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Der V8-Motor: Ein Plädoyer für seine Zukunft


matelko

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Ich muss das wohl noch 2, 3x lesen, um es ganz zu verstehen, aber das, was ich bisher von der Technik zum V8 Motor gelesen habe, ist sauber erklärt und nachvollziehbar. 

 

Herzlichen Dank! :-))!

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  • 3 Monate später...
Am 20.8.2017 um 11:19 schrieb matelko:

So wird es beispielsweise für die kommende Audi-Baureihe A6/S6/RS6 ab Anfang 2018 keinen V8-Motor mehr geben. Ja, ganz richtig, selbst der RS6 wird keinen V8-Motor mehr erhalten!

Inzwischen pfeift es auch die Motorpresse von den Dächern:

Der nächste Audi S6, der im Anschluß des A6-Modellwechsels im kommenden Jahr erscheinen wird, erhält keinen V8 mehr, sondern ein V6-Triebwerk. Sehr schade (und für mich keine Option mehr).

Beim RS6 sei die Entscheidung noch nicht gefallen, heißt es, ohne näher darauf einzugehen. Nun, das wird davon abhängen, ob man den angedachten und in der Entwicklung befindlichen V6 nach Ford GT "Ecoboost"-Vorbild bis zum Marktstart des kommenden RS6 standfest bekommt. Wenn ja, dann ist der V8 auch im RS6 Geschichte. Wenn nicht, dann "darf" der V8 noch wenigstens bis zur nächsten Modellpflege eingesetzt werden.

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Normalerweise steigt die Laufruhe ja mit der Anzahl der Zylinder. Aber es gibt eine Ausnahme: der 3-Zylinder hat eine ausgeglichenere Schwingung als der 4-Zylinder. Nur mal so am Rande, sonst sehr schön geschriebener Artikel.

 

Ich hoffe dennoch, dass es den V8 und V12 noch sehr lange geben wird. 

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  • 1 Monat später...
Am 8.12.2017 um 23:11 schrieb BMWUser5:

der 3-Zylinder hat eine ausgeglichenere Schwingung als der 4-Zylinder.

Hm mich bin vor ein paar Jahren zwei mal mit einem 3 Zylinder "Up!" gefahren - und der hat an der Ampel "rumgehampelt", als würde ich über gleichmäßige Bodenwellen fahren, quasi im Leerlauf das komplette Auto in Schwingung versetzt.

Mein damaliger 2,8l BMW Reihensechser war dahingehend eine (auch mit dem 4l V8 bei Weitem nicht erreichte) Messlatte: An der Ampel war es nicht zu merken, dass der lief. Anfangs habe ich oftmals richitg einen Schreck bekommen: Huch, ist er jetzt aus? - nee, Drehzahlmesser steht noch auf Leerlaufdrehzahl.

Gruß,
Eno.

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  • 6 Monate später...

Ein kleiner Exkurs warum überhaupt der Motor zu Schwingungen neigt. Hier eine kurze Erklärung zur Technik.

 

Man könnte annehmen, dass durch die Explosionen des Brennstoffgemisches eine Vibration im Motorraum entsteht. Die Annahme klingt eigentlich ganz plausibel, ist jedoch falsch. Der Druck durch die Explosion breitet sich in alle Richtungen gleichmäßig aus, wobei sich die Kräfte nach außen aufheben.

 

Woran liegt es dann wieso der Motor anfängt zu vibrieren? Schaut man sich den allgemeinen Aufbau eines Motors an, so erkennt man, dass sich dort rotierende und oszillierende Bauteile befinden. Der oszillierende Teil, also eine Auf- und Abbewegung trifft auf die Pleuelstange und den Kolben zu. Der rotierende Teil ist die Kurbelwelle.

 

Würde man in einer vereinfachten Darstellung nur die Kurbelwelle an beiden Enden in den Händen festhalten, so merkt man eine Kraft auf die Hand einwirken, welche normalerweise auf das Motorgehäuse übertragen wird. Diese Kräfte werden als freie Massenkräfte bezeichnet.

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Diese Unwucht kann man, laut der Maschinendynamiklehre, mit einem Ausgleichsgewicht beheben.

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Nun gut somit wäre die Kurbelwelle komplett schwingungsfrei. Jetzt fehlt aber noch der oszillierende Teil. In der Maschinendynamik teilt man die Pleuelstange in zwei Teile auf: oszillierend und rotierend. Der Kolben bleibt komplett oszillierend. Rein rechnerisch müsste man also für den rotierende Teil das Ausgleichsgewicht vergrößern.

