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So funktioniert der Verbrennungsmotor: Die Technik anschaulich erklärt

Der Großteil aller Autos hat ihn heute noch unter der Haube: Den Verbrennungsmotor. Wie funktioniert die Technik eines Verbrennungsmotors und wie ist er aufgebaut? Welche Aufgaben übernehmen die Kolben, was ist ein Vier-Takt-Motor und wie unterscheiden sich Ottomotor, Benziner und Diesel im Detail?

Inhalt

  • So ist ein Verbrennungsmotor aufgebaut
  • Was passiert im Verbrennungsmotor?
  • Ottomotor, Benzin und Diesel – was ist der Unterschied?
  • Welche Verbrennungsmotoren gibt es?
  • Was sind heute besonders beliebte Verbrennungsmotoren?
  • Fazit

So ist ein Verbrennungsmotor aufgebaut

Grundsätzlich wird bei allen Verbrennungsmotoren Kraftstoff in einen Motorraum eingespritzt und verbrannt. Unter hohem Druck entzündet sich dort ein Kraftstoff-Luft-Gemisch und setzt seine Energie in mechanische Arbeit um – der Motor-Kolben wird durch die Ausdehnung in Bewegung gesetzt und gibt diese Bewegung bis zum Antriebsstrang des Fahrzeuges weiter. Die Kolben sitzen in Zylindern und sind unterschiedlich im Motor angeordnet, zum Beispiel im sogenannten Wankelmotor als Rotationskolben, in Form von Hubkolben oder Sternkolben. Die meisten Autos heute besitzen einen Hubkolbenmotor, der in vier Takten arbeitet. Im Folgenden wird der Aufbau und die Funktionsweise eines Vier-Takt-Hubkolbenmotors genauer erklärt.

Der Aufbau des Verbrennungsmotors

Was passiert im Verbrennungsmotor?

Die vier Arbeitsschritte eines Motors bestehen aus Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausstoßen. Während in einem Zwei-Takt-Motor Ansaugen und Verdichten sowie Arbeiten und Ausstoßen parallel geschehen, laufen sie im Vier-Takt-Motor einzeln ab:

Die 4 Phasen des Verbrennungsmotors

1. Takt: Ansaugen

Der Kolben bewegt sich nach unten (zum sogenannten unteren Totpunkt) und saugt damit durch das Einlassventil Kraftstoff und Luft in den Brennraum ein. Ausnahme: Bei den sogenannten Direkteinspritzern (TSI-Motoren) wird der Kraftstoff direkt in den Zylinder gespritzt.

2. Takt: Verdichten

Alle Ventile sind geschlossen, der Kolben fährt nach oben und verdichtet das Luft-Kraftstoff-Gemisch. Um eine hohe Kompression zu erzeugen, ist der Kolben zum Rand des Zylinders mit Kolbenringen abgedichtet.

3. Takt: Arbeiten

Kurz bevor der Kolben den oberen Punkt im Zylinder (den oberen Totpunkt) erreicht, wird das verdichtete Gemisch entzündet. Je stärker die Komprimierung, desto effizienter verbrennt das Gemisch: Denn durch die erzeugte Explosion wird der Kolben wieder nach unten gedrückt und überträgt seine Kraft über die Pleuelstange auf die Kurbelwelle. Deren Drehung erzeugt über das Getriebe die Fortbewegung der Räder. Wie oft sich die Kurbelwelle pro Minute dreht, das zeigt der Drehzahlmesser im Cockpit des Autos an. Und je höher die Drehzahl, desto mehr Spritverbrauch entsteht – denn mit jedem Durchlauf der Kolben wird natürlich Kraftstoff in den Zylinder gespritzt.

