Kraftfahrzeug

2.1.

7

Kreiskolbenmotor

Der Wankel-Kreiskolbenmotor wurde von dem deutschen Ingenieur Felix Wankel in den fünfziger Jahren entwickelt – der erste Testlauf war 1957. Der Wankelmotor, in dem ein Rotationskolben anstatt senkrechter Kolben zum Einsatz kommt, kann bis zu einem Drittel leichter als herkömmliche Fahrzeugmotoren sein, da er weniger Zündkerzen, Kolbenringe und andere Maschinenteile benötigt.

Die ersten serienmäßig gefertigten Fahrzeuge mit Kreiskolbenmotoren wurden von den NSU-Motorenwerken gebaut (NSU-Spider). Der etwa zur gleichen Zeit in der Entwicklung befindliche Ro-80 wurde in den Jahren 1967 bis 1977 ebenfalls von NSU (später Audi-NSU) gebaut (knapp 34 000 Fahrzeuge).

2.1.

8

Zweitaktmotor

Im Gegensatz zu den Viertaktmotoren verläuft beim Zweitaktmotor, wie sein Name bereits andeutet, ein Arbeitsspiel – also Ansaugen, Verdichten, Arbeiten, Ausstoßen – innerhalb zweier Takte. Mit einfachen Worten ausgedrückt, finden beim Zweitaktmotor jeweils mehrere Vorgänge eines Arbeitsspiels unterhalb des Kolbens und oberhalb des Kolbens fast gleichzeitig statt. Weil beim Zweitaktmotor ein separater Ansaug- und Ausstoßhub fehlen, muss der Zylinder mit Überdruck befüllt werden. Dies geschieht über den so genannten Überströmkanal – bei moderneren Ausführungen durch zusätzliche Pumpen.

Anstelle der Ventile hat der Zweitaktmotor Schlitze (Überström-, Ein- und Auslasskanal), die durch den Kolben geöffnet oder geschlossen (gesteuert) werden – es gibt auch Ausführungen mit Auslassventilen. Im Gegensatz zu Viertaktmotoren findet bei Zweitaktmotoren ein offener Gaswechsel statt. Während des Gaswechselprozesses (Frischgase rein, Altgase raus) sind Überström- und Auslasskanal im Prinzip gleichzeitig offen, d. h. Frischgase und Altgase können sich mischen und Frischgase über den Auslasskanal aus dem Zylinder entweichen.

Auch die Schmierung erfolgt beim Zweitaktmotor anders als beim Viertaktmotor. Weil das Kurbelgehäuse von Zweitaktmotoren zum Vorverdichten des Luft-Kraftstoff-Gemisches dient, kann das Motorenöl nicht in das Kurbelgehäuse eingefüllt werden. Das Öl wird dem Kraftstoff in einem bestimmten Mischungsverhältnis beigemengt. Diese Art der Schmierung bezeichnet man in der Kraftfahrzeugtechnik als Mischungsschmierung.

Beim ersten Takt bewegt sich der Kolben vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt. Während des ersten Taktes geschieht unterhalb des Kolbens folgendes: Die Oberkante des Kolbens verschließt den Überströmkanal, die Unterkante des Kolbens öffnet den Einlassschlitz. Dabei wird Luft-Kraftstoff-Gemisch angesogen (Ansaugen). Nun die Verhältnisse während des ersten Taktes oberhalb des Kolbens: Durch den geöffneten Überströmkanal schieben die vorverdichteten Frischgase die Abgase in den ebenfalls geöffneten Auslasskanal (Ausstoßen). Anschließend werden die Frischgase verdichtet (Verdichten).

Es folgt der zweite Takt, bei dem sich der Kolben vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt bewegt. Die Vorgänge unterhalb des Kolbens: Die Unterkante des Kolbens verschließt den Einlasskanal und das angesogene Frischgas wird vorverdichtet. Oberhalb des Kolbens läuft beim zweiten Takt Folgendes ab: Das verdichtete Frischgas wird kurz vor Erreichen des oberen Totpunktes gezündet (Zündung). Der Kolben bewegt sich durch den dabei entstehenden Druck nach unten und gibt zuerst den Auslasskanal frei (Ausstoß der Abgase). Dann öffnet der Kolben den Überströmkanal und vorverdichtete Frischgase schieben die restlichen Abgase in den Auslasskanal.

Zweitaktmotoren werden meistens bei Motorrädern eingesetzt. Ein bekanntes Beispiel für einen Pkw mit Zweitaktmotor ist der Trabant (Trabbi).

