Motorleistung verstehen – Einblick in die Technik des Automotors

Der Verbrennungsmotor gehört zu den wichtigsten Antriebsquellen für Autos. Durch die Verbrennung von Kraftstoff entsteht hier Leistung, die zum Antrieb des Fahrzeugs zur Verfügung steht. In diesem Ratgeber erhalten Sie umfangreiche Einblicke in die Technik des Verbrennungsmotors.

Der Hubraum des Verbrennungsmotors

Der Hubraum gibt die Größe des Volumens an, das sich aus den einzelnen Zylindern des Verbrennungsmotors ergibt. Dieses Volumen errechnet sich aus dem Arbeitsweg des Kolbenhubs sowie der Querschnittsfläche des Kolbens.

Die Angabe des Hubraums bezeichnet bei Verbrennungsmotoren das Volumen, das der Hub aller Kolben zusammen verdrängt. Ein Motor mit zwei Litern oder 2000 ccm Hubraum kann beispielsweise über vier Zylinder mit je 500 ccm Volumen verfügen.

Bei Motoren im Auto stellt der Hubraum einen wichtigen Kennwert dar. Hier gibt der Hubraum an, welche Menge an zündfähigem Gemisch bei jedem Kolbenhub zur Leistungserzielung genutzt werden kann.

So hängen Hubraum und Leistung zusammen

Der Hubraum eines Motors wirkt sich auf seine Gesamtleistung aus. Häufig geht mit einem größeren Hubraum auch eine höhere Leistung einher. Ein Auto mit größerem Motor bietet oftmals mehr Motorleistung als dasselbe Modell mit kleinerer Maschine selber Bauart.

Jedoch muss mehr Hubraum in Litern oder Kubikzentimetern nicht in allen Fällen mehr Leistung bedeuten. Denn Leistung, gemessen in Kilowatt oder PS, hängt auch von der Motorentechnologie und von vielen weiteren Faktoren ab.

Ist der Hubraum des Motors unnötig groß, können Kraftstoffverbrauch und Schadstoffausstoß ansteigen. Bei einem zu kleinen Hubraum kann hingegen eine erhöhte Drehzahl notwendig sein, um die jeweils benötigte Leistung zu erreichen.

Leistung und Drehmoment bei verschiedenen Drehzahlen

Die Leistung eines Verbrennungsmotors wird vom Drehmoment und der Drehzahl bestimmt. Das Drehmoment gibt hierbei an, welche Kraft über einen Hebel auf den Drehpunkt einer Achse einwirkt. Der Wert des Drehmoments wird in Newtonmeter angegeben.

Beim Verbrennungsmotor im Auto soll ein hohes Drehmoment über einen möglichst weiten Drehzahlbereich anliegen. Das Verhältnis zwischen Leistung, Drehzahl und Drehmoment kann jedoch je nach Motor und Motorkonstruktion variieren.

Der Zusammenhang von Drehzahl und Drehmoment

Wann ein Motor sein maximales Drehmoment erreicht, hängt jeweils von der Bauart und vom jeweiligen Motortyp ab. Bei Verbrennungsmotoren liegt das maximale Drehmoment oft bereits bei niedrigerer Drehzahl an als die maximal mögliche Leistung.

Moderne Dieselmotoren mit Turbolader erreichen bereits bei niedriger Motordrehzahl ihr maximales Drehmoment. Diese Motoren erlauben ein müheloses Beschleunigen des Autos auch aus einem niedrigen Drehzahlbereich heraus.

Vor allem Benzinmotoren ohne Turboaufladung benötigen hingegen eine gewisse Drehzahl, um ein hohes Drehmoment zu erreichen. Hier liegt das maximale Drehmoment oftmals erst im oberen Drehzahlbereich an. Um mit dem Auto kraftvoll zu beschleunigen, ist dann ein Herunterschalten erforderlich.

Leistungsgewicht und Beschleunigung

Das Leistungsgewicht beschreibt das Verhältnis zwischen der Fahrzeugmasse und der Motorleistung. Diese Angabe kann Anhaltspunkte über das Beschleunigungsvermögen des Fahrzeugs liefern. Die Leistungsangabe des Motors allein sagt nichts über die Fahrleitungen aus, die mit einem Auto zu erzielen sind.

So kann ein Fahrzeug zwar mit einem leistungsstarken Motor ausgestattet sein, aber über ein hohes Fahrzeuggewicht verfügen. In diesem Fall könnte ein schlechtes Leistungsgewicht vorliegen. Das betreffende Fahrzeug hat viel Leistung, aber durch das hohe Gewicht benötigt es lange zum Beschleunigen.

Ein besonders leichtes Fahrzeug, etwa ein Sportwagen, erreicht mit gleich hoher Motorleistung hingegen ein besseres Leistungsgewicht. Automobilbauer streben heute ein niedriges Leistungsgewicht mit ausgewogenem Verhältnis von Fahrzeuggewicht und Motorleistung an.

