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Sechszylinder-Motoren: Worin liegen die jeweiligen Vorzüge eines V6 und eines R6?


Zur Lösung Gelöst von matelko,

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  • Lösung

In einem anderen Thema unseres Forums tauchte jüngst die Frage auf, warum ein 6-Zylinder Reihenmotor in einer Limousine der gehobenen Klasse die bessere Wahl gegenüber einem V6-Motor darstellt. Dies soll in diesem Thema ausführlicher erläutertert werden.

 

Der Sechszylinder-Reihenmotor

Letztlich besteht ein Sechszylinder-Reihenmotor aus zwei der Länge nach gespiegelten Dreizylinder-Motoren. Insofern sollten wir zunächst kurz den Dreizylinder-Reihenmotor betrachten:

 

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Beim Dreizylinder-Reihenmotor zünden die Brennräume im Abstand von 240°. Betrachtet man die Kurbelwelle von der Frontseite, erhält man eine sternförmige Projektion. Daraus läßt sich ableiten, daß der Schwerpunkt in jeder beliebigen Kurbelwellenposition immer zentral in der Mitte liegt. Somit entstehen in dieser Hinsicht zunächst keine Vibrationen. Allerdings sind die Kolben nicht in einer (Projektions-) Ebene, sondern hintereinander angeordnet. D.h. während im vorderen Zylinder eine Kraft nach oben entsteht, erzeugen Kolben und Pleuel im hinteren Zylinder eine entgegengesetzte Kraft nach unten. Da diese Kräfte an den verschiedenen Enden der Kurbelwelle angreifen, vibriert der Motor nicht in seiner Gesamtheit, sondern nur an den Enden. Der mittlere Zylinder 2 befindet sich stets im ruhenden Zentrum (dem Schwerpunkt), er stellt den Drehpunkt der Vibrationen dar.

 

6R_Zylinder.thumb.jpg.0af3f6c8fcc09e8f8c475f3db32266e7.jpg802959358_6R_ZylinderProjektion.thumb.jpg.e79c58e3c1d6a8ee768844dc12158e98.jpg

 

Wie eingangs erwähnt, läßt sich der Sechszylinder-Reihenmotor als einen der Länge der Kurbelwelle nach gespiegelten Dreizylinder-Motor beschreiben. Folglich ergeben sich zwei Schwingungen, nämlich um Zylinder 2 und 5 als jeweiligem Zentrum herum. Aufgrund der Spiegelung löschen sie sich jedoch gegenseitig aus, weshalb an den Motorenden tatsächlich keine Vibrationen auftreten. Da der Kurbelwellenaufbau trotz der Spiegelung identisch zum Dreizylinder-Motor ist (nur doppelt so lang und mit doppelt so vielen Kolben), verändert sich auch der Schwerpunkt des Motors nicht. Somit entstehen keine freien Kräfte, weder in senkrechter noch in seitlicher Richtung. Darin liegt der Grund, weshalb Sechszylinder-Reihenmotoren einen besonders ruhigen Lauf aufweisen.

 

Der Sechszylinder V-Motor

Der V6-Motor nimmt unter den V-Motoren eine Sonderstellung ein: Üblicherweise sitzen auf einem Hubzapfen jeweils zwei Kolben, einer für die linke, der andere für die rechte Zylinderbank (siehe meine Ausführungen zum V8-Motor in diesem Forum). Der ideale Bankwinkel für einen V6-Motor beträgt 120°, was jedoch eine besonders breite Bauweise hervorbringt und zudem kaum in den Baukasten einer Motorenfamilie passt, weshalb der V6-Motor häufig mit einem Bankwinkel von 90° ausgeführt wird. Zur Kompensation der sich daraus ergebenden, ungleichmäßigen Zündfolge und den daraus resultierenden Vibrationen zwischen den Zylinderbänken muß der „falsche“ Bankwinkel bzw. der fehlende Anteil an den idealen 120° durch eine Teilung der Hubzapfen und deren Versatz an der Kurbelwelle ausgeglichen werden. Für einen V6-Motor mit einem Bankwinkel von 90° beträgt der Versatz somit 30°.

 

6V_Zylinder.thumb.jpg.de276e1c5df103b4d415d8bc4ecac12f.jpg1223745299_6V_ZylinderProjektion.thumb.jpg.a290ef5b5772a6f1c2ce7ddc7a2993b5.jpg

 

Wie bei den Dreizylinder-Motoren, vibrieren die V6-Motoren an ihren Enden. Da an der Kurbelwelle keine Spiegelsymmetrie vorliegt, welche die Vibrationen auslöscht, wird hier und im Gegensatz zum Sechszylinder-Reihenmotor eine Ausgleichswelle benötigt. V6-Motoren sind hinsichtlich der Laufruhe den Reihenmotoren also deutlich unterlegen, trotz der identischen Zylinderzahl. Hinzu kommen die doppelte Anzahl an Nockenwellen, somit eine höhere Reibung, dem damit einhergehenden, niedrigeren Wirkungsgrad und höhere Produktionskosten. Welcher Vorteil bleibt also den V6-Motoren? Die Antwort ist einfach: Ein V6-Motor hat einen deutlich geringeren Platzbedarf in Bezug auf seine Länge, was insbesonders bei einer Anordnung des Motors vor der Vorderachse entscheidend ist (siehe z.B. VW und Audi).

