Motor – alles, was du wissen musst

Der Motor eines Fahrzeugs erfüllt die Aufgabe, die chemische Energie verbrennenden Kraftstoffs in Bewegungsenergie umzuwandeln. Bei den klassischen Verbrennungsmotoren, dem Hubkolbenmotor und dem Rotationskolbenmotor (auch als Wankelmotor bekannt), wird hierbei der Kraftstoff im Inneren des Motors umgesetzt. Das Prinzip bleibt gleich: in kleinen Portionen wird ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in mehreren Zylindern zur Explosion gebracht und dadurch über sich auf- und abbewegende Kolben ein Antrieb erzeugt. 

In der Automobiltechnik werden häufig Viertakt-Motoren eingesetzt. Diese verrichten ihre Arbeit in vier Schritten: 

1. Ansaugen 
Durch die Einlassventile wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Brennraum gelassen. Der Kolben bewegt sich dabei nach unten. Ausnahme hierbei sind Direkteinspritzer, bei denen lediglich Luft eingesaugt wird und der Kraftstoff direkt im Brennraum mit der Luft zu einem explosionsfähigen Gemisch verwirbelt wird. 

2. Verdichten
Bei geschlossenen Ventilen verdichtet nun der Kolben das Gemisch, indem er sich nach oben bewegt und das Gemisch dadurch „zusammendrückt“. Dieser Schritt hat den Zweck, die Luft- und Kraftstoffteilchen möglichst nah beieinanderzuhalten, um eine effektive Verbrennung gewährleisten zu können. 

3. Arbeiten
Ist das Kraftstoff-Luft-Gemisch verdichtet, zünden die Zündkerzen und es kommt zu einer kleinen, kontrollierten Explosion. Diese generiert einen Druck, durch welchen der Kolben wieder nach unten bewegt wird. Diese durch die Explosion entstehende Kraft wird über die Pleuelstange auf die Kurbelwelle übertragen. Die sich drehende Kurbelwelle leitet die Bewegungsenergie über das Getriebe auf die Räder weiter: Das Auto fährt. 

4. Ausstoßen
Durch die geöffneten Auslassventile werden nun Abgase in Richtung Auspuff geleitet, indem der Kolben sich nach oben bewegt. Schritt 1 beginnt von vorne. 

Diese vier Schritte werden auch als vier Takte bezeichnet. Bei jedem Durchgang dreht sich die Kurbelwelle exakt zwei Mal um sich selbst. Wie oft sich die Kurbelwelle pro Minute dreht, kannst du als Fahrer auf deinem Armaturenbrett sehen: Hier wird die Motordrehzahl angezeigt: „Normale“ Drehzahlen belaufen sich etwa bei 3.000 Umdrehungen der Kurbelwelle pro Minute. 

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Bei der klassischen Version, der Saugrohreinspritzung, wird im Schritt des Ansaugens bereits das zündfähige Kraftstoff-Luft-Gemisch eingeleitet. Die etwas neuere Benzin-Direkteinspritzung funktioniert etwas anders: Über das Ansaugrohr wird lediglich Luft in den Brennraum gelassen, welche dann direkt über eine Düse mit Benzin vermischt wird. Dieses Vorgehen bringt viele Vorteile mit sich: 

• Verbesserte Verwirbelung des Gemisches zu einer noch effektiveren Verbrennung
• Verbesserte Kühlung des Brennraums
• Höhere Verdichtung ist möglich, da das Benzin mit einem sehr hohen Druck zugespritzt wird. 

Diese drei Vorteile der Benzin-Direkteinspritzung wirken sich positiv auf den Kraftstoffverbrauch und die Motorleistung aus. Gleichzeitig sind derartige Motoren aber auch teurer in der Produktion. 

Ein Generatorfreilauf sorgt dafür, dass das Drehmoment nur in eine Richtung übertragen werden kann. Am besten lässt sich ein Generatorfreilauf am Beispiel des Fahrrads veranschaulichen: Zwar kannst du jederzeit dein Fahrrad beschleunigen, wenn du in die Pedale trittst, das angetriebene Rad beschleunigt jedoch nicht die Pedale. Ansonsten müsstest du ziemlich strampeln, wenn du einen Berg herunterfahren müsstest. 

