Motortypen

Der Motor und wie er funktioniert. Es gibt unterschiedliche Typen von Motoren. Wir informieren über die unterschiedlichen Motortypen und wie sie funktionieren.

Die verschiedenen Motortypen

Ottomotor, Viertaktmotor, Zweitaktmotor, Hybridmotor, Wankelmotor, Dieselmotor

Der Ottomotor

Fast alle Motoren arbeiten nach dem Viertaktprinzip. Seine Geschichte beginnt im Jahre 1863 und setzt sich bis heute fort. Vom Rasenmäher bis zum Formel 1 Flitzer, fast alle Motoren arbeiten nach dem Viertaktprinzip.

Der Viertakt Ottomotor verdankt seinen Namen seinem Erfinder, dem deutschen Maschinenbauer Nicolaus August Otto (14.06. 1832- 26.01.1891).

Zunächst absolvierte Nicolaus August Otto eine Lehre zum Kaufmann, bevor er 1862 erste Versuche mit Viertaktmotoren begann. Im Jahre 1863 baute er seine erste Gaskraftmaschine. Im Jahre 1864 gründete Otto zusammen mit dem Ingenieur Eugen Langen die gemeinsame Firma "N.A.Otto & Cie" (aus ihr ging später die heutige Deutz AG hervor) und entwickelte seinen Vorläufermotor permanent weiter. 1866 erhielten beide das Preußische Patent auf ihren Verbrennungsmotor und 1867 auf der Pariser Weltausstellung eine Goldmedaille. Ihre neue Erfindung verbrauchte gerade ein Drittel des Kraftstoffes der damals bekannten Motoren. 1876 entwickelte Otto einen Viertaktgasmotor mit verdichteter Ladung und stellte die Funktionsweise zum ersten Mal grafisch dar. Die Funktionsweise entspricht weitgehend der heutigen. Darum sprechen wir heute noch von einem Otto-Motor, wenn es sich um einen Benzin-Motor mit Fremdzündung und Hubkolbenantrieb handelt.

Heute arbeiten fast alle Motoren nach dem Viertaktmodell und so findet sich der Otto-Motor angefangen beim Kleinwagen bis hin zum Formel 1-Flitzer.

Aufbau des Viertakt-Motors Die wesentlichen Bestandteile des Viertakt-Motors sind Kolben, Kurbelwelle, Ein- und Auslassventil, Verbrennungsraum, Pleuelstange und Zündkerze.

Grundsätzliche Funktionsweise des Viertakt-Motors Die Bezeichnung Viertakt-Motor ist auf die grundsätzliche Funktionsweise eines solchen Motors zurückzuführen. Während des Arbeitsvorgangs werden 4 Takte ausgeführt:

1. Ansaugen (Ansaugtakt): Ein Luft-Kraftstoffgemisch wird angesaugt und füllt zum Ende des ersten Taktes den gesamten Verbrennungsraum aus.
2. Verdichten (Verdichtungstakt): DasEinlassventil schließt sich zum Ende des ersten Taktes und der Kolben bewegt sich von der Kurbelwelle weg, das Luft-Kraftstoff-Gemisch wird verdichtet.
3. Arbeiten (Arbeitstakt): Das verdichtete Gemisch wird durch einen Funken an der Zündkerze gezündet. Druck und Temperatur steigen in Folge im Verbrennungsraum schnell an. Der hohe Druck presst den Kolben zurück in Richtung Kurbelwelle. In diesem Vorgang findet demnach eine kontrollierte Explosion statt. In diesem Vorgang wird der bei der Explosion entstehende Druck über die Pleuelstange in die rotierende Bewegung der Kurbelwelle und so in die gewünschte mechanische Arbeit umgesetzt.
4. Ausstoßen (Ausstoßtakt): Das Auslassventil öffnet sich und die Verbrennungsgase werden aus dem Verbrennungsraum ausgestoßen.

Am Ende des Vorgangs hat sich die Kurbelwelle zweimal vollständig gedreht.

Typischer Kraftstoff in Ottomotoren ist Benzin, ferner können jedoch auch Flüssig- und Erdgas und Wasserstoff Verwendung finden.

