Massenausgleich beim 3-Zylinder-Reihenmotor

[nig]

Hallo, zusammen!

Ich kann mich erinnern, hier im Forum gelesen zu haben, wie einige Leute diskutierten, wie bei einem 3-Zylinder-Motor der Massenausgleich funktionieren soll. Es ist mir zu mühsam, den entsprechenden Thread im Forum zu suchen und hier einen Link zu setzen. Soweit ich mich erinnern kann, herrschte einige Ratlosigkeit, wie das Ganze funktionieren soll. Aber Interesse an dem Thema wurde durchaus geäußert.

Ein 4-Zylinder-Reihenmotor ist leicht intuitiv zu verstehen. Er ist zweifach spiegelsymmetrisch.

Ein 3-Zylinder-Reihenmotor mit 120° Kurbelzapfenversatz besitzt keine Spiegelsymmetrie. Hier muß man die 3te Dimension mitdenken und der Hub der Kolben relativ zueinander ist auch nicht so leicht zu überblicken, wie beim 4-Zylinder.

Ich versuche das Problem zu lösenen, indem ich die Kräfte von Kolben, Pleueln und Kurbelzapfen in Abhängigkeit vom Kurbelwellenwinkel in einer Exel-Tabelle berechne und die Ergebnisse in Liniendiagrammen darstelle.

Ich werde das ganze Paket in hirngerechte Häppchen aufteilen und nach und nach hier darstellen.​

 

[smalltalk]

Vielen Dank für deinen Aufwand. Liest sich gut.

 

[nig]

Hallo, zusammen!

Weniger, um den einfachsten und wohl allseits bekanntnen Hubkolbenmotor (den 1-Zylinder) vorzustellen, sondern eher, um meine Betrachtungsweise vorzustellen, und um gemeinsame Grundlagen zu schaffen , für diasweitere Vorgehen: Hier meine Überlegungen zum 1-Zylinder-Motor:

 

[Duster-6811]

Aber der 3-Zylinder Motor hat doch wie der 1-Zylinder-Motor seine Ausgleichsgewichte direkt an der Kurbelwelle angegossen. Dadurch hat doch schon jeder Zylinder für sich betrachtet seinen Massenausgleich.

 

[Duster 13]

Wenn wie oben beschrieben der Kurbelwellenversatz 120° Grad beträgt (3x 120 = 360°), heben sich die Massen doch gegenseitig auf. Man hat gegenüber einer Masse immer zwei Teilmassen der beiden anderen.
Ansonsten würde das Auswuchten eines Rades doch auch nicht funktionieren.
Oder funktioniert das bei einem Motor anders?

 

[16V Rolli]

Ich kann mich erinnern, dass der V4-Motor von Ford in den 60iger Jahren eine "Ausgleichswelle" hatte. Der V6 schon nicht mehr.

 

[nig]

Hallo, Duster-6811!

Dadurch hat doch schon jeder Zylinder für sich betrachtet seinen Massenausgleich.

Das ist eine von mehreren Möglichkeiten, einen Massenausgleich beim 3-Zylinder vorzunehmen. Wenn Du Dir, die Kurbelwelle des Nissan-Renault-Dacia 3-Zylinders anschaust, siehst Du, daß der mittlere Zylinder ein wesentlich kleineres Gegengewicht besitzt, als die beiden äußeren. Dieses Gegenewicht dient vermutlich lediglich der Reduzierung der Kräfte auf die inneren Kurbelwellenlager und nicht zum Kräfte-Ausgleich des gesamten Motors.
Das Problemm klärt sich wahrscheinlich mit dem Lesen der Kapitel speziell zum 3-Zylinder.Motor.

Hallo, Duster 13!

Wenn wie oben beschrieben der Kurbelwellenversatz 120° Grad beträgt (3x 120 = 360°), heben sich die Massen doch gegenseitig auf.

Das ist richtig. Der 3-Zylinder-Reihenmotor mit 120°-Kurbelzapfenversatz ist kräftefrei!
Nur leider wirken die Kräfte des 1. und des 3. Zylinsers in unterschiedliche Richtungen. Wenn beispielsweise der mittlere Kolben im OT steht, ist der Motor kräfte- und moment-frei in der Ebene der Zylinder-Achsen. In der Eben quer dazu wirken die Kraftanteile der äußeren Zylinder, die nicht in der "Axial-Ebene" wirken, aber in entgegengesetzter Richtung. Und da zwischen diesen beiden Zylindern ein Abstand besteht, entsteht in der "Querebene" ein freies Drehmoment. Dadurch wird das eine Motorende nach vorne und das andere nach hinten beschleunigt. Der Schwerpunkt des Motors bleibt kräftefrei, aber an den Motorlagern wirken trotzdem Kräfte.

Beitrag automatisch zusammengeführt: 05.03.2022

Hallo, 16VRolli!