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Bleibt also noch das Problem der oszillierende Ausgleichsbewegung. Mit einer weiteren Erhöhung der rotierenden Ausgleichsmasse erhält man nur eine vergrößerte Ebene Unwucht. So lässt sich das Problem nicht lösen. Was also machen um nun alle freie Massenkräfte aufheben zu können? Man erhöht die Anzahl der Zylinder. Aus dem oben genannten Beispiel (Einzylinder) wird ein Zweizylindermotor. Um genau zu sein nimmt ein Zweitaktmotor, da sich hier durch die gegenläufig Bewegung der Kolben die oszillierende Kräfte aufheben.

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Durch die Lösung entsteht nun aber ein neues Problem. Durch die gegenläufige Bewegung wird der Motor um seinen Mittelpunkt ein Moment erfahren. Das Moment entsteht durch Kraft mal Hebelarm. Das freie Massenmoment erzeugt ein aufschaukeln des Motors. Es kommen immer mehr Probleme hinzu anstatt endlich mal zu einer Lösung des Gesamtproblems zu kommen. Es stellt sich erneut die Frage: Was soll man nun machen?

Ganz einfach Zylinderzahl erhöhen. Man geht von 2- auf 4-Zylinder.

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Das Massenmoment gleicht man aus, indem man die Momente durch eine Verdoppelung, also Viertaktmotor ausgleicht.

 

Zusammenfassend kann man nun feststellen, dass der Reihen-4-Zylinder-Viertaktmotor keine freien Massenkräfte und -momente besitzt. Dies trifft aber nur auf die 1. Ordnung zu.

 

Es gibt noch eine 2. Ordnung die relevant ist. Die 2. Ordnung ensteht durch die unterschiedliche Geschwindigkeit zwischen der Auf- und Abbewegung des Kolbens. Jetzt könnte man sich aber sagen, dass ist doch totaler Quatsch, da die Kolben doch gleichzeitig an den Totpunkt ankommen. Stimmt, jedoch sollte man sich den Ablauf des Weges vom Kolben genauer anschauen. Auf der Hälfte des Weges von einem Totpunkt zum Anderen dreht sich das Spiel um, womit der jeweils andere Kolben langsamer bzw. schneller ist und dennoch gleichzeitig ankommen. Dieser Effekt ruft also die 2. Ordnung von Massenkräften und -momenten hervor. Um nun auch diese Kräfte auszugleichen wird wieder die Zylinderanzahl erhöht.

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Hieran erkennt man z.B. dass innerhalb des Reihenmotors eine Erhöhung der Zylinderanzahl einen positiven Effekt auf die Schwingungsminderung hat. Jedoch lässt sich nicht allgemein sagen, dass in Bezug Schwingungsminderung eine Erhöhung der Zylinder zwingend notwendig ist. Hierbei muss man sich z.B. nur ein anderes Motorenkonzept wie der Boxermotor anschauen.

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Dieser hat aufgrund der gegenseitigen Anordnung keine Kräfte der 1. und 2. Ordnung.

 

@Eno So nun schauen wir uns mal den Reihen-3- und -4-Zylinder-Viertaktmotor an. 

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Je kleiner der Faktor in der obigen Tabelle ist, desto besser verhält sich der Motor in Bezug auf Schwingungen. Der Dreizylinder ist somit in erster Betrachtungsweise unruhiger als der Vierzylinder. Jedoch kann der Dreizylinder durch eine gegenläufige Ausgleichswelle auf die Laufruhe eines Sechzylinders gebracht werden. Der VW Up ist eben ein preiswertes Einstiegsauto. Jedes zusätzliches Bauteil lässt den Wagen zu teuer werden. Natürlich kann auch der Vierzylinder durch ein Lanchester-Ausgleich optimiert werden, um die 2. Ordnung aufheben zu können.

 

Wer er noch mehr Informationen oder viel tiefer in die Materie gehen will, der kann sich das Buch "Kraftfahrtechnisches Taschenbuch" von der Robert Bosch GmbH zulegen.

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Am 8.12.2017 um 23:11 schrieb BMWUser5:

Normalerweise steigt die Laufruhe ja mit der Anzahl der Zylinder. Aber es gibt eine Ausnahme: der 3-Zylinder hat eine ausgeglichenere Schwingung als der 4-Zylinder. Nur mal so am Rande, sonst sehr schön geschriebener Artikel.

 

Ich hoffe dennoch, dass es den V8 und V12 noch sehr lange geben wird. 

