Verbrennungsmotor

Was ist ein Verbrennungsmotor? Der Verbrennungsmotor ist seit über 100 Jahren die treibende Kraft in unseren Fahrzeugen. Auch mit dem Aufkommen moderner E-Auto-Technologien hat er noch immer nicht das Ende seiner Lebenszeit erreicht. Woher der Verbrennungsmotor kommt und wie er funktioniert, erfährst du hier.

Geschichte des Verbrennungsmotors

Die Geschichte des Verbrennungsmotors reicht bis ins 19. Jahrhundert zurück. Denn bereits in den 1850er-Jahren betrieb Christian Reithmann die ersten selbst entwickelten Gasmotoren. 1860 nutzte Étienne Lenoir dieselbe Technologie, um das von ihm entwickelte Hippomobil anzutreiben. Dieser dreirädrige Karren war somit das erste Fahrzeug, welches durch einen Verbrennungsmotor angetrieben wurde. Seitdem ist der Verbrennungsmotor nicht mehr aus der Geschichte des Automobils wegzudenken.

Wie ist der Aufbau eines Verbrennungsmotors?

Ein Verbrennungsmotor ist meist aus den denselben Komponenten aufgebaut, die für den Verbrennungsprozess verantwortlich sind. Diese können je nach Bauweise leicht abweichen oder verschieden kombiniert werden. Die Bestandteile eines Verbrennungsmotors:

• Zylinder: Der Zylinder ist das Kernstück des Verbrennungsprozesses. Er bildet das Gehäuse, in dem sich der Kolben auf und ab bewegt. In ihm befindet sich auch der Brennraum, in dem das Treibstoff-Gas-Gemisch verbrannt wird, um Energie zu erzeugen.
  
  
• Kolben: Der Kolben sitzt innerhalb des Zylinders. Er ist für die Kompression des Treibstoff-Gas-Gemischs zuständig, das in der Folge durch den Zündfunken (beim Diesel alleine durch die Kompression) zur Explosion gebracht wird. Zudem wandelt der Kolben die bei der Verbrennung entstehende Energie in mechanische Arbeit um. Diese Energie wird an die Kurbelwelle weitergegeben, die über eine Pleuelstange mit dem Kolben verbunden ist. 
  
  
• Kurbelwelle: Die Kurbelwelle ist eine unregelmäßige Welle, welche die lineare Bewegung der Kolben in eine zirkuläre Bewegung umwandelt. Sie sorgt dafür, dass die erzeugte Energie direkt zum Betreiben des Fahrzeugs verwendet werden kann. Sie ist in modernen Verbrennungsmotoren ebenfalls mit der Nockenwelle verbunden, welche die Ein- und Auslassventile steuert.
  
  
• Ein- und Auslassventil: Die Ventile sitzen im oberen Teil des Zylinderkopfes. Dabei ist das Einlassventil für das korrekte Einspritzen des Treibstoff-Gas-Gemischs zuständig. Das Auslassventil führt die bei der Verbrennung entstehenden Abgase wieder aus dem Zylinder ab.
  
  
• Zündkerze: Um das Treibstoff-Gas-Gemisch zu entzünden, benötigt es beim Benzinmotor eine Zündquelle. Hier kommt die Zündkerze ins Spiel. Sie ist nach der Kompression des Gemischs für dessen Entzündung verantwortlich. Allerdings gibt es auch Motorentypen, bei denen eine Selbstentzündung (etwa beim Dieselmotor, auch genannt „Selbstzünder”) durch starke Kompression stattfindet. Dabei ist eine separate Zündkerze nicht notwendig.

Was sind die Aufgaben des Verbrennungsmotors?

Die Aufgabe eines Verbrennungsmotors ist es, chemische Energie in mechanische Arbeit umzuwandeln. Wie funktioniert ein Verbrennungsmotor? Die meisten verbauten Verbrennungsmotoren arbeiten in einem 4-Takt-Rhythmus. Das bedeutet, dass der Verbrennungsprozess in vier Phasen stattfindet:

1. Ansaugen: Der Kolben bewegt sich im Zylinder nach unten. Durch den dadurch entstehenden Unterdruck im Zylinder wird über das Einlassventil das Treibstoff-Gas-Gemisch in den Brennraum gesaugt. Eine Ausnahme sind hier Direkteinspritzer, bei denen das Einspritzen mit einem separaten Mechanismus durchgeführt wird.
   