2.1.

9

Kühlung

Im Augenblick der Explosion liegt die Temperatur im Zylinder viel höher als der Schmelzpunkt von Gusseisen. Da die Explosionen im Schnitt bis zu 2 000-mal pro Minute stattfinden, wird der Zylinder sehr heiß. Ohne Kühlung würde sich der Kolben infolge seiner Ausdehnung im Zylinder „festfressen”. Die Zylinder sind deshalb mit einer Ummantelung versehen, durch die mittels einer kleinen Pumpe Kühlwasser zirkuliert. Diese Pumpe wird über ein Zahnrad an der Kurbel- oder Nockenwelle angetrieben. Zweckmäßigerweise schützt man das Wasser vor dem Einfrieren mit einem geeigneten Frostschutzmittel, beispielsweise mit Alkohol, Methylalkohol oder Ethylenglycol.

Um das Wasser vor dem Verkochen zu bewahren bzw. auf Betriebstemperatur zu halten, ist im Motorkühlsystem zusätzlich ein Kühlwasserregelsystem enthalten. Diese Regler unterscheiden sich in Art und Typ. Sie lassen das Wasser durch ein Rohrsystem mit großer Oberfläche fließen, wobei die Oberfläche z. B. vom Fahrtwind gekühlt wird; ein elektrisch angetriebener Lüfter führt dem Wasserkühler zusätzlich Kühlluft zu. Wasserkühler und Lüfter werden über so genannte Thermostaten geregelt. Bei der Luftkühlung wird der Motor durch den Fahrtwind oder ein Gebläse gekühlt.

2.1.

10

Anlasser

Im Gegensatz zur Dampfmaschine muss der Verbrennungsmotor in Gang gesetzt werden, bevor eine Explosion stattfinden und Kraft entwickelt werden kann. Darüber hinaus kann er bei kleinen Geschwindigkeiten keine große Leistung entwickeln. Diese Schwierigkeiten löste man durch den Einsatz von Getriebe und Kupplung. Durch diese Vorrichtungen ist der Motor in der Lage, auch bei langsamerer Fahrgeschwindigkeit mit einer höheren Drehzahl zu laufen. Er kann außerdem auch dann weiterarbeiten, wenn das Fahrzeug stillsteht. Ein elektrischer Anlassmotor, der seinen Strom von der Batterie erhält, dreht die Kurbelwelle und startet dadurch den Verbrennungsmotor. Beim Anlassmotor handelt es sich üblicherweise um einen speziellen Maschinentyp, der für ganz kurze Zeitabschnitte eine hohe Leistung liefert. Bei modernen Autos wird der Anlassmotor automatisch in Gang gesetzt, wenn der Zündschalter geschlossen wird. Die ersten Autos der Geschichte hatten keinen Anlassmotor. Bei ihnen musste der Verbrennungsmotor mit Hilfe einer Handkurbel in Gang gebracht werden.

2.2

Kraftübertragung

Die Motorkraft wird zuerst auf das Schwungrad und dann auf die Kupplung übertragen. Mit der Kupplung verbindet und trennt man den Motor und die weiteren kraftübertragenden Einheiten. Hinter der Kupplung folgt das Getriebe. Hier sorgen unterschiedlich große Zahnräder für das richtige Übersetzungsverhältnis, wodurch der Motor bei jeder Fahrgeschwindigkeit im jeweils günstigen Drehzahlbereich arbeitet. Beim so genannten Vorderradantrieb wird die Kraft vom Getriebe direkt auf zwei seitlich aus dem Getriebegehäuse gehende Antriebswellen übertragen. Beim Hinterradantrieb geht die Kraft zunächst auf die so genannte Kardanwelle. Die Kardanwelle mündet im Bereich der Hinterachse im so genannten Differential. Von hier gehen im Prinzip so ähnlich wie beim Vorderradantrieb die Antriebswellen aus dem Differentialgehäuse. An den Enden der Antriebswellen sitzen die Räder.

Ein jüngere technische Neuerung ist ein aus Kohlefaser hergestelltes Schwungrad, das in Kombination mit einer Gasturbine sowie elektronischem Steuersystem den Spritverbrauch nahezu halbiert. Gleichzeitig vermag dieses Gesamtsystem das Fahrzeug wie einen Sportwagen zu beschleunigen. Diese Technik befindet sich derzeit allerdings noch in der Testphase.