..sollte Klappen, bisher haben "Kleinserienhersteller"  eine Sonderstellung im Bezug auf   CO2/NOX Werte, daher werden wir

wohl nur noch deort, mehr als 6-Zylinder "sehen"..

 

Warum es bei den "Massenherstellern" wohl keine V8 oder mehr geben wird liegt doch auf der Hand.

Einen "aufgeblasenen" Motor kann mann viel einfacher per Software sauberer halten, als so einen Dino,

wie z.b. meinen 6.4rer Hemi...

 

Ich hoffe ja auf WLTP & RDS, denn hier wird sich zeigen, bzw. zeigt sich schon, dass "aufgeblasene" Motoren

nicht unbedingt Unweltfreundlicher sind, als die ohne (siehe die Mazda-Motoren oder die DieselMotoren bei Alfa)..

Daher hege ich die Hoffnung, dass sich trotz der ganzen CO2/NOX Diskussion, die Großvolumige Motoren

wieder zurück kommen..

... leider regieren Controller die großen Autobauer, die keine Ahnung vom emotionalen Fahrspaß haben ... und die Aluhutträger neben realitätsblinden Bürokraten sorgen dafür, dass solche motorischen Errungenschaften geopfert werden ... 

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  • 3 Monate später...

So ganz tot scheint der V8-Motor doch nicht zu sein. Porsche bringt gerade den Panamera GTS mit V8-Motor als "kleinere" Alternative zum Panamera Turbo. Und bei Audi ist der V6-Biturbomotor nach Ford "Ecoboost"-Vorlage vorerst ad acta gelegt worden, d.h. der kommende RS6 wird ebenfalls wieder mit einem V8-Motor antreten. Nur der S6 wird definitiv keinen V8-Motor mehr erhalten (was schade genug ist, denn dadurch fehlt eine feine Audi-Alternative zum Alpina B5 Biturbo).

Hoffen wir, daß es künftig weiterhin gute Nachrichten bezüglich der V8-Motoren geben wird.

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Inzwischen komme ich zu der Schlußfolgerung, daß das Thema Downsizing nur einen Übergang darstellt, bis die großen Motoren die Zulassungsnormen erfüllen können. Das haben zwar renommierte Motorenfachleute wie z.B. Fritz Indra schon immer so gesehen und auch kommuniziert, ist aber beim Konsumenten nicht notwendigerweise so angekommen. Die Probleme sehen zum Beispiel ganz aktuell wie folgt aus:  Ab 01. Januar 2019 tritt für alle neu auf den Markt kommenden Modelle die Norm Euro 6d in Kraft, ab September 2019 gilt diese Norm für alle Neuzulassungen. Allerdings werden die genauen Details dieser Norm erst jetzt im November vom EU-Parlament final verabschiedet. Innerhalb weniger Wochen oder Monate bis zur Einführung der Norm Euro 6d kann man aber keine neuen Motoren entwickeln, die zudem über viele Jahre hinaus verkauft werden müssen, um den nötigen Return of Investment  zu erhalten. Und so geht das schon seit geraumer Zeit, d.h. der Zeitraum zwischen Verabschiedung einer Norm und deren Inkrafttreten beträgt weniger als ein Jahr und dann ist schon die nächste Verschärfung der Normen in Sicht. Derzeit kann man sagen, daß im Schnitt alle 12 Monate eine weitere Verschärfung der Normen oder eine neue Norm in Kraft tritt.

 

Nun kann man sagen, daß es natürlich auch andere Länder und Regionen auf dieser Welt gibt, wo die Bestimmungen und Normen seit vielen Jahren bereits viel strenger formuliert sind als bei uns, z.B. in Kalifornien. Allerdings liegt in jeder dieser Regionen der Schwerpunkt der Emissionsgesetze anders, zum Teil schließen sie sich aus physikalisch-chemischen Zusammenhängen gegeneinander aus. Folglich kann man auch keinen "Weltmotor" entwickeln, der dem kleinsten gemeinsamen Nenner folgt. Die Quintessenz ist, daß es Geduld erfordert, bis sich die Gesetzgebung soweit beruhigt hat, sodaß man die Motorenplanung wieder langfristig auslegen kann. Dann haben auch die größeren Motoren wieder eine Chance, zumal sie in vielen Punkten sogar emissionsärmer ausgelegt werden können als mancher Downsize-Motor (auch darauf haben Fachleute wie Fritz Indra immer wieder hingewiesen).

 

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Es gibt dabei ja zwei Aspekte: einmal die CO2-Emission und dann andere Dinge wie Partikel und NOx.

