Wie funktioniert ein Verbrennungsmotor? Einfach erklärt
Wie funktioniert ein Verbrennungsmotor? Ein Verbrennungsmotor verbrennt Kraftstoff und Luft in Zylindern. Das expandierende Gas drückt Kolben nach unten, Pleuel drehen die Kurbelwelle und Getriebe sowie Achsantrieb leiten diese Drehung an die Räder. Die meisten Automotoren arbeiten im Viertaktzyklus: Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausstoßen.
Der Motor schiebt das Auto nicht direkt nach vorn. Er dreht eine Welle. Ventile, Differenzial und alle Teile dazwischen füllen die Zylinder, kontrollieren die Verbrennung, überleben die Hitze und machen aus Drehung nutzbares Raddrehmoment.
Wie funktioniert ein Automotor einfach erklärt?
Luft strömt in den Zylinder, Kraftstoff kommt hinzu und das Gemisch wird verdichtet. Die Verbrennung erhöht den Druck. Dieser Druck wirkt auf den Kolbenboden, das Pleuel überträgt die Kraft auf einen versetzten Kurbelzapfen und die Kurbelwelle wandelt die Auf-und-ab-Bewegung in Rotation um. Das Schwungrad glättet die einzelnen Zündimpulse.
Das ist der Verbrennungszweig unseres großen Ratgebers dazu, wie ein Auto funktioniert. Dort findest du auch Lenkung, Fahrwerk, Bremsen und Elektroantrieb.
Die wichtigsten Motorteile und ihre Aufgaben
| Bauteil | Aufgabe | Folge eines Fehlers |
|---|---|---|
| Block und Zylinder | Führen Kolben und enthalten Öl- sowie Kühlkanäle | Verdichtung, Dichtheit und Struktur |
| Kolben und Ringe | Nehmen Gasdruck auf und dichten den Zylinder | Leistung, Ölverbrauch und Blow-by |
| Pleuel und Kurbelwelle | Wandeln Hubkraft in Drehung um | Drehmoment und mechanische Haltbarkeit |
| Zylinderkopf, Ventile, Nockenwellen | Steuern den Gaswechsel zum richtigen Zeitpunkt | Luftmenge, Verdichtung und Verbrennung |
| Injektoren und Zündkerzen | Dosieren Kraftstoff und zünden Benzingemische | Gemisch, Zeitpunkt und Emissionen |
| Öl- und Kühlsystem | Begrenzen Reibung und Temperatur | Lagerleben, Klopfen und Überhitzung |
Welche vier Takte hat ein Verbrennungsmotor?
| Takt | Kolbenbewegung | Was passiert |
|---|---|---|
| 1. Ansaugen | Abwärts | Einlassventil öffnet, frische Ladung strömt ein |
| 2. Verdichten | Aufwärts | Ventile schließen, Ladung wird komprimiert |
| 3. Arbeiten | Abwärts | Verbrennungsdruck treibt den Kolben |
| 4. Ausstoßen | Aufwärts | Auslassventil öffnet, Abgas verlässt den Zylinder |
Die vier Takte brauchen zwei Kurbelwellenumdrehungen, also 720 Grad. Bei einem Vierzylinder mit gleichmäßigem Zündabstand kann alle 180 Grad ein Arbeitstakt beginnen. In echten Motoren überlappen Ventilereignisse die einfachen Lehrbuchgrenzen, um den Gaswechsel zu verbessern.
Wie treibt der Motor die Räder an?
Die Kurbelwelle ist bei einem Schaltwagen mit der Kupplung verbunden. Ein klassisches Automatikgetriebe nutzt Drehmomentwandler und Kupplungen. Übersetzungen tauschen Motordrehzahl gegen Raddrehmoment. Der Achsantrieb reduziert weiter, das Differenzial erlaubt unterschiedliche Raddrehzahlen und Antriebswellen bringen das Moment zu den Reifen.
Die Beschleunigung hängt von Raddrehmoment, Masse, Übersetzung und Haftung ab. Die maximale Motorleistung allein erklärt nicht, wie stark das Auto bei einer bestimmten Geschwindigkeit zieht.
Benzinmotor vs. Dieselmotor
Ein Benzinmotor mischt normalerweise Kraftstoff mit Luft und startet die Verbrennung per Zündkerze. Ein Diesel verdichtet Luft auf höheren Druck und höhere Temperatur. Dann spritzt er Kraftstoff ein, der sich durch die Verdichtungswärme entzündet. Moderne Varianten nutzen elektronische Einspritzung, Turbolader und Abgasnachbehandlung, doch die Zündart bleibt der klare Unterschied.
Was ist der Unterschied zwischen Drehmoment und Leistung?
Drehmoment ist die drehende Kraftwirkung an der Kurbelwelle. Leistung beschreibt die Arbeitsrate und ergibt sich aus Drehmoment und Drehzahl. Hohes Moment bei niedriger Drehzahl kann kräftig wirken, ohne enorme Spitzenleistung. Das Getriebe vervielfacht anschließend das Raddrehmoment. Deshalb beschleunigt ein niedriger Gang bei gleicher Motorleistung stärker.
