D.I.Gottfried Haider

MotorInfo - für den technisch interessierten Nichttechniker, Infos für den Autokäufer.... OnlineSeite
Stand der Website 03.11.2006

In den Verkaufs-, und Werbeunterlagen der Automobilhersteller sind motorspezifisch üblicherweise
die Bauart (Diesel, OTTO, Benzin,Reihenmotor, V-Motor, 4Zylinder,6Zylinder, 16V, 24V....),
der Hubraum, die Leistung (in PS oder KW), der Verbrauch (in Liter pro 100km),
die Beschleunigung (0 auf 100Km/h in ? sec), und die maximale Geschwindigkeit angegeben.
Die 
Bauart  des Motors kann bei modernen Fahrzeugen ein Benzinmotor nach dem Ottoprinzip, oder ein Dieselmotor sein.
Die Benzinmotoren sind überwiegend mit Benzineinspritzung ausgeführt.
Der Vergasermotor wurde fast völlig verdrängt.
Ähnlich einer Blumenspritze, nur viel aufwendiger, wurde beim Vergaser Benzin aus einer Düse mit Hilfe eines Lufttrichters angesaugt und zerstäubt.
Neu ist die Benzin-Direkteinspritzung. Bei der Benzineinspritzung wird der Benzin mit Druck durch eine Einspritzdüse gepumpt.
Dabei wird nicht wie üblich in das Ansaugrohr eingespritzt, sondern direkt in den Brennraum.
Die Gemischbildung erfolgt näher dem Brennraum - der Benzinverbrauch ist daher besser.


Bild Direkteinspritzung ---------------------------Bild Saugrohreinspritzung
 

Es werden Saugmotoren  und aufgeladene Motoren angeboten.
Die aufgeladenen Motoren können mit einem Abgasturbolader ("Turbo")
oder einem mechanischen Lader ("Kompressor") ausgeführt sein.
Die bekanntesten Serienanwendungen mit Kompressorausführung sind bei Mercedes oder
Jaguar anzutreffen. Den Mini - Cooper gibt es seit kurzem auch in einer Kompressorversion.
Die vor Kurzem von VW in Serie vorgestellte Kompressor-Turbomotor  ist eine Kombination aus
Kompressormotor und Turbomotor. Die Arbeit wird dabei aufgeteilt. Im unteren Drehzahlbereich ist
der Kompressor für gutes Anfahrdrehmoment und Lastwechselmoment zuständig. Im oberen 
Drehzahlbereich wird der Turbolader für hohe Leistung trotz kleinem Hubraum eingesetz.
Im Übergangsbereich arbeiten die beiden Lader  gut zusammen.


Bild Turboaufladung ----------Bild Kompressoraufladung

Beim Abgasturbolader wird das sonst nutzlose heiße Abgas für den Antrieb einer Turbine genutzt.
Ähnlich wie beim historischen Wasserrad wird hier statt Wasser, heißes Abgas mit Druck auf rotierendeTurbinenschaufeln geleitet und auf hohe Drehzahl gebracht.
Ein Luftverdichter, der auf der gemeinsamen Welle montiert ist, wird ebenso in Drehung versetzt und erzeugt die notwendige Mehrlluft, die für eine Leistungssteigerung notwendig ist.
Der mechanische Lader, üblicherweise "Kompressor" genannt, nutzt die mechanische Antriebskraft des Motors für den Antrieb eines Luftverdichters.
Die, durch den Antrieb des Kompressors verlorengegangene Leistung wird durch die vom Kompressor verursachten Mehrleistung mehr als nur wettgemacht.

Beim neuen Dieselmotor wird fast nur mehr direkt eingespritzt. Die Vorkammermotoren haben sich als zu  wenig sparsam erwiesen.
Oft eingesetzt und erwähnt wird seit Jahren der COMMON-RAIL Dieselmotor. 
Common-Rail in der Bedeutung wie "gemeinsames Rohr".