 

Es ist wirklich grob vereinfachend, aber so in etwa kann man sagen daß bei gleicher Leistung der Downsizingmotor eher mehr Probleme mit Partikeln und NOx haben wird, der größere mit dem Verbrauch. 

 

Solange es für die Volumenhersteller billiger ist, den Aufwand für Abgasreinigung zu betreiben um den Downsizingmotor im Normbereich zu halten wird man Downsizingmotoren bauen. 

 

Es wäre wesentlich besser man würde sich darauf einigen daß die Gesellschaft entscheidet, welchen Preis jede Art von Emission hat, einen Mix aus Zertifikaten und Steuern dafür in allen Branchen einführt und dann den Markt die beste Lösung in jedem Segment suchen lässt. Steuern sollte man immer zielorientiert, produktspezifische Grenzwerte sind dafür bestenfalls die drittbeste Lösung.

guter Ansatz mit dem „Volksentscheid“, funktioniert leider nicht sinnhaft ... viel zu leicht beeinflußbar durch Lobby & Medien.

 

Fakt ist, dass durch Direkteinspritzung zwar Thermik und Lambda optimiert wurde, aber dadurch Kleinstpartikel entstanden. Mit dem OPF (OttoPartikelFilter), Turboaufladung und Ditekteinspritzung kann man immer noch hubraumspezifische Leistungen von 150PS/1.000ccm problemlos innerhalb der Grenzwerte abbilden kann. Auch bis zu 5.000ccm, darüber muss die spezifische Leistung abnehmen, konstruktionsbedingt durch u.a. Thermik und WLTP-Vorgaben. Demnach könnte es ein Comeback der 5-6L Hubräume geben, aber eben unter bestimmten Voraussetzungen & dann in solch kleinen Stückzahlen, dass es je Aggregat zu teuer wird ... 

 

Problematisch sind (besonders großvolumige) Saugmotoren, hier gibt es zu viele „unsaubere“ Betriebszustände, deren Abgasnachbehandlung soviele Zielkonflikte verursachen (u.a. benötigte Verweildauer bei entsprechender Temperatur zur bestmöglichen Partikelauflösung ggü. hoher Drehzahl mit entsprechender Durchströmgeschwindigkeit), dass es wohl nicht mehr betriebswirtschaftlich umsetzbar ist. Theoretisch möglich, wenn Motor/Antriebsstrang mit einer dünnen Karosserie ohne Knautschzonen konstruiert werden ... dagegen sprechen aber die Grundvoraussetzungen der Insassen- & Passantenschutzvorgaben.

vor 5 Minuten schrieb Andreas.:

guter Ansatz mit dem „Volksentscheid“, funktioniert leider nicht sinnhaft ... viel zu leicht beeinflußbar durch Lobby & Medien.

In der Schweiz sind die Bürger schlauer? :D

Glaub ich nicht, aber ist auch nicht das Thema.

vor 9 Minuten schrieb Andreas.:

Mit dem OPF (OttoPartikelFilter), Turboaufladung und Ditekteinspritzung kann man immer noch hubraumspezifische Leistungen von 150PS/1.000ccm problemlos innerhalb der Grenzwerte abbilden kann.

Der aktuellen Grenzwerte?

Und leider kennen die Grenzwerte nur eine Richtung.

 

Wie lange geht das wohl gut? 

Wann wird die Abgasreinigung teurer als der Motor? 

 

vor 1 Stunde schrieb Andreas.:

guter Ansatz mit dem „Volksentscheid“, funktioniert leider nicht sinnhaft ... viel zu leicht beeinflußbar durch Lobby & Medien.

Nein, kein Volksentscheid. Mit "daß die Gesellschaft entscheidet welchen Preis jede Art von Emission hat" war nur gemeint daß ein Preis an den Verbrauch jeder Ressource geschrieben wird anstatt über Grenzwerte für spezifische Produktgruppen. Ob die gesellschaftliche Entscheidung über diesen Preis basisdemokratisch erfolgt oder im anderen Extremfall von einem Autokraten verordnet wird sei mal dahingestellt und ist eine andere Diskussion. Es ging mir darum daß die Steuerung nicht produktspezifisch oder technologiebasiert erfolgt.

 

... dann wird es aber sehr abstrakt ? Davor muss es eine Weltwährung, ein globalisiertes Fiskalsystem und allgemeine Zollfreiheit geben, weil diese Instrumente beeinflussen eben den Markt wesentlich. Oder stehe ich aufm Schlauch?

Ich meine zunächst einmal nur die Ausdehnung des Zertifikatshandels. Natürlich beeinflussen sowas wie Zölle den Markt ebenfalls. Aber wenn ich in den Markt eingreife, in dem ich als EU Grenzwerte festlege, dann kann ich das ja alternativ auch über das Bepreisen des Ressourcenverbrauchs machen.