4. Takt: Ausstoßen

Im letzten Takt schnellt der Kolben wieder nach oben und drückt die entstandenen Abgase durch das Auslassventil nach außen in den Auspuff. Solange der Motor läuft, wiederholen sich alle vier Takte in dieser Reihenfolge. Das Öffnen und Schließen der Ventile an den Zylindern unterstützt übrigens auch die Kurbelwelle: Sie ist über Steuerkette oder Zahnriemen mit der Nockenwelle verbunden, die sich mit genau der halben Drehzahl der Kurbelwelle bewegt. So öffnen und schließen sich in einem Durchlauf der vier Takte die Ventile jeweils einmal.

Ottomotor, Benzin und Diesel – was ist der Unterschied?

Hubkolbenmotoren, die mit Zündkerzen im Vier-Takt-System arbeiten, werden Ottomotoren genannt. Sie gehen auf deren Erfinder Nicolaus Otto im Jahr 1876 zurück. Der Ottomotor benötigt Benzin für die Luft-Kraftstoff-Einspritzung und außerdem eine Zündkerze, die das Gemisch im Zylinder entzündet.

Beim Dieselmotor, auch Selbstzünder genannt, entzündet sich das Kraftstoff-Gemisch am Ende des Verdichtungs-Taktes selbst. Luft strömt durch das Einlassventil ein, wird durch die Kompression des Kolbens stark erhitzt und entzündet sich mithilfe des separat eingespritzten Diesel-Kraftstoffs. Hier entsteht durch den Druck des Kolbens eine weitaus höhere Kompression und Temperatur als beim Ottomotor. Daher besitzen Dieselmotoren einen massiveren Aufbau als Benziner und sind schwerer.

Welche Verbrennungsmotoren gibt es?

Die Mehrzahl der Autos mit Verbrennungsmotor besitzt heute vier Zylinder, die zumeist hintereinander angeordnet sind und dementsprechend Reihenvierzylinder genannt werden. Aber es gibt auch andere Versionen des Verbrennungsmotors auf dem Markt – sie reichen vom Einzylinder im Fiat 500 bis hin zum 16-Zylinder, wie er zum Beispiel im Bugatti Chiron zu finden ist. Dort können die Zylinder entweder in V-Form, in einer Reihe oder auch als „Boxer“ gegenüberliegend verbaut sein. Diese Bauarten gelten gleichermaßen für Benzin- wie für Dieselantriebe, wobei besonders leistungsstarke Verbrennungsmotoren heute fast ausschließlich als Benziner gebaut werden. Selbstzünder mit sechs und mehr Zylindern gehören in der Neuwagenproduktion der Hersteller aus Kosten- und Emissionsgründen mittlerweile der Vergangenheit an.

Welche Verbrennungsmotoren sind heute besonders weit verbreitet?

Im Mittelklasse-Segment konzentrieren sich Angebot und Nachfrage bei den Verbrennungsmotoren heute stark auf turbounterstütze Vier-Zylinder als Benziner oder Diesel. Viele Motoren kommen dadurch mit verhältnismäßig kleinem Hubraum aus und arbeiten effizient mithilfe von Direkteinspritzung (VW nennt dieses Verfahren bei seinen Motoren beispielsweise TSI), wobei der Kraftstoff direkt in die Brennkammer eingespritzt wird, und nicht über das Einlassventil.

Fazit

Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass sich im Verbrennungsmotor Kolben in Zylindern unter Einfluss von Kraftstoff und Luft heben und senken und damit für den Antrieb eines Fahrzeugs sorgen. Die Arbeitstakte eines klassischen Vier-Takt-Hubkolbenmotors unterteilen sich in die Phasen Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausstoßen. Während Ottomotoren Benzin zuführen und mithilfe von Zündkerzen Kraftstoff verbrennen, zündet ein Dieselmotor durch die höhere Verdichtung selbst. Obwohl der Elektromotor längst Einzug in den Markt gehalten hat, ist die Mehrzahl aller Autos auf unseren Straßen heute immer noch mit der Technik des Verbrennungsmotors unterwegs.

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