Ein Turbodiesel mit Direkteinspritzung, ist mit einer spezieller Einspritzanlage ausgerüstet.
Dem Trend entsprechend wird die Einspritzung möglichst nahe dem Brennraum den jeweiligen Fahrbedingungen angepasst.
Die Optimierung der Einspritzung erfolgt nicht wie bisher in der brennraumfernen Einspritzpumpe, sondern im brennraumnahen Einspritzinjector .
Es ergeben sich mehr Möglichkeiten der Einspritzoptimierung  und eine Verbesserung der Genauigkeit der Einspritzung.

Bessere Laufruhe und günstigerer Verbrauch  sind die Hauptvorteile dieses Systems.
Der Hauptnachteil des Turbodiesels mit Direkteinspritzung und Einspritzpumpe sind die langen Einspritzleitungen.
Warum?----> Die unvermeidbare Elastizität der Leitungen bei den immer höher werdenden Drücken verzerrt das "Ergebnis" der Regelung.
Auf dem langen Weg von der Einspritzpumpe zur Düse ändern sich wichtige Einspritzparameter zwar geringfügig, aber doch merkbar.

Auch die Dauerhaltbarkeit der langen gebogenen Leitungen bei Höchstdrücken ist nicht so gut.
Der CommonRail -Turbodiesel hat  eine Hochdruck-Förderpumpe - Das Wesentliche passiert im Einspritzinjector.
Der "normale" Turbodiesel hat eine Einspritzpumpe mit Regelung - Das Wesentliche passiert schon in der "fernen" Einspritzpumpe.

Bild Common-Rail-Dieselmotor -----------------Bild TDI

Die Anzahl und Anordnung der Zylinder ist wichtig für die Laufruhe des Motors.
Sechzylindermotoren haben einen besonders ruhigen, schwingungsarmen Lauf.
Der Vierzylindermotor läuft weniger ruhig, kann aber durch zwei zusätzliche Massenausgleichswellen auch sehr schwingungsarm ausgeführt werden. 
Diese Laufunruhe ist jedoch vom Hubraum abhängig. Bei kleinen Vierzylindermotoren weit unter einem Liter Hubraum kann man daher auf Ausgleichswellen verzichten.

Die  Dreizylindermotoren sollte überhaupt nur mit Ausgleichswellen ausgeführt werden. Die Geräuschentwicklung ist immer höher als beim Vierzylindermotor
Vereinfacht ausgedrückt, werden beim Massenausgleich die Umwuchtkräfte des Kurbeltriebes, durch im selben Zeitpunkt entgegenwirkende Unwuchtkräfte der Ausgleichswelle, aufgehoben.
Der Motor läuft daher ohne größere Schwingungen  und beansprucht die Motorlager nur wenig.
Um die große Baulänge eines Sechszylinders besser im Motorraum unterbringen zu können, werden auch V-Motoren gebaut, weil damit der Abstand der einzelnen Zylinder in Längsrichtung kleiner gemacht werden kann. 

Vergleich R6 mit V6 Vergleich R mit V-Motor
Der Fünfzylinder ist ein Kompromiss zwischen Vier-, und Sechszylindermotor, sowohl in der Baulänge als auch in der Laufruhe.
Selten wird auch noch der Boxermotor gebaut.
Mit dem VW-Käfer erlangte dieser Bauart Berühmtheit, heute ist er z.B noch bei Porsche und Subaru anzutreffen.
VR  und  WR werden von VW  gebaut und  bauen extrem kompakt, sodass hubraumstarke Motoren auch in kleine Motorräume Platz finden.
Der übliche V-Winkel von 60° oder 90° wird auf 15° reduziert.  Der W-Motor ist aus zwei 15° VR- Zylinderreihen, die unter einem Winkel von 72° zu einem V-Motor zusammengebaut sind, entstanden.

Der Hubraum eines Motors ergibt sich aus dem Kolbendurchmesser(-fläche) und dem Kolbenhub.
Er beeinflusst unmittelbar, die Außenabmessungen, das Gewicht und das Motordrehmoment.