Ähnlich verhält es sich mit einem Motor: Die Kurbelwelle wird durch die vier Takte des Motors immer wieder beschleunigt und abgebremst. Daraus entstehen Schwingungen, die sich ungut auf Teile des Motors auswirken. Durch den Generatorfreilauf ist es jedoch möglich, diese Schwingungen zu beseitigen. 

Manche Fahrzeuge haben statt eines Generatorfreilaufs einen Generatorentkoppler: Dieser kann durch seine eingebaute Feder zusätzlich Resonanzschwingungen ausmerzen. 

Im Motor finden sich Gleitlager an verschiedensten Stellen: 

• Pleuel 
• Kurbelwelle
• Nockenwelle
• Kipphebelwelle
• Ausgleichswelle

Grundsätzlich ist es die Aufgabe von Gleitlagern, sich bewegende Teile zu stützen, zu führen und axiale sowie radiale Kräfte aufzunehmen, sodass sich die Motorteile verschleißfrei bewegen. Die Besonderheit von Gleitlagern ist, dass ihre Kontaktfläche zum sich bewegenden Teil geschmiert ist, das bewegliche Teil also über den Schmierfilm weitestgehend reibungsfrei „gleitet“. Eine weitere Aufgabe von Gleitlagern ist die Einbettung von Abrieb: Im Betrieb lösen sich von den Bauteilen kleine Metallpartikel, die im Ölfilter nicht hängenbleiben, aber groß genug sind, um langfristig Beeinträchtigungen zu verursachen. Gleitlager betten diesen Abrieb ein, sodass er keinen Schaden anrichten kann. 

Das Glühzeitrelais ist dafür zuständig, den Strom der Glühkerze an- und auszuschalten. Dazu sind im Glühzeitrelais Schalter verbaut, welche den zum Starten des Motors notwendigen Strom bereitstellen. 

Keilriemen bestehen aus Gummi und sind für den Antrieb von Riementrieben verantwortlich. Durch ihre keilförmigen Rillen, die namensgebend für Keilriemen sind, können sie wesentlich wirksamer Drehmomente auf ihre Kontaktfläche übertragen als beispielsweise ein komplett glatter Riemen. Im Auto findet man Keilriemen vor allem zum Antrieb der Wasserpumpe, der Lichtmaschine oder der Hydraulikpumpe der Servolenkung. Seine für den Motor wichtigste Funktion erfüllt der Keilriemen jedoch direkt an der Kurbelwelle: Die dort durch die Kraftstoffverbrennung entstehende Drehbewegung wird über den Keilriemen an zusätzliche Aggregate weitergeleitet. Keilriemen sind in der Regel standardisiert, sodass sie unabhängig vom Hersteller ausgetauscht werden können. 

Der Kettentrieb befindet sich an der Kurbelwelle, wo er die bei der Kraftstoffverbrennung entstehende Drehbewegung auf die Nockenwelle überträgt. Diese wiederum sorgen dafür, dass alle Ventile des Motors zuverlässig und mit dem richtigen Timing betätigt werden. Als Kettentrieb in Fahrzeugen werden sogenannte Steuerketten eingesetzt. Diese gibt es in unterschiedlichen Variationen: 

• Einfache Rollenketten 
  Eine sogenannte Simplex Rollenkette besteht aus einer Kette. 
  
• Doppelte Rollenketten
  Die auch als Duplex Rollenkette bezeichnete Steuerkette besteht aus zwei nebeneinander angeordneten Ketten. 
  Die fast ausschließlich als Steuerkette eingesetzten Rollenketten bestehen aus mehreren, miteinander verbundenen Buchsen, in die gehärtete und geschliffene Rollen gelagert sind. Durch diesen Aufbau wird der Verschleiß auf ein Minimum reduziert. Im Gegensatz zu einem Riementrieb tritt beim Kettentrieb kein Schlupf auf, was bedeutet, dass sich die durch en Kettentrieb verbundenen Wellen stets synchron zueinander bewegen. Auch das Überbrücken großer Abstände zwischen den Bauteilen ist mit einem Kettentrieb möglich; gleichzeitig gibt es jedoch einige Nachteile eines Kettentriebs, die immer berücksichtigt werden müssen: 
  
• Hohe Geräuschentwicklung
  Während ein Riementrieb vergleichsweise leise läuft, geht es bei einem Kettentrieb meist etwas lauter daher. Der entstehende Lärm kann durch Verwendung von Gleitschienen oder Kettenspannern etwas vermindert werden. 
  