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hallo in die runde,

denke der V 6 motor hat gegenüber einem reihensechszylinder den vorteil das er deutlich kürzer ist und somit ggf. in einem kleineren motorraum platz findet.

V6 motoren derzeit weit verbreitet im gegensatz zu früher !  ( siehe mercedes)

 

der trend geht klar in richtung aufgeladene motoren  ( ggf. auch  2 turbos ) und im mittelklasse segment 4 - zylinder mit kleinem hubraum

bis max. 2000ccm .

 

gruss

Hoi M.

Danke, ausführliche Erklärung!
Darf ich noch fragen, wie sich das mit dem W12 verhält? Das sind doch zwei V6 Motoren, die gegeneinander leicht verschoben sind, aber die Kurbelwelle?

Auf die Schnelle, stark trivialisiert: Ein richtiger W12 ist ein Reihen-4-Zyl. als Y angeordnet - wurde mehrmals in diversen Motorsportapplikationen konstruiert.

Der VAG-Konzern hatte bei seinen eigenen W12-Konstruktionen (Applikationen in z.B. Phaeton, Tuareg & danach Bentley) die VR6 (V- & Reihenmotor kombiniert) gedoppelt und somit die gegenläufigen Vibrationen ausgeglichen. Zylinderwinkel habe ich gerade nicht im Kopf, müsste ich nochmal nachlesen.

@kkswiss:

Dazu kann ich derzeit leider nichts sagen, da ich weder die Bankwinkel der VR6- und der daraus abgeleiteten W12-Motoren kenne, noch den Aufbau der jeweiligen Kurbelwellen, oder gar die Zündfolgen.

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vor 2 Stunden schrieb AronCanario:

Reihensechser ist das bessere Konzept

Für den Straßenverkehr & insbesondere Alltagsfahrzeuge auf jeden Fall! Wenn es um Leistungsausbeute geht, dreht es sich wieder. Der R6 kommt relativ schnell an die Grenzen der thermischen Belastbarkeit, auch wegen des Platzbedarfs und die „hinteren“ beiden Zylinder sind schwieriger kühl zu halten. Den V6 kannst du im Prinzip direkt auf die Vorderachse packen und damit hast du rundherum mehr Platz für Abgasturbolader nebst Kühlperipherie.

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Für mich gibt es nichts eleganteres als BMW R6; das ist Motorenkultur in Reinstform.

Wobei mich auch der B4 im 718 der ersten Serie begeistert hat.

Was der für einen Spass aus 2l Hubraum zaubert, das ist schon phänomenal.

Ich hatte da gar keine Gier mehr nach dem alten B6 aus dem Boxster.

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vor 43 Minuten schrieb Dany430:

Das ist so nicht korrekt resp. kann man nicht pauschalisieren. 

Gut - ich gehe von Serienmotoren aus - in der Tunerszene gibt es N54 mit 200PS/L Hubraum, aber „Standard“ ist da nix mehr ;) 

vor 3 Stunden schrieb matelko:

@kkswiss:

Dazu kann ich derzeit leider nichts sagen, da ich weder die Bankwinkel der VR6- und der daraus abgeleiteten W12-Motoren kenne, noch den Aufbau der jeweiligen Kurbelwellen, oder gar die Zündfolgen.

Wenn ich das aus dem Studium noch richtig im Kopf habe waren das meine ich ~15Grad (Bankwinkel).

 Bei der Kurbelwelle handelt es sich um eine „geschränkte“ Kurbelwelle, sprich es gibt einen Versatz bei den Hublagern, um die Totpunkte zu verschieben.

 

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guten abend,

das die hinteren beiden zylinder beim reihen-sechszylinder thermiche probleme haben ist nichts neues , 

siehe w113 (pagode) und w107  baureihe beim mercedes  !

 

und bei harley davidson hatte der hintere zylinder auch über die jahre  probleme mit der temeratur... !

 

der c36 von amg war meines wissens ein aufgebohrter 320er motorblock und die haben dem elektrolüfter eine zweite stufe mit höherer drehzahl gegeben und alles war in butter.

 

gruss am späten abend

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vor 19 Stunden schrieb Teferi:

Wenn ich das aus dem Studium noch richtig im Kopf habe waren das meine ich ~15Grad (Bankwinkel).

Was hast denn studiert? Maschinenbau? Hm... da könnte man wieder nen Thread draus basteln ;)

Danke @matelko für die tolle Übersicht!

Es wurden auch immer wieder V6 mit gar nicht passenden Bankwinkeln gebaut, Beispiel Daimler M272 mit 90° (als Ableitung vom V8) mit zusätzlicher Ausgleichswelle und entsprechenden Problemchen.

https://de.wikipedia.org/wiki/Mercedes-Benz_M_272

 

Eine tolle Ergänzung zu Deinem Text (Quellen?) wäre noch der (echte) Sechszylinder-Boxer.