Motoren mit großem Hubraum haben ein hohes Anfahrdrehmoment und können das Fahrzeug daher besonders gut beschleunigen. Von Nachteil ist aber der höhere Kraftstoffverbrauch bei diesen großvolumigen Motoren. Mit der Aufladung können auch hubraumkleine Motoren ein großes Anfahrmoment erreichen. Der Verbrauch steigt jedoch auch hier mit der Größe des Ladedruckes an. Trotzdem streben die Entwicklungsingenieure danach, die Motoren mit Aufladung auszustatten und den Hubraum und die Zylinderanzahl zu reduzieren. Dieses Konzept wird mit dem Schlagwort "Downsizing" bezeichnet. Der Vorteil liegt in der deutlichen Verminderung von Reibungsverlusten, Gewicht und Bauraum. Insgesamt wird das Fahrzeug mit diesem "Downsizing - Motor" sparsamer und  abgasärmer.

Die Leistung des Motors muss immer im Zusammenhang mit dem Hubraum gesehen werden.
100KW können mit einem beispielsweise 1,8Liter Motor, aber auch mit einem beispielsweise 2,5Liter Motor erreicht werden. Eine echte Aussage wie leistungsstark ein Motor ist, ergibt sich erst aus der Literleistung . Die Leistung 100KW geteilt durch den Hubraum 1,8Liter ergibt eine Literleistung von 55KW/Liter. Der Hubraum von 2,5Liter ergibt für den zweiten Motor eine Literleistung von 40KW/Liter. Für die Umrechnung auf die alte PS-Bezeichnung muss mit 1,36 multipliziert werden.
100KW ergeben 136PS.
Nur Dieselmotoren mit Aufladung können mit gleicher Literleistung wie Benzin-Saugmotoren ausgeführt werden. Um auf gleiche Leistung wie der Benzinsaugmotor zu kommen muss der Saug-Dieselmotor einen merkbar höheren Hubraum aufweisen.

Der Kraftstoff - Verbrauch  des eingebauten Motors ist abhängig von den Fahrzeudaten, wie Gewicht, Luftwiderstand, Getriebeart.
Der Anteil an leichten aluminium-, und magnesiumlegierten aber auch Kunststoff-Fahrzeug-Bauteilen wird immer höher.

Das bringt eine geringeres Gewicht und vermindert den Kraftstoffverbrauch.
Der Luftwiderstand ist neben dem Widerstandsbeiwert u.a. stark von der Fahrzeugquerschnittsfläche abhängig.
Hoher Luftwiderstand erhöht den Verbrauch besonders bei zügiger Autobahnfahrt.
Auch die gute, verlustarme Durchströmung des Fahrtwindes durch den Motorraum ist von Bedeutung für den Luftwiderstand.
Selten sieht man beim windschlüpfrigen Standard-PKWs auch eine Lufthutze mit Schlitz auf der Motorhaube.
Diese Öffnung leitet den Fahrtwind auf den Ladeluftkühler des Motors. Der Luftwiderstand wird aber dadurch weiter vergrößert.
Öfter zu sehen ist hingegen diese Lufthutze bei Geländewagen (Off-Road Fahrzeugen), die ja schon eine große Querschnittsfläche aufweisen.
Hier dürfte der zusätzliche Luftwiderstand kaum von Bedeutung sein.

Beim Getriebe wird zwischen Automatikgetriebe und Handschaltgetriebe unterschieden.
In der Regel haben die Fahrzeuge mit Automatikgetriebe einen höheren Verbrauch.
Der Kraftstoffverbrauch des Motors ist auch von der Bauart, dem Hubraum, und den angebauten Zusatzaggregaten abhängig.
Beispielsweise muss man für ein Auto mit Klimaanlage mit einem höheren Verbrauch rechnen, weil ein Klimakompressor zusätzlich angetrieben werden muss.
Allgemein bekannt dürften die besonders geringen Verbrauchswerte des Dieselmotors sein.
Das 3Liter-Auto (Verbrauch maximal 3Liter auf 100km) ist selbstverständlich mit einem 3Zyl.-Turbodieselmotor mit direkter Einspritzung und Ladeluftkühlung ausgeführt.
Leider werden diese Sparweltmeister von den Autokäufern wenig in Betracht gezogen.
Trotzdem wurde vor ein paar Jahren ein 1 - Liter Auto vorgestellt.