• Längung im Laufe der Zeit 
  Durch Verschleiß längt sich der Kettentrieb auf Dauer. Eine Präventivmaßnahme ist das sogenannte „Vorlängen“ – hier wird die Kette bereits während der Produktion gelängt, was böse Überraschungen während der Nutzung weniger wahrscheinlich macht. 
  
• Höheres Gewicht als andere Triebe
  Eine Steuerkette bringt auch immer ihr eigenes Gewicht mit und ist in der Montage etwas schwerer zu handhaben als zum Beispiel ein Zahnriementrieb. 

Typische Verschleißteile eines Kettentriebs sind Steuerketten, Gleit- und Spannschienen, Kettenspanner und Kettenräder. Es ist wichtig, dass all diese Bauteile von hoher Qualität sind, damit ihre Funktion gewährleistet werden kann. Wir bei Retromotion geben unser bestes, dir gerade bei solchen essentiellen Bauteilen nur Erstausrüsterqualität zu gewährleisten, damit du noch lange Freude an deinem Oldtimer hast. 

Die Kolben eines Motors sind dafür zuständig, den Brennraum zu verdichten und die bei der Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches frei werdende Energie als Drehkraft an die Kurbelwelle weiterzugeben. Seine Aufgabengebiete sind jedoch noch viel weitreichender: 

• Abdichtung des Brennraums mithilfe von Kolbenringen, damit bei der Kompression des Brennstoff-Luft-Gemisches genug Druck aufgebaut werden kann 
• Ableitung der bei der Verbrennung des Treibstoffs entstehenden Wärme
• Unterstützung der Bildung des Luft-Kraftstoff-Gemisches durch eine spezielle Kolbenoberfläche 

Auf den Kolben wirken mehrere Kräfte: Zum einen die Massenträgheitskräfte, welche durch die ständige Auf- und Abwärtsbewegung des Kolbens entstehen, gleichzeitig aber auch sogenannte Seitenkräfte: Durch die kreisförmige Bewegung des Pleuels wird der Kolben immer wieder gegen die Seitenwand des Zylinders gedrückt. Aus diesem Grund muss ein Kolben aus sehr hochwertigem Material gefertigt sein, um diesen Kräften standhalten zu können. Früher war das häufig Gusseisen, heute sind es überwiegend Aluminiumlegierungen, die (im Fall von Dieselkolben) an manchen Stellen mit besonders widerstandsfähigem Gusseisen verstärkt sind. Jeder Kolben hat eine Nut, in welche der Kolbenring eingefügt wird.

Wie der Name schon vermuten lässt, erfüllt eine Kraftstoffpumpe die Aufgabe, den zur Funktion des Motors benötigten Kraftstoff vom Tank in den Brennraum zu befördern. Bei Oldtimern mit Vergasern geschieht dies durch eine Membranpumpe, die mechanisch angetrieben wird. 

In neueren Motoren, die über Einspritzsysteme verfügen, werden nunmehr elektrische Kraftstoffpumpen eingesetzt. Diese leiten den Kraftstoff entweder an das Saugrohr oder im Falle einer Benzin-Direkteinspritzung unmittelbar in den Brennraum. 

Bei der Verbrennung des Kraftstoffs entsteht selbstverständlich auch Wärme. Damit diese den Motor nicht zum Überhitzen bringt, ist er mit einer Kühlung ausgestattet. Diese funktioniert folgendermaßen: 

1. Die Verbrennungswärme wird an das Kühlmittel weitergegeben. 
2. Weil das Kühlmittel sich in einem ständigen Fluss befindet, wird die Wärme nun zum Kühler geleitet. 
3. Die Wärme wird über einen Lüfter nach außen geleitet. 

Man unterscheidet grundsätzlich zwischen Wasser- und Luftkühlung. Zwar gibt es auch Ölkühlungen, jedoch kommt dieses Kühlsystem nicht besonders häufig vor. 