 

 

Ansonsten freu' ich mich darauf jetzt sehr bald(tm) wieder einen Reihensechser fahren zu können. Perfekter Massenausgleich bis zur dritten Ordnung (und, nein, das weiß ich nicht aus dem Studium):
https://de.wikipedia.org/wiki/Mercedes-Benz_M_130

 

Der Motor der 1970er. Drüber gehen nur noch die V12 (kürzere Zündfolge).

Was ich mich dabei frage: Das ist ja alles kein geheimes Schamanenwissen, einiger Weniger. Warum baut man Motoren wie es Ferrari macht und die dadurch einen besonderen Klang haben, nicht auch bei Großserienherstellern wie BMW, Audi, VW usw.

 

Leistungsmäßig übertreffen deren "standard" Autos schon längst einige Youngtimer wie F355, Modena usw.  aber emotional sind diese modernen Autos einfach sehr kühl um nicht zu sagen emotionslos. 

 

Ein 5er Touring z.B. mit einem rassigen Sound wäre doch mal was Feines :) Und wer einen E-Leisetreter will ordert dann eben das. 

+Dauerhaltbarkeit

+Wartungsfreundlichkeit

+Verschleiß

+Massenproduktion

 

Beispiel:

E60 M5 V10 Touring - kein Neuwagenmarkt hierfür irgendwo gewesen. 

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vor einer Stunde schrieb Teferi:

Ich packe meinen Koffer... who‘s next?! 😄

Viel Spaß, dieses Jahr gehts höchstens zum Achensee kurz hinter der österreichischen Grenze. 😕

 

 vor 2 Stunden schrieb Teferi:

Baukastensysteme, Emissionen, Kosten. Darum 😉


Ach egal... aber der Sound?! :D Ich kauf doch ein Auto nicht, weil der Hersteller damit LEGO spielen kann um Kosten zu sparen, die garantiert nicht dem Kunden zugute kommen.

Jo - bring 300.000 Käufer mit selbem Schwerpunkt, die im Schnitt alle 4 Jahre auf das nächste Modell wechseln - dann könnte sich wohl auch einer der Premium-OEM dafür begeistern ;) 

Ach ja - Motor-Revision alle 50tkm einplanen, dann hat der auch richtig Leistung - und 65TEUR netto Listenpreis rechnen. Für das Format eines aktuellen Golf.

 

ALPINE konnte nichtmal aufs DKG & Turboaufladung verzichten, weil es trotz Leichtgewicht so einfacher zulassungsfähig und produzierbar bleibt, sowie Verschleiß reduzierbarer ist.

 

Um den Kreis zu schließen - BMW musste Ihren grandiosen R6 Sauger auf Turbo umrüsten & nun verschwindet dieser klammheimlich - wg. diesen Regulierungen 😕 

Hab gerade vom BMW530d auf den Audi Q5 50tdi gewechselt, beide 3 Lier Diesel, der Reihensechser vom BMW war ein Genuss an Laufkultur und Ruhe, da ist der V6 im Audi deutlich ruppiger und lauter.

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Thorsten0815
Am 22.7.2020 um 01:04 schrieb sstaiger:

Eine tolle Ergänzung zu Deinem Text (Quellen?) wäre noch der (echte) Sechszylinder-Boxer.

Ja, der Flat six wäre eine schöne Ergänzung und würde das Thema abrunden. 

 

Am 21.7.2020 um 01:05 schrieb herbstblues:

 

und bei harley davidson hatte der hintere zylinder auch über die jahre  probleme mit der temeratur... !

Nicht nur damit, aber Die Zeiten sind vorbei 

 

Am 20.7.2020 um 17:15 schrieb AronCanario:

der Reihensechser ist das bessere Konzept.

Ist es nicht 

 

 

Am 22.7.2020 um 01:04 schrieb sstaiger:

Eine tolle Ergänzung zu Deinem Text wäre noch der (echte) Sechszylinder-Boxer.

Naja, zum Boxer-Motor gibt's nicht viel zu sagen. Bei Boxer-Motoren sind die Kolben horizontal angeordnet, wobei jeweils zwei gegenüberliegende Kolben ein Paar bilden. Jedes Kolbenpaar arbeitet im Gegensatz zu 180° V-Motoren stets gegeneinander, siehe die nachfolgende Darstellung. Ihr kann man entnehmen, daß beim Boxer-Motor die beiden gegenüberliegenden Kolben eines jeweiligen Paares nicht nur jederzeit dieselben Positionen innehaben, sondern sich auch mit derselben Geschwindigkeit bewegen - nur eben gegenläufig, so daß alle Vibrationen ausgelöscht werden.

 

Boxer.thumb.jpg.20748e26e6ac98da428ae8a2b0846406.jpg

 

Daher erreicht diese Bauform erstens einen außerordentlich niedrigen Schwerpunkt und läuft zweitens immer ausgeglichen und schwingungsfrei - und das unabhängig(!) von der Zylinderzahl.

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