   
2. Verdichten: In diesem Takt sind alle Ventile wieder geschlossen. Der Kolben bewegt sich im Zylinder wieder nach oben und verdichtet dabei das Treibstoff-Gas-Gemisch. Mithilfe der Kolbenringe, welche den Kolben zur Zylinderwand abdichten, kann eine hohe Kompression erreicht werden.
   
   
3. Verbrennen: Nun kann das Gemisch entzündet werden. Dies passiert entweder durch Selbstentzündung oder durch die Zündkerze. Hierbei gilt: Je höher die Kompression, desto effizienter die Verbrennung. Die dabei entstehende Explosion drückt den Kolben im Zylinder wieder nach unten. Die dabei entstehende Energie überträgt er über die Pleuelstange an die Kurbelwelle. Diese treibt mit ihrer Drehung wiederum das Getriebe an und bewegt so das Fahrzeug.
   
   
4. Ausstoßen: In der letzten Phase schnellt der Kolben durch die Schwungmasse der Kurbelwelle wieder nach oben. Dabei öffnet sich das Auslassventil und die bei der Explosion entstandenen Abgase werden aus dem Brennraum abgeführt. Sie werden dann durch das Abgassystem geführt und durch den Auspuff in die Luft ausgestoßen. Die nächste Abwärtsbewegung des Kolbens startet den Prozess dann wieder von vorne.

Solange der Motor läuft, wiederholen sich diese 4 Takte im abgestimmten Rhythmus in allen Zylindern des Motors. Je nach Bauweise des Motors gibt es auch Abweichungen. Bei einer Selbstentzündung – wie beispielsweise beim Dieselmotor – wird keine separate Zündquelle benötigt. Die Verbrennung findet aber dennoch im selben Takt statt. Auch das Öffnen und Schließen der Ventile ist heutzutage meist über eine Nockenwelle geregelt. Diese ist mit der Kurbelwelle verbunden und mit eigenen Sensoren ausgestattet. Damit werden Ein- und Auslassventile sowie Einspritzzeiten genau kontrolliert. Die Funktion innerhalb des Taktes bleibt allerdings dieselbe.

Welche Arten von Verbrennungsmotoren gibt es?

Verbrennungsmotoren gibt es in verschiedenen Ausführungen. Um sie in Kategorien einzuteilen, sortiert man sie meist nach ihrem Arbeitsverfahren. Das bedeutet, dass man sie nach der Anzahl ihrer Takte und dem Ablauf des Verbrennungsprozesses sortiert.

• Viertaktverfahren: Bei diesem Arbeitsverfahren wird jeweils ein Arbeitsschritt während eines separaten Taktes ausgeführt. Dabei bewegen sich die Kolben einmal vollständig aufwärts und wieder abwärts. Die Kurbelwelle dreht sich also zweimal pro Arbeitsablauf.
  
  
• Zweitaktverfahren: Bei diesem Verfahren laufen ebenfalls alle zuvor genannten Arbeitsschritte ab. Allerdings nicht auf vier, sondern nur auf zwei Takte aufgeteilt. Dies ist möglich, da einige Schritte des Verbrennungsprozesses außerhalb des Zylindergehäuses stattfinden. Beispielsweise wird das Ansaugen und Verdichten (in diesem Fall Vorverdichten) außerhalb des Zylinders durchgeführt. Dies kann im Kurbelgehäuse oder einem separaten Lader passieren. Während eines vollen Arbeitszyklus dreht sich hier die Kurbelwelle nur einmal statt zweimal.

Verbrennungsmotoren lassen sich auch nach anderen Faktoren voneinander unterscheiden. Die Unterscheidung nach dem Ablauf der vier Takte ist aber eine der gängigsten Methoden. Alternativ können Motoren nach ihrem Bewegungsablauf (Hubkolben oder Rotationskolben), ihrem Zündverfahren (Selbst- oder Fremdzünder) oder nach Bauform bzw. Anzahl der Zylinder (Reihenmotor oder V-Motoren) voneinander unterschieden werden.