• Luftkühlung
  Ein besonders bekanntes Beispiel für die Luftkühlung ist der VW Käfer mit seinem berühmten Werbeslogan „Luft kocht nicht, Luft friert nicht“. Bei der Luftkühlung werden Gebläse eingesetzt, welche in manchen Fällen über einen Keilriemen von der Kurbelwelle angetrieben werden und so zu einer Kühlung beitragen. Heutzutage ist die Luftkühlung kaum noch im Einsatz – die Wasserkühlung ist die mittlerweile übliche Form der Kühlung. 
  
• Wasserkühlung
  Da Wasser eine hervorragende Wärmekapazität hat, ist es optimal als Kühlmittel geeignet und wird daher in fast allen Verbrennungsmotoren eingesetzt – selbstverständlich mit einem Frostschutzmittel als Beigabe für den Fall niedriger Temperaturen. 

Bei der Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches wird der Kolben schlagartig nach unten bewegt; die Aufgabe des Kurbeltriebs ist es nun, diese Bewegungsenergie an die Kurbelwelle zu übertragen. Als Kurbeltrieb wird die Gesamtheit aus folgenden Bauteilen bezeichnet: 

• Kolben
• Schwungrad
• Pleuel 
• Kurbelwelle

Nur in der Kombination dieser Teile zu einem Kurbeltrieb kann ein Verbrennungsmotor funktionieren. 

An der Kurbelwelle befinden sich mehrere drehbare Maschinenteile, sogenannte Kurbeln. Diese werden durch die Bewegung der Kolben angetrieben, wodurch es zu einer Drehung der Kurbelwelle kommt. Das ist zumindest bei einem Reihenmotor der Fall – bei anderen Motortypen kann es zu Unterschieden in der Bauform kommen. Die Drehbewegung der Kurbelwelle wird nun über die Kupplung und das Getriebe an die Räder weitergeleitet: Das Fahrzeug bewegt sich. 

Neben ihrer oben beschriebenen, sehr wichtigen Aufgabe, sorgt die Kurbelwelle auch dafür, dass die Ventile mit dem richtigen Timing schließen und öffnen. Durch die Verbindung von Kurbelwelle und Nockenwelle über einen Zahnriemen wird die Drehbewegung der Kurbelwelle so übersetzt, dass alle vier Takte nur einmal die Ventile geöffnet und nur einmal geschlossen werden. 

Über Motorlager ist der Motor mit der Karosserie des Fahrzeugs verbunden. Vibrationen oder über die Karosserie eingeleitete Kräfte sollen von den Motorlagern möglichst reduziert werden, sodass der Motor sich möglichst wenig aufgrund von Fahreinflüssen bewegt. Häufig bestehen Motorlager aus einem Metall-Gummi-Verbund.

In einem Motor ist sowohl die regelmäßige Zufuhr frischer Luft als auch die regelmäßige Abfuhr von Verbrennungsgasen wichtig. Beide Funktionen werden von der Motorsteuerung erfüllt, welche aus verschiedenen Bestandteilen zusammengesetzt ist: Beispielsweise die Nockenwelle, die Ventile, aber auch das Saugrohr. Eine zuverlässige Motorsteuerung gewährleistet, dass der Motor ausreichend frische Luft erhält und die Abgase möglichst schnell und vollständig aus dem Brennraum verschwinden. 

Die Nockenwelle ist dafür zuständig, die Ein- und Auslassventile des Motors in regelmäßigen Abständen zu öffnen und zu schließen. An der Welle befinden sich sogenannte Nocken, also gerundete Vorsprünge, die eine Drehbewegung in eine Längsbewegung umwandeln können. Diese ist notwendig, um die Ventile des Motors zu betätigen. 

Die sich drehende Kurbelwelle ist über einen Zahnriemen mit der Nockenwelle verbunden. Dabei bewegt sich die Nockenwelle nur halb so schnell wie die Kurbelwelle: dieses Übersetzungsverhältnis gewährleistet, dass sich die Ventile pro 4 Takte nur einmal öffnen und einmal schließen. 