Zweitaktmotor

Der Zweitaktmotor wird hauptsächlich als Zweiradmotor z.B. als Moped- und Außenbordmotor verwendet. Der Name Zweitaktmotor resultiert daraus, dass die Arbeitsvorgänge Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausstoßen (analog Viertaktmotor) nur zwei Kolbenhübe bedürfen. Das entspricht einer einzigen Kurbelwellenumdrehung, jeder 2. Takt ist ein Arbeitstakt.

Der Zweitaktmotor ist im Vergleich zum Viertaktmotor kompakter und leichter. Er besitzt wenige bewegliche Teile und gilt damit als betriebssicherer als der Viertaktmotor.

Dieselmotor

Der Dieselmotor stellt eine von Rudolf Diesel 1892 getätigte Weiterentwicklung des Ottomotors dar, der anfänglich einen sehr kleinen Wirkungsgrad hatte. Der Dieselmotor kann ebenfalls in den Varianten Zweitakt- und Viertaktmotor gebaut werden. Er arbeitet analog des Otto-Viertaktmotors in den Takten Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausstoßen.

Im Unterschied zum Ottomotor wird beim Diesel reine Luft angesaugt (beim Ottomotor handelt es sich um ein Luft-Kraftstoff-Gemisch). Das im Arbeitstakt eingespritzte Dieselöl entzündet sich selbst, es sind keine Zündkerzen notwendig (Ottomotor: Zündfunken an der Zündkerze).

Ausstoßen und Verdichten (700-900 °Celsius) verlaufen analog Ottomotor.

Wankelmotor

Felix Wankel (1902-1988) ist der Erfinder des Wankelmotors (Rotationskolbenmotor). Der Wankelmotor kann in den Varianten Drehkolbenmotor und Kreiskolbenmotor auftreten. Die Arbeitsweise ist wie beim Viertakt-Ottomotor, jedoch wird die Verbrennungsenergie beim Wankelmotor ohne eine Hubbewegung direkt in eine Drehbewegung umgesetzt. Statt der Hubkolben besitzt der Wankelmotor dreieckige rotierende Kolben/Scheiben.

Ursprünglich war der Wankelmotor die Antwort auf die beim Hubkolbenmotor auftretende Problematik der einschränkten Drehzahl des Motors. Durch die Beschleunigungskräfte beim Beschleunigen und Bremsen ergaben sich Grenzen. Durch die Verlagerung der Kraft auf ein drehendes statt schwingendes System konnten diese Grenzen umgangen werden.

Der Wankelmotor ist kleiner und kompakter und realisiert einen gleichmäßigen Drehmomentverlauf als andere Motoren. Die Variante Dieselmotor lässt sich hier jedoch schwer umsetzen. Ein hoher Kraftstoff- und Ölverbrauch sowie ein höherer Ausstoß gesundheitsschädigender Kohlenwasserstoffe als beim Ottomotor sind auf der Sollseite anzumerken.

Hybridmotor

Der Hybridantrieb bedient sich zweier Komponenten: Verbrennungsmotor und Elektromotor.

Je nach benötigter Fahreigenschaft schaltet ein hybridgetriebenes Fahrzeug auf Benzin- oder Elektromotor um.

Dem Elektromotor kann keine mechanische Energie entnommen werden. Er wandelt mittels magnetischer Felder elektrische Energie in mechanische Energie um. Er fährt abgasfrei und sehr leise, er verbraucht kein Benzin. Er fährt meist in einem geringeren Tempo als der Benzinmotor und hat häufig eine geringere Reichdauer. Er ist daher für den dichten Stadtverkehr mit Ampeln, Stopps und beim Anfahren gut geeignet.

Der Verbrennungsmotor kommt eher auf Strecken zum Einsatz, die Schnelligkeit und Kraft beanspruchen, z.B. auf Autobahnen. Auch gleichmäßige Fahrten werden eher durch den Verbrennungsmotor übernommen. Dabei werden Schadstoffe frei, der Lärmpegel steigt und es werden wertvolle Ölressourcen verbraucht. Ist der Verbrennungsmotor aktiv, entsteht überschüssige Energie, die den Elektromotor auflädt. Diese Energie entsteht beispielsweise bei Fahrten bergab, in denen Bewegungsenergie abgebaut, bzw. gebremst werden muss. Der Elektromotor wird zum Generator und nutzt die beim Bremsen frei werdende Energie zum Aufladen.

Bei Vorgängen, die eine plötzliche Kraftentfaltung benötigen, wie beim Überholen, arbeiten beide Motoren parallel.