Achtzylindermotor
AchtzylindersindHubkolbenmotoren,die nach demOtto-oderDieselverfahrenarbeiten können.
Bauarten
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Ein Achtzylinder ist heute meist einV-Motor,selten auch einBoxer-oderW-Motor.Achtzylinder-Reihenmotorensind wegen ihrer Baulänge typisch alsSchiffsdiesel,Lokomotivenantriebe undNotstromaggregate.
Anwendungen
BearbeitenDer Achtzylinder-Verbrennungsmotor wird am häufigsten als Antrieb vonLastkraftwagen,vonPersonenkraftwagenderoberen Mittelklasseund derOberklassesowie vonSportwageneingesetzt. Außerdem dient er dem Antrieb vonSchienenfahrzeugen,leichten Flugzeugen (BoxermotorenUS-amerikanischerHersteller wieLycomingundContinental) sowie als stationärerKraftwerksmotor.Von derDaimler-Motoren-Gesellschaftwurden im Ersten Weltkrieg einige hundert Achtzylinder-Reihenmotoren alsFlugmotorMercedes D IVhergestellt, die sich jedoch im Einsatz nicht bewährten.
Automobilbau
BearbeitenIm Automobilbau ist der Achtzylindermotor fast immerflüssigkeitsgekühlt.LuftgekühlteModelle (zum Beispiel der V8 in den Tatra-LimousinenTatra 77bis700) waren Ausnahmen. Achtzylinder-Reihenmotoren haben vor allem als Ottomotoren eine exzellente Laufruhe, da wie beimSechszylinder-Reihenmotor die freien Massenkräfte erster und zweiter Ordnung ausbalanciert sind. Außerdem sind die Zündabstände geringer.Kurbelwellenvon Reihenmotoren haben jedoch wegen ihrer Länge Probleme mit Drehschwingungen und dem zu übertragenden Drehmoment. Im Automobilbau wurden Achtzylinder-Reihenmotoren daher nur in den 1920er und 1930er Jahren für Luxusfahrzeuge gefertigt und leisteten zum Beispiel imBugatti Royalebis zu 220 kW (300 PS). Vereinzelt gab es Reihen-Achtzylinder in den USA noch bis in die 50er Jahre (Buick), dann aber schwenkten alle Anbieter um zur V8-Bauweise. Siehe hierzu auch:Reihen-Achtzylinder.
Die übliche Form von V8-Motoren ist der sogenannte „Crossplane“-V8 mit vier um jeweils 90 Grad versetzten Kröpfungen der Kurbelwelle. Mit geeigneten Gegengewichten an denKurbelwangenhat dieser Bautyp des V8-Motors einen vollkommenen Ausgleich von freien Massenkräften und -momenten erster und zweiter Ordnung. Zwar ist der Zündabstand insgesamt gleichmäßig, doch nicht innerhalb einerZylinderbank.In Verbindung mit einer zweiflutigen Abgasanlage (einAuspuffrohrje Zylinderbank) führt das zum typisch „brabbelnden “Klang von V8-Motoren US-amerikanischer Hersteller. Als typischer „Cruiser-Motor “ist der Crossplane-V8 sehr laufruhig, jedoch für hohe Drehzahlen nicht gut geeignet. Typische Grenzdrehzahlen solcher Motoren sind 6.500 oder 7.000 min−1,die jedoch in der Regel nur mit Motoren erreicht werden, deren Ventile durch obenliegende Nockenwellen (OHC) gesteuert werden. Einfachere Motoren, deren Ventilsteuerung mituntenliegenderNockenwelle,Stößeln,StoßstangenundKipphebelnarbeitet, wie sie in den USA die Regel waren, erreichen oft nur 4.500 oder 5.000 min−1und erreichen höhere Leistungen eher dank ihres großen Hubraums, in Pkws bis zu 8,2 (Cadillac) Liter, Ottomotoren in Klein-Lkw bis zu 16 Liter.