Damit die sich ständig bewegenden Motorteile nicht durch Reibung verschleißen, fördert die Ölpumpe regelmäßig Öl aus der Ölwanne. Das verwendete Öl dient dabei nicht nur zur Verringerung von Reibung, sondern erfüllt auch weitere Aufgaben: 

• Kühlung von Bauteilen 
• Schutz vor Korrosion 
• Verringerung von Schwingungen und damit eine Reduzierung der Geräuschentwicklung
• Neben dem Kolbenring sorgt auch das Öl dafür, dass der Zylinder abgedichtet wird. 

Als Steuertrieb wird die Verbindung zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle bezeichnet. Häufig wird als Steuertrieb ein Zahnriemen oder eine Steuerkette eingesetzt. Teilweise kommen aber auch Stirnräder zum Einsatz. 

Im Fall einer Wasserkühlung wird eine Wasserpumpe benötigt, welche die Kühlflüssigkeit in ständiger Bewegung hält. Auf diese Weise kann der Motor seine ideale Betriebstemperatur halten und funktioniert zuverlässig, ohne dass es zu einer Überhitzung kommt. Man unterscheidet zwischen mechanischen und elektrischen Wasserpumpen – in deinem Oldtimer wirst du wahrscheinlich noch eine mechanische Wasserpumpe vorfinden. 

Eine Möglichkeit, die Kurbelwelle mit der Nockenwelle zu verbinden, ist der Zahnriemen. Dieser besteht aus einem Elastomer mit Zähnen, welche in die entsprechenden Zahnräder greifen. Selbstverständlich können Zahnriemen aber auch für andere Aufgaben genutzt werden: zum Beispiel bei Einspritzpumpen, Wasserpumpen oder Ausgleichswellen. 

Je nach Bauform bestehen Zylinder aus Grauguss oder Aluminium. Sie bilden mit dem Zylinderkopf und dem Kolben den Brennraum eines Motors. Wichtig ist bei einem Zylinder, dass seine Wand stets mit Öl benetzt ist – ansonsten kann der Motor Schaden nehmen. 

Je nachdem, ob Benzin oder Diesel als Kraftstoff verwendet wird, spricht man von einem Ottomotor (Benziner) oder einem Dieselmotor. Da die beiden Kraftstoffe sich in ihrer Zusammensetzung und damit auch in ihrem Zündverhalten unterscheiden, müssen die Motoren exakt auf sie abgestimmt sein. Worin unterscheiden sich die beiden Motoren? 

Das Benzin-Luft-Gemisch entsteht entweder direkt im Brennraum (Benzin-Direkteinspritzung) oder im Saugrohr. 

Das Gemisch wird durch eine Zündkerze entzündet. 

Das Diesel-Luft-Gemisch entsteht direkt im Brennraum; es wird stets ungedrosselt Luft angesaugt und die Menge des Kraftstoffs je nach Drehzahl und Lastzustand variiert. 

Das Gemisch entzündet sich bei ausreichend hohem Druck von selbst. Eine Zündkerze wird nicht benötigt! Der Verdichtungsdruck ist beim Diesel fast doppelt so hoch wie beim Ottomotor. Daher sind Dieselmotoren auch immer etwas robuster gebaut als Ottomotoren, was sich auch an ihrem Gewicht bemerkbar macht. 

Je nach Bauform des Fahrzeugs und die Anforderungen des Herstellers an die Leistung des Motors werden unterschiedliche Zylinderanordnungen realisiert. Die gängigsten sind Reihenmotor (Straight oder Inline), V-Motor und Boxermotor. 

Die Zylinder in einem Straight Reihenmotor sind parallel zum Fahrzeug hintereinander angeordnet. Durch diese Bauweise können mehr Zylinder verbaut werden; häufig findest du diesen Motortyp bei leistungsstarken Limousinen. 

Beim Inline Typ des Reihenmotors sind die Zylinder senkrecht zum Fahrzeug angeordnet. Auf diese Weise kann ein platzsparender Motor konzipiert werden, um den herum die anderen Bestandteile wie Batterie, Kühler etc. verbaut werden können. 

Ist dein Oldtimer ein Sportwagen, kann es sehr gut sein, dass er einen V-Motor hat. Diese Zylinderanordnung in V-Form ist wie dafür geschaffen, sehr viele Zylinder zu verbauen. 