Ich muß gestehen, daß der Ford V4 mich seinerzeit durchaus begeistert hat. Als Kind habe ich mir aber keine Gedanken um den Massenausgleich von Motoren gemacht und der innere Aufbau des V4 ist mir nicht bekannt.
Wenn es sich um "echte" V-Motoren handelt (jeweis zwei sich gegenüberliegende Zylinder teilen sich eine gemeinsame Kurbelwellenkröpfung), dann verhält sich der 4-Zylinder-V wie ein 2-Zylinder-Reihenmotor mit 180° Kurbelzapfenversatz. Da kann eine Ausgleichwelle sicherlich eine Menge bewirken. Ein "echter" V6 verhält sich dann ganz analog zum 3-Zylinder-Reiehenmotor.

 

[Duster 13]

Nur leider wirken die Kräfte des 1. und des 3. Zylinsers in unterschiedliche Richtungen.

Danke für den Hinweis. Die Verschiebung der Kräfte durch den Abstand auf der Achse hatte ich nicht berücksichtigt

 

[Spotlight]

Ein "echter" V6 verhält sich dann ganz analog zum 3-Zylinder-Reiehenmotor.

Meinst du nicht eher Reihen 6er?

Beim V6 ist überdies auch der Bankwinkel entscheidet. 90 Grad braucht eine 60 Grad kommt ohne aus wie z.b der m276 von Mercedes. Dafür hat der andere Baustellen....

 

[Obelix]

Warum macht ihr es euch so schwer? Das gibt's doch alles zum nachlesen, z.b. hier:

Massenausgleich 3-Zyl. Reihenmotor

 

[nig]

Hallo, Obelix!

Du hast vollkommen Recht, der Massenausgleich beim 3-Zylinder-Reihenmotor wird in dem Artikel von Gottfried Langmann beschrieben. Den Link zu diesem Artikel hatte ich in der Einleitung untergebracht und dort auch beschrieben, warum mich dieser Artikel nicht so ganz zufrieden gestellt hat, obwohl ich der Meinung bin, daß hier eine durchaus sinvolle und auch verständliche Beschreibung dieses Themas vorliegt.


Hallo, Spotlight!

Als "echten" V6 habe ich einen V-Motor bezeichnet, der 3 Kurbelwellen-Kröpfungen besitzt. Das entspricht ganz genau der Kurbelwelle eines 3-Zylinder-Reihenmotors. Um bei einem solchen V6 eine gleichmäßige Zündfolge zu erzielen, brauchte man einen Zylinderbank-Winkel von 120°. Ob 60° oder 90° macht meiner Meinung nach keinen so großen Unteschied, die Zündfolge betreffend. Eine gleichmäßige Zündfolge ist mit einem solchen Motor nicht zu erreichen.
Um einen V6 an das Verhalten eines Reihen-6-Zylinders anzugleichen, braucht man eine eigene Kurbelwellenkröpfung für jeden Zylinder. Das wird meiner Meinung nach sehr gut beim VR-6-Motor erreicht. Einen Motor mit einer solchen Kurbelwelle habe ich nicht als "echten" V6-Motor bezeichnet.
Den Begriff "echter" V6 habe ich benutzt, um eben einen V-Motor zu kennzeichnen, bei dem sich jeweils 2 Zylinder eine Kurbelwellenkröpfung teilen. Ob dieser Begriff unter Motoren-Entwicklern gebräuchlich ist, weiß ich nicht. Ich möchte auch keine Diskussion darüber entfachen, welche Kriterien ein Motor erfüllen muß, um als echter V6-Motor (echte ohne Anführungszeichen) anerkannt zu werden.

 

[Peter Stelzer]

nig: du verwendest den Begriff axial und ich fragte mich, welche Achse wohl gemeint sei. Ich habe dann für mich die Kurbelwelle ausgeschlossen und dann daher die Zylinderachse stark vermutet.

 

[nig]

Hallo, Peter Stelzer!

Du hast richtig kombiniert. Mit Axial-Ebene meine ich die Ebene die durch die Zylinder-Achsen vorgegeben wird, Im Text denke ich, sollte das klar erkennbar sein. Tut mir leid, daß das aus den Ad Hoc Beiträgen hier im Forum nicht deutlich erkennbar ist.

Hallo, zusammen!

Bevor ich zum Kern der ganzen Überlegungen komme, dem 3-Zylinder-Reihenmotor, möchte ich zuvor meine in Kapitel 2 vorgestellten Überlegungen auf den 4-Zylinder-Reihenmotor anwenden. Dieser Motor wird ja wohl von den meisten Lesern als Vergleichsstandard verwendet werden, um den 3-Zyliner daran zu messen.

 

[nig]

Hallo, zusammen!

Habe beim Durchsehen gerade festgestellt, daß eine Grafik im letzten Beitag fehlerhaft ist, Sorry!
Hier die berichtigte Version mit Kurven für die inneren und die äußeren Zylinder:

 

[nig]

Hallo, zusammen!

Heute also der erste Beitrag, der eine mögliche Bauform eines 3-Zylinder-Reihenmotors beschtreibt. Dies ist nicht die Bauform des Nissan/Renault/Dacia-Motors, auf die werde ich später eingehen.
Vorab noch eine Fehlerkorrektur:
In der Beschreibung zum Diagramm "amputierter 4-Zylinder ohne Ausgleich, Axialebene" ist das Wort "symmetrisch" zu ersetzen durch "näherungseise harmonisch".