Motoren besitzen die Aufgabe, über einen zugehörigen Prozess Bewegungsenergie zu erzeugen. Als Ur-Motor gilt die Dampfmaschine, bei der heißer Dampf einen Kolben antreibt.
Dessen linearen Auf- und Abwärts-Gang setzt eine Kurbel in eine Rotations-Bewegung um.
Auf die Dampfmaschine folgen zahlreiche Erfindungen aus dem Bereich der Motoren. Hierbei suchen Forscher und Ingenieure nach leistungsstarken Prozessen, um Antriebsquellen für Automobile und andere Maschinen zu finden. Infolgedessen entstehen die nachfolgend genannten Arten von Motoren:
- Verbrennungs-Motoren,
- Elektromotoren,
- Dampf- und Gasturbinen,
- Hybrid-Motoren,
- Motoren für Raketen.
In der Automobil-Branche entfällt derzeit der größte Marktanteil auf die Verbrennungs-Motoren. Zudem gewinnen seit einigen Jahren vermehrt elektrisch betriebene Fahrzeuge an Bedeutung. Deshalb folgen im weiteren Verlauf detaillierte Erklärungen zu den beiden angeführten Arten von Motoren.
Verbrennungs-Motoren benötigen Kraftstoff als flüssigen Energieträger, um die gewünschte Funktion zu erfüllen. Der mit Luft vermischte Kraftstoff verbrennt, wodurch der Druck im Zylinder ansteigt. Ähnlich zur Dampfmaschine bewegt sich dadurch im Zylinder ein Kolben, der seine Bewegungs-Energie auf eine Kurbelwelle überträgt.
Das Funktionsprinzip von Ottomotoren
Die meisten mit Kraftstoff betriebenen Fahrzeuge verfügen über einen Otto- oder einen Dieselmotor. Ottomotoren benötigen eine Zündkerze, um das Gemisch aus Kraftstoff und Luft zu entzünden. Ein typischer Benzin-Viertaktmotor arbeitet wie folgt:
1. Takt Ansaugen: Zu diesem Zeitpunkt befindet sich der Kolben am oberen Totpunkt (OT) und bewegt sich abwärts Richtung Kurbelwelle. Auf dem Weg bis zum unteren Totpunkt (UT) wird über das Einlassventil das Gemisch in den Verbrennungsraum eingelassen.
2. Takt Komprimieren: Der Kolben bewegt sich nun Richtung oberer Totpunkt und somit wird das Gemisch stark verdichtet und erwärmt. Kurz bevor der Kolben den oberen Totpunkt erreicht hat, wird das Gemisch entzündet.
3. Takt Arbeiten: Das brennende Gemisch erzeugt einen Druck von bis zu 120 Bar (Diesel bis zu 160 Bar), welcher den Kolben wieder in Richtung unterer Totpunkt wandern läßt.
4. Takt Auslassen: Auf dem Weg vom UT zum OT wird nun das Abgas über das Ablassventil ausgestoßen.
Selbstzündung: Unterschiede bei Dieselmotoren
Dieselmotoren unterscheiden sich in ihrer Funktionsweise von den Ottomotoren. Sie besitzen ebenfalls Zylinder, in denen ein Kolben auf und ab wandert. Allerdings saugt der erwähnte Unterdruck ausschließlich Luft an. Bewegt sich der Kolben nach oben, verdichtet er die Luft enorm. Dadurch entstehen Temperaturen von bis zu 600 Grad Celsius. Bevor der Kolben den obersten Punkt erreicht, spritzt eine Drüse reinen Kraftstoff ein. Aufgrund der hohen Temperaturen entzündet sich dieser selbstständig. Der resultierende Druck dreht die Bewegungsrichtung des Kolbens um.
Die vorgestellten Verbrennungsmotoren arbeiten mit mehreren Zylindern. Abhängig von deren Anordnung sprechen die Experten von Reihen- und V-Motoren. Bei den Reihenmotoren setzen die Hersteller alle Zylinder hintereinander. Dagegen zeichnen sich die V-Motoren durch zwei V-förmig angeordnete Zylinderreihen aus.
Rotationskolbenmotor
Bei einem Rotationskolbenmotor (Drehkolbenmotor / Kreiskolbenmotor) finden die verschiedenen Takte (Einlass, Kompression, Zündung und Auslass) während einer Drehbewegung statt. Diese Bauart bietet zwar einige Vorteile, wie z. B. höhere Laufruhe und weniger Teile + Gewicht, aber auch einige Nachteile, wie z. B. die schwierigere Abdichtung und Schmierung.
Emissionsfreier Betrieb von Elektromotoren
Elektromotoren benötigen keinen Kraftstoff, da sie den Antrieb über elektrische Energie realisieren. Sie fungieren als elektromechanische Wandler, die Strom in mechanische Bewegungen umsetzen. Das setzt einen Speicher voraus, der Platz für ausreichend elektrische Energie bietet. Elektromotoren zeichnen sich durch die fehlenden Abgas-Emissionen während des Betriebs aus.