1-Liter ist ein Verbrauchswert der sicher wieder ein Ziel für die Fahrzeugentwickler in den nächsten Jahren sein wird.
Man wird aber dafür weitere Einbußen beim Komfort und Performance hinnehmen müssen.
Auch der Preis wird durch geringere Stückzahlen für dieses Nischenauto deutlich höher sein als vergleichbare Fahrzeuge.
Neben dem Verbrauch in Liter/100km ist in den Verkaufsunterlagen auch der Verbrauch an CO2 (Kohlendioxyd) angeführt.
Dieses Wert soll in Hinblick auf den Verursacheranteil des Autoverkehrs am Treibhauseffekt, möglichst gering sein.
Je mehr CO2 das Fahrzeug verursacht, umso schädlicher für den Klimakreislauf der Erde.  Der CO2-Wert sinkt mit dem Kraftstoff-Verbrauch des Fahrzeuges.
Das Auto ist jedoch nur ein kleiner Verursacher, aber es  wird  besonders streng überwacht, weil es so stark verbreitet, mobil und oft unnötig und unwirtschaftlich eingesetzt wird.

Die Beschleunigung eines Autos ist besonders für junge Autofahrer von großem Interesse.
Im öffentlichen Verkehr sollten die immer sportlicher motorisierten Fahrzeuge nicht für Beschleunigungsrennen und zum "Stärke zeigen" missbraucht werden.
Das PS-starke Auto erhöht jedoch - vernünftigt bewegt - die Verkehrssicherheit, beispielsweise durch die Verkürzung der Überholvorganges.
Für die gute Beschleunigung ist hauptsächlich die Höhe des Drehmomentes bei möglichst niedriger Drehzahl maßgebend.  

Beispiel: Die maximale Motordrehzahl ist 6000U/min.
Das maximale Drehmoment ist mit 210Nm bei 2000U/min angegeben.
Bei diesem Auto kann man ein günstiges frühes Einsetzen der maximalen Beschleunigungskraft erwarten.

Wichtig ist auch wie schnell diese 210Nm bei 2000U/min  erreicht werden. Reagiert der Motor beim Beschleunigen auf den Gaspedaldruck spontan, oder tritt eine merkbare Verzögerung beim Hochlaufen auf?
Bei den ersten Turbomotoren war diese Verzögerung deutlich zu spüren. Man sprach auch von einem "Loch" bei der Beschleunigung - dem "Turboloch".
 

Turboloch Diagramm
Moderne Turbomotoren sind mit stark verbesserten Turboladern ausgestattet. Mit diesen neuen Ladern ist das "Turboloch" kaum noch spürbar.
Die Kompressormotoren sind in der Beschleunigungsphase jedoch noch besser.

Die maximale Fahrgeschwindigkeit ist von der Motorleistung, dem Luftwiderstand und dem Fahrzeuggewicht (inkl.Fahrzeuginsassen) abhängig.
Auch die Auslegung des Getriebes (im Besonderen der höchste Gang) ist von Bedeutung.

Bei neuen Motoren taucht oft schon der Begriff variable Ventilsteuerung  auf.
Die Versorgung mit Luft oder Gemisch und die Entsorgung des Abgases aus dem Motor-Zylinderraum erfolgt über Ventile.
Einlassventile für die Luft (beim Diesel) sowie Benzin-Luftgemisch (beim  Benzinmotor), und Auslassventile für den Verbrennungsrest - den heißen Abgase.
Je mehr Ventile man pro Zylinder technisch unterbringt, umso besser ist diese Versorgung und in Folge auch die Leistung.
So sind vier Ventile (2 Einlass und 2 Auslassventile) heute schon Standard. Der Zeitpunkt wann die Ventile, in Abhängigkeit von Last und Drehzahl, geöffnet und geschlossen werden beeinflusst Leistung, Verbrauch und Abgaswerte des Motors.
Die immer strenger werdenden gesetzlichen Vorgaben zwingen die Motorentwickler die ursprünglich fix vorgegebenen Öffnungs-, und Schließzeiten (=Steuerzeiten) während des Motorlaufes veränderbar zu machen. Diese variable Ventilsteuerung vermindert die Strömungsverluste, die beim Ein- und Ausströmen aus dem Zylinder entstehen.