Warum Steuerzeiten, Schmierung und Kühlung zählen
Nockenwellen bestimmen, wann der Zylinder atmet. Zünd- oder Einspritzzeitpunkt bestimmen den Druckanstieg. Öl trennt Lager und Gleitflächen durch einen Film, Kühlmittel trägt Wärme aus Kopf und Block zum Kühler. Eine gute Verbrennung zum falschen Zeitpunkt kann Klopfen, Effizienzverlust oder zerstörerischen Zylinderdruck erzeugen.
Was macht das Motorsteuergerät?
Das Motorsteuergerät liest Kurbelwellenposition, Luftmasse oder Saugrohrdruck, Temperaturen, Lambdasonden, Klopfsensoren und Fahrerwunsch. Es steuert Kraftstoff, Zündung, Drossel, Ladedruck und Abgastechnik. Dieser Regelkreis lässt denselben Motor kalt starten, ruhig laufen, sich unter Last schützen und Emissionsgrenzen einhalten.
Das Steuergerät ist ein Knoten in der größeren automobilen E/E-Architektur. Neue Fahrzeuge koordinieren Antrieb, Bremsen, Thermik und Assistenz zunehmend über gemeinsam genutzte Rechner und Softwareplattformen.
Verbrennungsmotor vs. Elektromotor
| Verbrennungsmotor | Elektromotor |
|---|---|
| Wandelt chemische Energie über Verbrennung und Wärme | Wandelt elektrische Energie über Magnetfelder |
| Braucht Ansaugung, Verdichtung, Zündung und Ausstoß | Erzeugt Drehung ohne Verbrennungszyklus |
| Kleinerer effizienter Drehzahl- und Lastbereich | Hohe Effizienz über einen breiten Betriebsbereich |
| Mehrganggetriebe ist üblich | Einstufige Untersetzung ist üblich |
Ein Hybridantrieb kombiniert beide Maschinen. Der Motor gewinnt Bremsenergie zurück und verschiebt den Verbrenner aus ineffizienten Betriebspunkten. Der Vergleich von Elektroauto, Wasserstoff und Verbrennung betrachtet die gesamte Energiekette statt nur die Maschine im Auto.
Warum verliert ein Verbrennungsmotor so viel Energie?
Verbrennung erzeugt Wärme, aber nur ein Teil davon wird zu Kurbelwellenarbeit. Energie verlässt den Motor über Abgas und Kühlung. Reibung, Gaswechsel und Nebenaggregate verbrauchen weitere Anteile. Laut US-Energieministerium verliert ein typischer Motor allein rund 30 Prozent seiner Kraftstoffenergie über das Abgas. Bessere Verbrennung, Turboaufladung, Hybridisierung und Wärmerückgewinnung reduzieren Verluste, heben die Thermodynamik aber nicht auf.
Die Produktionsaufgabe ist ebenso physisch. Ein Motor und tausende andere Teile durchlaufen die Fahrzeugentwicklung, die APQP- und PPAP-Validierung und den SOP-Produktionsanlauf. Unser Automobiltechnik-Hub verbindet das Gesamtsystem.
Primärquellen: Erklärungen des US-Energieministeriums zu den Grundlagen des Verbrennungsmotors und zu Abgasenergie und Wärmerückgewinnung.
Wie ein Verbrennungsmotor funktioniert: häufige Fragen
Wie funktioniert ein Automotor einfach erklärt?
Kraftstoff und Luft verbrennen im Zylinder. Das expandierende Gas drückt einen Kolben nach unten, das Pleuel dreht die Kurbelwelle und das Getriebe leitet diese Drehung an die angetriebenen Räder weiter.
Welche vier Takte hat ein Verbrennungsmotor?
Die vier Takte heißen Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausstoßen. Ein vollständiger Zyklus benötigt zwei Kurbelwellenumdrehungen, also 720 Grad.
Wie treibt der Motor die Räder an?
Die Kurbelwelle leitet Drehmoment über Kupplung oder Drehmomentwandler, Getriebe, Achsantrieb und Differenzial weiter. Antriebswellen drehen anschließend die angetriebenen Räder.
Was unterscheidet Benzin- und Dieselmotor?
Ein Benzinmotor zündet das verdichtete Luft-Kraftstoff-Gemisch normalerweise mit einer Zündkerze. Ein Diesel verdichtet Luft bis sie heiß ist und spritzt dann Kraftstoff ein, der sich durch die Verdichtungswärme entzündet.
Was macht das Motorsteuergerät?
Das Motorsteuergerät berechnet aus Sensordaten die Befehle für Kraftstoff, Zündung, Luft und Abgasnachbehandlung. Es verbindet Fahrbarkeit, Bauteilschutz und Emissionskontrolle.
Ist ein Elektromotor ein Verbrennungsmotor?
Nein. Ein Elektromotor wandelt elektrische Energie direkt in Drehbewegung um. Er braucht weder Ansaugung noch Verdichtung, Verbrennung oder Ausstoß.
Originalillustration von EV-Global, erstellt für diesen Ratgeber zum Viertaktmotor.
