Kurbelwinkel-Abständen zünden sollten.

Eine Animation, bei welcher man die Anordnung der Zylinder gut sehen kann: auf MPG V12 Animation klicken

Siehe auch

Andere Motoren-Bauarten: