Das „Herz“ des Autos: Einführung in den grundlegenden Aufbau des Motors

Der Automotor wird oft als Herz oder Seele des Autos bezeichnet, weil er Leistung, Kraftstoffverbrauch, Laufruhe, Emissionen, Zuverlässigkeit und Lebensdauer bestimmt. Obwohl er ein komplexes System ist, bleibt das Grundprinzip gleich: Er wandelt Kraftstoffenergie in mechanische Leistung um, die das Fahrzeug bewegt.

Dieser Artikel erläutert die Aufgabe des Automotors, übliche Motorbauarten, Viertakt- und Zweitakt-Arbeitszyklen, den Kurbeltrieb und die Ventilsteuerung. Diese Grundlagen helfen Fahrzeugbesitzern, die Motorfunktion und die Bedeutung regelmäßiger Wartung besser zu verstehen.

Was macht der Automotor?

1. Der Motor wandelt Kraftstoffenergie in mechanische Leistung um#

Ein Automotor wandelt die Wärmeenergie der Benzinverbrennung in mechanische Energie um. Sich ausdehnendes Verbrennungsgas drückt den Kolben, und der Motor setzt diese Bewegung in Drehleistung für das Fahrzeug um.

Automotoren lassen sich auf verschiedene Weise einteilen:

• AnsaugsystemVerbreitete Bauarten sind Saugmotoren, Turbomotoren, mechanisch aufgeladene Motoren und doppelt aufgeladene Motoren.
• KolbenbewegungMotoren können Hubkolben oder Drehkolben verwenden.
• ZylinderzahlMotoren können als Einzylinder- oder Mehrzylindermotor ausgeführt sein.
• KühlungsartVerbreitet sind wassergekühlte und luftgekühlte Systeme.
• TaktzahlVerbrennungsmotoren können nach dem Viertakt- oder Zweitaktprinzip arbeiten.

Neben der Bereitstellung von Leistung beeinflusst der Motor über den Antriebsstrang auch Beschleunigung, Verzögerung und Anhalteverhalten. Er wirkt sich außerdem auf Beschleunigung, Höchstgeschwindigkeit, Kraftstoffverbrauch, Kohlendioxidemissionen, Stickoxide, Partikel, Zuverlässigkeit und Haltbarkeit aus.

Nach welchen Prinzipien und Abläufen arbeitet ein Automotor?

2. Benzinmotoren nutzen Mechanismen und Systeme zur Durchführung des Arbeitszyklus#

Ein Benzinmotor umfasst typischerweise Kurbeltrieb, Ventilsteuerung und fünf Hauptsysteme: Kraftstoffversorgung, Schmierung, Kühlung, Zündung und Startsystem. Ein Dieselmotor hat ebenfalls zwei wesentliche Mechanismen, aber normalerweise vier Systeme, weil er kein Zündsystem nach Benzinmotorart verwendet.

Das Arbeitsprinzip eines Automotors besteht darin, Wärmeenergie durch vier Vorgänge in mechanische Energie umzuwandeln:

1. AnsaugenDas Luft-Kraftstoff-Gemisch strömt in den Zylinder.
2. VerdichtenDas Gemisch wird im Zylinder verdichtet.
3. ArbeitstaktDas Gemisch entzündet sich, das Verbrennungsgas dehnt sich aus und drückt den Kolben nach unten.
4. AusstoßenDas Verbrennungsgas wird aus dem Zylinder ausgestoßen.

Diese vier Vorgänge bilden einen Arbeitszyklus im Viertaktmotor. Dabei dreht sich die Kurbelwelle zweimal, und der Kolben führt vier Hübe aus. Im Zweitaktmotor dreht sich die Kurbelwelle einmal, und der Kolben führt zwei Hübe pro Arbeitszyklus aus.

Heute verwenden die meisten Autos Viertaktmotoren, da diese eine bessere Kraftstoffeffizienz, Zuverlässigkeit und Haltbarkeit bieten. Wassergekühlte Viertakt-Hubkolbenmotoren in Reihen- oder V-Bauweise sind in modernen Fahrzeugen verbreitet.

Wie funktioniert ein Zweitakt-Benzinmotor?