 

Selbstverständlich wird das in der Praxis nicht einfach, vor allem wenn ich wirklich produktunabhängig sein will.  Und eine ganze Reihe von Nachjustierungen über Jahre wird es auch brauchen. Mal wird der Hebel zu groß, mal zu klein sein.Aber wenn ich mal so zusammenzähle wo schon überall eingegriffen wird (bis hin zu Leuchtmitteltyp-Vorgaben und Maximalleistung von Staubsaugern mit dem Ziel CO2 Emissionen zu reduzieren oder direkt schädliche Stoffe zu reduzieren - dann ist es reif für einen Systemwechsel. Diese Masse an Einzelmechanismen kann niemals weniger Aufwand sein - und weniger zielgerichtet ist sie auf jeden Fall.

 

Der einzige substantielle Vorteil der heutigen Steuerung ist daß die EU frei in der Entscheidung ist. Ein Zertifikatssystem bei dem Nicht-EU-Länder nicht mitmachen müsste in veränderte Zölle münden. Je nachdem kann man dabei an die Grenzen der WTO-Vereinbarungen stoßen, also wird man weitere Mechanismen brauchen. Kalifornien könnte aber z.B. ein wichtiger US-Bundesstatt sein der mitmacht.

Danke für die Erläuterung von Flat-Plane und Cross-Plane. Man merkt den Unterschied akustisch beim BMW V8 (klingt wie eine Nähmaschine) und bei den AMG V8 (klingt wie ein Muscle Car) Motoren.

 

Beim Umbau meines BMW E30 auf V8 habe ich gelernt was der V8 für geometrische Vorzüge hat. Er baut kürzer als der Reihensechser (gut für den Schwerpunkt) und ist dank Alusil Gehäuse auch kaum schwerer als der original M20 Motor. Eigentlich der ideale Motor im E30, und mit ca. 1.100 kg sicher selten in der Kombination Anzahl Zylinder zu Fahrzeuggewicht.

 

Somit ist das auch ein kleines Plädoyer von mir für den V8.

 

Das es den V8 zukünftig nicht mehr im Breitensegment geben wird hat meiner Meinung nach nur Kostengründe. Aber sollen sie machen, ich versuche meine V8 und V12 Modelle solange wie möglich zu er- und behalten.

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vor einer Stunde schrieb S.Schnuse:

Danke für die Erläuterung von Flat-Plane und Cross-Plane. Man merkt den Unterschied akustisch beim BMW V8 (klingt wie eine Nähmaschine) und bei den AMG V8 (klingt wie ein Muscle Car) Motoren.

Die BMW V8 sind aber keine Flat-Plane Motoren sondern Cross-Plane wie die AMG. Der Unterschied liegt in der Zündfolge. Das Brabbeln der AMG kommt von der Muscle Car V8 typischen Doppelzündung auf einer Bank. Die BMW V8 machen das nicht. Nur der abgeleitete M8GTE Rennmotor hat eine Flat-Plane Kurbelwelle.

Ich finde übrigens, dass sich die AMGs im Gegensatz zu den BMW V8 sehr aufgesetzt anhören.

Das kommt alles irgendwie generisch aus dem Endtopf.

Bei BMW jedoch:
Die nicht M V8 sind sehr zivilisiert, wie es sich gehört.
Und DER M V8 (S65) ist (abseits von Supersportwagen) der am Besten klingende überhaupt. Da ist Ihnen "damals" schon ohne Auspuffmodifizierungen oder Auswechslungen echt ein großer Wurf gelungen.

Die aktuellen M V8 (S63) haben dann aber auch mit der "Endtopfgenerik" zu kämpfen, ordnen sich aber trotzdem noch vor den AMGs ein.

Gruß,
Eno.

ist halt subjektiv ... der 6.3 V8 Sauger hat eine „leisere“ Airbox als BMW, doch auch hier gibts Carbonumbauten im Ansaugbereich und der Motor klingt nochmals grandioser. Der 4.0L V8 BiTurbo klingt im Innenraum genialer als der aufgeladene BMW V8. Subjektive Meinungen halt ?

V8 Crossplane Motoren gibt's viele

ist halt Standard .......

V8 Flatplanes im Strassenwagenbereich scheinbar aktuell nur bei Ferrari, McLaren und beim Porsche 918......

Für mich ein entscheidendes Argument für einen 8 Zylinder Sportwagen

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  • 2 Monate später...

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