Günstigerer Verbrauch und reineres Abgas sind die Vorteile für diesen Mehraufwand.

Zur Einhaltung der gesetzlich vorgeschriebenen Abgasgrenzwerte sind Maßnahmen am und nach dem Motor notwendig.
Die Abgasrückführung (AGR) ist ein notwendiges Übel (weil sie auch den Einlasskrümmer verschmutzt) um die Stickoxyde (NOx) gering zu halten.
Es wird doch tatsächlich Abgas über ein Ventil zurück zum Einlasskrümmer geleitet.
Aber das wirkt - die Verbrennungstemperatur wird gesenkt und damit auch die Stickoxyde(NOx).
Mit einer zusätzlich eingebauten Kühlung des rückgeführten Abgases wird die Wirkung der AGR verbessert.

Abgasrückführung
Nach dem Motor wird beim Benzinmotor mit dem Katalysator (liebevoll KAT genannt) der schädliche Abgas-Rest entgiftet. 
Dieser "Zusatzauspufftopf" in der Auspuffanlage  reduziert, mit mehreren chemischen Reaktion seiner katalytischen Beschichtungen,
die schädlichen Abgaskomponente auf vom Gesetzgeber vorgeschriebene Werte.
Nach anfänglicher starker Ablehnung hat sich dieser Abgasreiniger allgemein durchgesetzt.

Beim Dieselmotor ist es der Rußfilter, der die Rußpartikel und den Feinstaub ansammelt und in regelmäßigen Abständen verbrennt.
Ein Einsatz aus beschichtetem Keramik oder ein feinmaschiges Metallgeflecht filtert die Rußpartikel aus dem Abgas.
Früher oder später wächst aber dieses Netz zu und der Abgasgegendruck und der Verbrauch steigt stark an.
Druck- und Temperatursensoren überwachen den Beladungszustand des Filters und eine Elektronik beauftragt die Reinigung durch Abbrennen des Rußes.

Die ersten Serienausführungen bei französischen Dieselfahrzeugen arbeiten mit einem Zusatzstoff für die regelmäßige Reinigung durch Abbrennen des Rußes.
Die nächste Generation Rußfilter, kommt mit Hilfe modernster Einspritztechnik ohne diesen Zusatz aus.
Die Lebensdauer soll gleich lang sein, wie die beim KAT.
Es ist abzusehen, das dieser Filter sich allgemein durchsetzen wird, wie seinerzeit der KAT.
In Österreich gibt es nun seit 1.Juli 2005 eine gesetzliche Regelung für den Kauf von Fahrzeugen mit Dieselmotor und Partikelfilter.
Wer "mit Filter" kauft bekommt einen Bonus. Wer jedoch "ohne Filter" kauft zahlt einen Malus.
Für Dieselmotoren unter 109PS gilt die Regelung erst mit Beginn des Jahres 2006.
Die Nachrüstung ist relativ einfach. Es wird  eine Stück Auspuffrohr herausgeschnitten und der Rußfilter mit Rohrschellen in diesem Freiraum eingebaut.

Abkürzungen, Typbezeichnungen:
Dieselmotor:
D.......Dieselmotor
SDI....Saugdieselmotor
TDI...Turbodieselmotor
CDI...Turbodiesel mit CommonRail Einspritzung
CR.....Common Rail 
HDi...
Turbodiesel mit CommonRail Einspritzung

Mehr zu diesem Thema können Sie in dem neuen Taschenbuch "PKW-MotorInfo,  PKW-Motoren Überblick und Analyse,
1.Auflage 2006, ISBN 3-9501989-1-1 nachlesen. Bestellung siehe

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