3. Ein Zweitakt-Benzinmotor arbeitet mit zwei Takten und Gaswechsel#

Der Betrieb eines Zweitakt-Benzinmotors lässt sich in drei Phasen zusammenfassen: erster Takt, zweiter Takt und Gaswechsel.

• Erster TaktDer Kolben bewegt sich vom unteren Totpunkt nach oben. Der Motor verschließt die drei Luftöffnungen, öffnet die Einlasskanäle und lässt das brennbare Gemisch in das Kurbelgehäuse strömen. Während der Aufwärtsbewegung verdichtet der Kolben das Gemisch für den nächsten Verbrennungsvorgang.
• Zweiter TaktDie Zündkerze entzündet das Gemisch, das Gas dehnt sich aus und drückt den Kolben nach unten. Gleichzeitig schließt der Einlasskanal, und das Gemisch im Kurbelgehäuse wird für den nächsten Gaswechsel verdichtet.
• GaswechselNähert sich der Kolben dem unteren Totpunkt, öffnet sich der Auslasskanal und Abgas verlässt den Zylinder. Anschließend lässt der Überströmkanal das vorverdichtete brennbare Gemisch in den Zylinder strömen und unterstützt so das Ausspülen restlicher Abgase.

Der Gaswechsel ist für den Zweitaktmotor zentral, weil er die Grundlage für die nächste Verbrennung schafft.

Was ist der Kurbeltrieb?

4. Der Kurbeltrieb wandelt Kolbenkraft in Drehmoment um#

Die Kurbelwellen-Pleuel-Baugruppe ist ein zentrales Motorbauteil. Sie wandelt die auf Kolben und Pleuel wirkende Gaskraft in Drehmoment um und treibt anschließend Getriebe, Ventilsteuerung und weitere Nebenaggregate an. Im Betrieb unterliegt die Kurbelwelle wechselnden Biege- und Torsionsbelastungen durch Gas- und Trägheitskräfte sowie veränderte Momente.

Zu den wichtigsten Aufgaben gehören:

• Arbeitszyklus ermöglichenDer Mechanismus unterstützt die Energieumwandlung im Motor, indem er Wärmeenergie der Kraftstoffverbrennung in mechanische Bewegung umsetzt.
• Leistung übertragenDer Kurbeltrieb überträgt die Motorleistung auf den Antriebsstrang, damit sich das Fahrzeug bewegen kann.
• Leistung und Effizienz beeinflussenKonstruktion und Fertigungsqualität des Kurbeltriebs beeinflussen Motorleistung, Effizienz, Haltbarkeit und Zuverlässigkeit unmittelbar.

Wie funktioniert die Ventilsteuerung?

5. Die Ventilsteuerung regelt Einlass- und Auslassventile#

Die Ventilsteuerung öffnet und schließt Einlass- und Auslassventile zum richtigen Zeitpunkt. Dadurch kann das Luft-Kraftstoff-Gemisch in den Zylinder gelangen und das Abgas nach der Verbrennung austreten.

Die Kurbelwelle treibt die Nockenwelle über Steuerzahnräder an. Die Nockenwelle bewegt anschließend über Stößel und Stößelstangen die Kipphebel. Sobald die Nockenspitze den Stößel passiert hat, schließt das Ventil durch Federkraft.

Die Ventilsteuerung umfasst Übertragungsteile und Ventilgruppen wie Steuerzahnräder, Stößel, Stößelstangen, Kipphebel, Ventile, Ventilführungen, Federn, Öldichtungen und Ventilsitze. Ihre Steuerzeiten werden vom Arbeitszyklus und der Zündfolge der Zylinder bestimmt.

Während Verdichtungs- und Arbeitstakt halten geschlossene Ventile den Brennraum dicht. Zeitlich korrektes Öffnen und Schließen sichert den normalen Motorbetrieb.

6. Das Verständnis des Motoraufbaus unterstützt eine bessere Wartung#

Auf dem Markt gibt es viele Motorarten, deren Grundprinzipien jedoch ähnlich sind. Wer Aufgabe, Arbeitszyklus, Kurbeltrieb und Ventilsteuerung versteht, kann den Fahrzeugantrieb besser nachvollziehen.

Künftige Artikel werden weiteres Motorwissen vermitteln. Ideen und Fragen können Sie im Kommentarbereich diskutieren.