Beschleunigung in Abhängigkeit zur Leistung

Die Beschleunigungszeit von Autos wird allgemein von 0 auf 100 km/h mit einem Wert in Sekunden angegeben. So beschleunigen Sportwagen beispielsweise in vier Sekunden aus dem Stand auf eine Geschwindigkeit von 100 Stundenkilometern.

Ein normaler Pkw kann hingegen zehn oder mehr Sekunden benötigen, um die 100 km/h zu erreichen. Oftmals beschleunigen Autos mit höherer Motorleistung dabei schneller als leistungsschwache Fahrzeuge. Wichtiger als die reine Motorleistung ist beim Beschleunigen aus dem Stand das Drehmoment des Motors.

Die Leistung wiederum ist ausschlaggebend zum Erreichen einer hohen Maximalgeschwindigkeit. Darüber hinaus hängt das Beschleunigungsverhalten des Fahrzeugs von weiteren Faktoren, wie etwa dem verbauten Getriebe ab.

Unterschiedliche Motorbauarten im Automobilbau

Im Automobilbau werden Motoren unterschiedlicher Bauweise verbaut. Am häufigsten finden sich in Autos hierbei Reihenmotoren, V-Motoren oder auch Boxermotoren. Die verschiedenen Automotoren können sich hinsichtlich ihres Leistungsgewichts unterscheiden.

Vorteilhaft sind hierbei Bauweisen, die konstruktiv über eine geringe Masse und einen geringen Materialaufwand verfügen. In dieser Hinsicht kann der häufig verbaute Reihenmotor punkten. Diese Bauweise des Verbrennungsmotors verfügt über eine kompakte Bauweise und ein geringes Motorgewicht.

Beim V-Motor wird aufgrund der konstruktiven Eigenschaften mehr Material benötigt. Jedoch kann auch diese Bauart bei kurzer Bauform ein gutes Leistungsgewicht aufweisen. Bei Boxermotoren hängt das Verhältnis von Leistung zu Gewicht stark von der jeweiligen Konstruktionsweise und den verwendeten Materialien ab.

Das Verhältnis von Bohrung zu Hub

Das Verhältnis zwischen der Zylinderbohrung und dem Hub des Zylinders beeinflusst die Charakteristik von Motoren. Dies betrifft sowohl die Drehzahleigenschaften als auch die Gesamtleistung des Motors.

Verbrennungsmotoren werden in kurzhubige, quadrathubige und langhubige Motoren unterteilt. Bei den sogenannten Kurzhubern fällt der Kolbenhub geringer aus als die Zylinderbohrung. Diese kurzhubigen Motoren eignen sich gut für hohe Drehzahlen und erreichen bei gleichzeitig hohem Gasdurchsatz eine hohe Motorleistung.

Bei langhubigen Motoren ist der Hub größer als die Bohrung. Die sogenannten Langhuber entwickeln ein hohes Drehmoment bereits bei niedrigen Drehzahlen. Sind Hub und Zylinderdurchmesser gleich groß, so wird der Motor aufgrund der quadratischen Auslegung als Quadrathuber bezeichnet.

Das Verdichtungsverhältnis des Motors

Eine weitere Kenngröße bei Verbrennungsmotoren ist das Verdichtungsverhältnis. Diese Angabe sagt aus, in welchem Maß die Füllung innerhalb der Zylinder komprimiert wird. Das geschieht bei den im Automobilbau heute üblichen Viertaktmotoren im Verdichtungstakt.

Wirkungsgrad und Leistungsabgabe steigen hierbei vor allem beim Ottomotor mit steigendem Verdichtungsverhältnis. Oftmals kann durch höhere Verdichtung eine bessere Verbrennung mit geringerem Schadstoffausstoß erreicht werden. Allerdings ist die Erhöhung der Verdichtung beim Benziner nicht unbegrenzt möglich.

Bei zu hoher Verdichtung könnte eine ungewollte Selbstzündung des Gemisches in den Zylindern stattfinden, was zum sogenannten Klopfen führt. Moderne Motoren mit Direkteinspritzung und integrierten Klopfsensoren erlauben heute jedoch verhältnismäßig hohe Verdichtungsverhältnisse.

Motorleistung und variable Ventilsteuerungen

Variable Ventilsteuerungssysteme ermöglichen eine optimierte Füllung der Brennräume mit Luft-Kraftstoff-Gemisch. Die variable Ventilsteuerung erlaubt hierbei eine Veränderung des Ventilhubs oder der Öffnungsdauer auch im laufenden Betrieb des Motors.

Die variable Ventilsteuerung ermöglicht ein optimiertes Drehmoment selbst bei niedrigen Drehzahlen bei gleichzeitig hohem Wirkungsgrad. Bei hohen Drehzahlen kann sich zudem die Leistungsausbeute verbessern.

Auch das Abgasverhalten von Verbrennungsmotoren verbessert sich beim Einsatz der variablen Ventilsteuerung. Viele Motoren mit variabel verstellbaren Ventilen benötigen im Normalbetrieb zudem keine Drosselklappe.