Große V8-Dieselmotoren für Lkw haben in Europa bis zu 19 Liter Hubraum, werden aber nunmehr von Reihensechszylindermotoren abgelöst wegen hoher Verbräuche und Schadstoffemissionen; ihre Grenzdrehzahlen liegen im Bereich 2.300 oder 2.500 min−1.Im Pkw wurden Achtzylinder-Dieselmotoren nur selten verwendet, erstmalig erfolgte dies ab 1977 imOldsmobile 98.Ab dem Jahr 2000 verbreiteten sich Dieselmotoren mit acht Zylindern und mehr eine Zeit lang auch in hochpreisigen Pkw und Geländewagen.[1]
Seltener ist der hauptsächlich in Hochleistungssportwagen (Ferrari F430,Lotus Esprit V8) verwendete Flatplane-V8 mit einer um 180 Grad gekröpften Kurbelwelle. DieZündfolgeinnerhalb einer Zylinderbank ist regelmäßig wie bei einem Vierzylinder-Reihenmotor, es sind kleinere Gegengewichte an den Kurbelwangen als bei Crossplane-Motoren erforderlich. Damit können höhere Drehzahlen erreicht werden. Die Laufruhe ist jedoch schlechter, da freie, nicht ausgeglichene Massenkräfte zweiter Ordnung auftreten. Typische Grenzdrehzahlen solcher Motoren sind 8.500 oder 9.000 min−1.Diese Kräfte wiederum können – wie bei Vierzylindermotoren – mit demLanchester-Ausgleichausgeglichen werden, also mit gegenläufigen Ausgleichswellen mit Unwucht, die mit doppelter Kurbelwellendrehzahl rotieren. Drehzahlen solcher Motoren können im Rennbetrieb 15.000 min−1erreichen (Formel 1).
JedegeschmiedeteKurbelwelle für einen V8-Motor ist zunächst „flat “, flach geschmiedet. Die Crossplane-Bauform mit den um 90 Grad versetzten Hubzapfen entsteht durch einen nachfolgenden, aufwendigen „Twist “-Vorgang (Verdrehen) in derWarmumformung,bei dem in einer zweitenSchmiedegesenk-Vorrichtungzwei der vier V-Kröpfungen aus der Ebene heraus um 90 Grad gedreht werden, indem eine Kröpfung aus der Mittenebene hochgedrückt wird, eine andere Kröpfung herunter. Eine Crossplane-Kurbelwelle ist somit teurer herzustellen. Eine Alternative für geringer belastete Motoren ist dasGießen,oft heute als Hohlformgießen ausgeführt.
Geschichte, Besonderheiten
BearbeitenErste Achtzylinder-Motoren wurden schon in den 1910er Jahren eingesetzt, zunächst für Rennzwecke, später in Luxus-Automobilen, zuerst in der Reihenbauweise. Sehr früh auch wurden Reihen-Achtzylindermotoren für Wettbewerbszwecke in Vierventil-Technik ausgeführt.
Größte Verbreitung fanden V8-Motoren in den USA, als in den 1930er Jahren Ford mit dem Nachfolger desT-Modells,demFord Model A,auch einen seitengesteuerten V8 (SV) mit 90 PS anbot.
In den 1920er und 1930er Jahren gab es mehrere Angebote hauptsächlich britischer Anbieter von Achtzylinder-Motoren mitKnight-Schiebersteuerung.Diese Motoren arbeiten nahezu unhörbar.
Achtzylinder-Motoren erreichten hohe technische Reife bei europäischen PKW-Anbietern, die die Motoren mit Benzineinspritzung ausstatteten (Mercedes-Benz W100ab 1963), mit obenliegenden Nockenwellen und Vierventiltechnik (Aston Martin, Ferrari, Maserati ab den 1960ern), mit verstellbaren Nockentrieben (Mercedes-Benz ab 1989) und mit Doppelzündung (Daimler-Chrysler ab 1998), sowie mit Turbolader ab den 2000er Jahren.
Anfang der 1990er Jahre wurden Achtzylinder-Motoren aufgrund von Wettrüsten zwischen den Autoherstellern auch in PKW deroberen Mittelklasseeingeführt (BMW 5er,Mercedes-Benz E-Klasse,Audi A6,Lexus GS). Ab ca. 2010 waren die Achtzylinder-Motoren jedoch nach und nach aufgrund vonDownsizingnur noch den Spitzenmodellen der jeweiligen Baureihe vorbehalten oder verschwanden wieder komplett aus der Motorenpalette der oberen Mittelklasse.
