Für die meisten Menschen ist ein Auto eine Sache, die sie mit Benzin füllen und die sie von Punkt A nach Punkt B bewegt. Aber haben Sie jemals angehalten und gedacht: Wie macht es das eigentlich? Was bringt es dazu, sich zu bewegen? Wenn Sie nicht bereits ein Elektroauto als Ihren täglichen Fahrer eingesetzt haben, dann ist die Magie des Verbrennungsmotors – das Ding, das unter der Motorhaube Geräusche macht – ein wahres Wunder. Aber wie funktioniert ein Motor überhaupt?
Genauer gesagt ist ein Verbrennungsmotor ein Wärmemotor, indem er die Energie aus der Hitze des verbrennenden Benzins in mechanische Arbeit oder Drehmoment umwandelt. Dieses Drehmoment wird auf die Räder ausgeübt, um das Auto in Bewegung zu setzen. Und wenn Sie nicht gerade einen alten Zweitakt-Saab fahren (der wie eine alte Kettensäge klingt und öligen Rauch aus seinem Auspuff ausstößt), arbeitet Ihr Motor nach denselben Grundprinzipien, egal ob Sie einen Ford oder einen Ferrari fahren.
Motoren haben Kolben, die sich in Metallrohren, den sogenannten Zylindern, auf und ab bewegen. Stellen Sie sich vor, Sie fahren Fahrrad: Ihre Beine bewegen sich auf und ab, um die Pedale zu drehen. Die Kolben sind über Stangen (sie sind wie Ihre Schienbeine) mit einer Kurbelwelle verbunden und bewegen sich auf und ab, um die Kurbelwelle des Motors zu drehen, so wie Ihre Beine die des Fahrrads drehen – was wiederum das Antriebsrad des Fahrrads oder die Antriebsräder des Autos antreibt. Je nach Fahrzeug hat der Motor typischerweise zwei bis 12 Zylinder, in denen sich jeweils ein Kolben auf und ab bewegt.
Woher die Motorleistung kommt
Was diese Kolben nach oben und unten antreibt, sind Tausende von winzigen, kontrollierten Explosionen, die jede Minute stattfinden und durch die Mischung von Brennstoff und Sauerstoff entstehen und das Gemisch entzünden. Die Hitze und die sich ausdehnenden Gase dieser Miniexplosion drücken den Kolben im Zylinder nach unten.
Fast alle heutigen Verbrennungsmotoren (um es einfach zu halten, konzentrieren wir uns hier auf Benzinmotoren) sind von der Viertakt-Variante. Neben dem Verbrennungstakt, der den Kolben von der Oberseite des Zylinders nach unten drückt, gibt es drei weitere Takte: Einlass, Verdichtung und Auslass.
Motoren benötigen Luft (nämlich Sauerstoff), um Kraftstoff zu verbrennen. Während des Einlasshubs öffnen sich die Ventile, damit der Kolben bei seiner Abwärtsbewegung wie eine Spritze wirkt und Umgebungsluft durch das Einlasssystem des Motors ansaugt. Wenn der Kolben den unteren Teil seines Hubs erreicht, schließen sich die Einlassventile und dichten den Zylinder für den Verdichtungshub, der in entgegengesetzter Richtung zum Einlasshub verläuft, wirksam ab. Durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens wird die Einlassladung komprimiert.
Die vier Takte eines Viertaktmotors
In den modernsten Motoren von heute wird das Benzin direkt in die Zylinder nahe der Oberkante des Verdichtungshubs eingespritzt. (Andere Motoren mischen Luft und Kraftstoff während des Ansaugtaktes vor.) In beiden Fällen entzünden Zündkerzen das Luft- und Kraftstoffgemisch kurz bevor der Kolben den oberen Teil seines Weges, den so genannten oberen Totpunkt, erreicht.
Die daraus resultierende Ausdehnung der heißen, brennenden Gase drückt den Kolben während des Verbrennungstakts in die entgegengesetzte Richtung (nach unten). Dies ist der Hub, der die Räder Ihres Autos ins Rollen bringt, genau wie wenn Sie die Pedale eines Fahrrads nach unten drücken. Wenn der Verbrennungstakt den unteren Totpunkt erreicht, öffnen sich die Auslassventile, damit die Verbrennungsgase aus dem Motor gepumpt werden können (wie eine Spritze, die Luft ausstößt), wenn der Kolben wieder nach oben kommt. Wenn der Auspuff ausgestoßen wird – er setzt sich durch das Auspuffsystem des Autos fort, bevor er hinten aus dem Fahrzeug austritt -, schließen sich die Auslassventile im oberen Totpunkt, und der gesamte Prozess beginnt von neuem.
Bei einem Mehrzylinder-Automotor sind die Zyklen der einzelnen Zylinder zueinander versetzt und gleichmäßig verteilt, so dass die Verbrennungshübe nicht gleichzeitig stattfinden und der Motor möglichst ausgeglichen und laufruhig ist.
Aber nicht alle Motoren sind gleich aufgebaut. Es gibt sie in vielen Formen und Größen. Die meisten Automotoren ordnen ihre Zylinder in einer geraden Linie an, wie z.B. ein Vierer-Reihenmotor, oder kombinieren zwei Reihen von Zylindern in einem V, wie z.B. ein V-6 oder ein V-8. Motoren werden auch nach ihrer Größe oder ihrem Hubraum klassifiziert, der das Gesamtvolumen der Zylinder eines Motors darstellt.
Verschiedene Arten von Motoren
Es gibt natürlich Ausnahmen und winzige Unterschiede zwischen den auf dem Markt befindlichen Verbrennungsmotoren. Bei Atkinson-Motoren wird beispielsweise die Ventilsteuerung geändert, um einen effizienteren, aber weniger leistungsstarken Motor zu erhalten. Turboaufladung und Aufladung, die unter den Optionen der Zwangsaufladung zusammengefasst sind, pumpen zusätzliche Luft in den Motor, wodurch der verfügbare Sauerstoff und damit die Menge des verbrennbaren Kraftstoffs erhöht wird, was zu mehr Leistung führt, wenn man sie benötigt, und zu mehr Effizienz, wenn man die Leistung nicht benötigt. Dieselmotoren machen all dies ohne Zündkerzen. Aber egal, welcher Motor, solange es sich um einen Verbrennungsmotor handelt, bleiben die Grundlagen seiner Funktionsweise gleich. Und jetzt kennen Sie sie.