In einem Boxermotor sind die Zylinder so angeordnet, dass sich immer zwei Zylinder horizontal gegenüber stehen. Durch den daraus resultierenden tiefen Schwerpunkt des Fahrzeugs haben Fahrzeuge mit Boxermotor häufig ein sehr gutes Fahrverhalten. Ein Beispiel für einen hervorragenden Boxermotor ist der berüchtigte Porsche 911. 

Früher hätte man noch sagen können: Je mehr Zylinder ein Fahrzeug hat, desto leistungsstärker ist sein Motor. Heutzutage ist diese Aussage jedoch nicht mehr ganz richtig, da durch Turbolader und Einspritzsysteme auch Fahrzeuge mit weniger Zylindern sehr leistungsstark sein können. 

• Zweizylinder
  Aufgrund ihrer gelingen Leistung und Kapazität sind Zweizylinder-Motoren im Automobilbau eigentlich nicht relevant. Durch Verwendung von Turboladern allerdings können neuerdings umweltfreundliche Zweizylinder-Motoren gebaut werden. 
  
• Dreizylinder
  Einsatz finden Dreizylinder-Motoren in kleinen Fahrzeugen; bei Verwendung eines Turboladers aber können auch Familienfahrzeuge gut damit betrieben werden. Typisch für den Dreizylinder ist sein gurgelndes Geräusch – durch die ungerade Anzahl Zylinder wird das Gleichgewicht des Motors beeinflusst. 
  
• Vierzylinder
  Bei den meisten Fahrzeugen der Klein- und Mittelklasse werden Vierzylindermotoren eingesetzt; häufig als Inline Reihenmotor. In Kombination mit einem Turbolader können Vierzylindermotoren sehr leistungsstark werden. 
  
• Fünfzylinder
  Aufgrund der ungeraden Anzahl Zylinder treten bei Fünfzylinder-Motoren ähnliche Vibrationen auf wie bei Dreizylinder-Motoren. Sie werden daher nur sehr selten eingesetzt. Einzig Volvo gelingt es durch einen ausgeklügelten Fahrzeugbau, die entstehenden Vibrationen des Fünfzylindermotors auszugleichen und verwendet ihn daher regelmäßig in Fahrzeugen.
  
• Sechszylinder
  Soll es ein bisschen mehr Leistung sein oder sportlich werden? Dann ist ein Sechszylindermotor eine gute Wahl. Die Anordnung der Zylinder ist als Straight Reihenmotor oder V-Motor üblich. Mit einem Turbolader können heutzutage die leistungsstärksten Autos der Welt gebaut werden. 
  
• Achtzylinder und mehr 
  Man muss es schon sehr auf Leistung und Geschwindigkeit anlegen, damit ein Achtzylinder-Motor notwendig wird. Die Anordnung der Zylinder geschieht meist als V-Form. Übrigens: Die meiste Zahl Zylinder wurden im Bugatti Veyron mit 16 Zylindern verbaut. 

Ist der Druck im Zylinder zu hoch, kann sich der Kraftstoff unter Umständen selbst entzünden, bevor die Zündkerze ihre Aufgabe erledigt. Es entstehen zwei Flammenfronten, die zu einer unkontrollierten Verbrennung führen – zu hören ist das als Klopfen. 

Motorklopfen kann Zylinder und Kolben beschädigen und sollte daher immer vermieden werden. Dies geschieht bei Benzin durch die Zugabe von Isooctan – einem sogenannten Antiklopfmittel. Es fungiert als „Radikalfänger“ und verhindert durch seine chemische Struktur eine verfrühte Entzündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches. Bekannt sein wird dir die sogenannte Oktanzahl, die angibt, wie viel Volumenprozent Isooctan sich im Kraftstoff befinden. Super 95 Benzin zum Beispiel besteht zu 95 Volumenprozent aus Isooctan. 

Sind Vibrationen spürbar oder beim Fahren Geräusche zu hören, könnte ein defektes Motorlager vorliegen. In jedem Fall solltest du sofort die nächste Werkstatt aufsuchen, da defekte Motorlager sehr schnell zu sehr gravierenden Schäden führen können.