Achtzylinder wurden in der Vergangenheit auch als Boxermotoren gebaut, als H-Motoren mit zwei verbundenen Vierzylinder-Boxermotoren übereinander, als Zweitakter (bis heute vor allem als Außenborder-Bootsmotoren), als W-Motoren (zwei VR4-Bänke, VW Passat W8 um 2003) und als Druckluft-Motoren (für Torpedos).[2]
Gegenwart und Zukunft der Achtzylinder-Motoren
BearbeitenDer Achtzylindermotor ist gegenüber Motoren kleinerer Zylinderzahl mit einer höherenReibleistungbehaftet, die für gleiche nutzbare Leistung einen höherenMitteldruckerfordert und damit zuVerbrauchsnachteilenführt. Insgesamt ist daher im Wege derDownsizing-Bestrebungen zur Verringerung der CO2-Belastungen und Verbräuche der Achtzylinder-Motor als Kraftfahrzeug-Antrieb im Rückgang. Der Achtzylinder wird insbesondere ohne Turbolader als veraltete Technik angesehen. Immer häufiger wird er bei neu herauskommenden Fahrzeugangeboten daher von turbo-aufgeladenen Sechszylinder-Motoren mit Direkteinspritzung abgelöst.
Nach Stand 2018 findet er sich bei Neukonstruktionen nur noch in sehr schweren Fahrzeugen (SUV), in Hochleistungs-Sportwagen und extrem starken Limousinen. Deutsche Hersteller von V8-Motoren bei PKW sind nochAudi,BMW,und dieDaimler AG.Importe von V8-PKW sind beiToyota(Lexus),Chrysler(Jeep,RAMundDodge) und beiFordzu finden (Ford Mustang), sowie bei italienischen und britischen Sportwagenanbietern und Luxusfahrzeugen (Bentley,Aston Martin,Ferrari,Maserati,undLamborghini). Solche Motoren sind nach Stand der Technik oft als V8 zudem mit Turbolader aufgeladen, was das „Package “, die Unterbringung aller zum Betrieb erforderlichen Aggregate, extrem aufwendig und Reparaturen ungemein teuer macht, da die aufwendige Peripherie solcher Motoren durch die zwei Zylinderbänke fast durchgehend zweimal unterzubringen ist (Turbolader, Ladeluftkühlung).
Bei Lkws gibt es nach Überschreiten der 500-PS-Grenze bei aufgeladenen Sechszylinder-Dieseln kaum noch einen Grund für die Nutzung von V8-Motoren. Diese Motoren werden in kleinen Stückzahlen weiter gebaut werden, um in Zugmaschinen für Schwertransporte und Schienenfahrzeuge sowie in Boote eingebaut zu werden, und werden abseits der Fahrzeugtechnik auch noch inKraft-Wärme-Kopplungskraftwerkensowie bei Notstromaggregaten in Krankenhäusern genutzt. Sie werden aber die normale Fahrzeugtechnik künftig kaum noch berühren.
Eine Zukunft hat der Achtzylindermotor sicherlich noch mit mittelschnell laufenden Viertakt-Dieselmotoren als Schiffsantrieb und als Antrieb im Schienenverkehr.[3]
Literatur
Bearbeiten- Peter Gerigk, Detlev Bruhn, Dietmar Danner:Kraftfahrzeugtechnik.3. Auflage, Westermann Schulbuchverlag GmbH, Braunschweig, 2000,ISBN 3-14-221500-X.
- Max Bohner, Richard Fischer, Rolf Gscheidle:Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik.27. Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten, 2001,ISBN 3-8085-2067-1.
Einzelnachweise
Bearbeiten- ↑Filippo Einaudi:V8-Dieselmotoren: Audi, BMW und Mercedes-Benz im Vergleich.motor1, 11. November 2023,abgerufen am 22. August 2024.
- ↑Zima, Ficht: Ungewöhnliche Motoren, Vogel-Verlag Würzburg, 3. Aufl. 2010, S. 568 ff.
- ↑MTZ Motorentechnische Zeitschrift, Jahrgangsbände 2011–2018
