2 Grundlagen des Motors

Wie funktioniert ein Verbrennungsmotor?

Bei einem Verbrennungsmotor wird Wärmeenergie durch Verbrennung in mechanische Arbeit umgewandelt.

Dampfmaschinen werden durch eine äußere Hitzequelle, beispielsweise ein Kohlefeuer, angetrieben und zählen streng genommen nicht zu den Verbrennungsmotoren. Durch Erhitzen von Wasser in einem Kessel über dem Feuer wird der entstehende Wasserdampf unter Druck in einen Zylinder geleitet, wo er einen Kolben in Bewegung versetzt, der wiederum über eine Pleuelstange die Kurbelwelle in eine Drehbewegung versetzt. Mit dieser Drehbewegung können Räder oder Maschinen angetrieben werden.

Diesel- und Benzinmotoren werden durch eine innere Verbrennung im Brennraum des Zylinders angetrieben, wo die Ausdehnung des verbrennenden Gemischs aus Treibstoff und Luft einen Kolben in Bewegung versetzt. Ein Unterschied zwischen Diesel- und Benzinmotor liegt darin, dass beim Dieselmotor das Treibstoff-Luft-Gemisch im Brennraum durch Selbstzündung verbrennt, die durch die hohe Verdichtung ausgelöst wird. Der Kolben komprimiert dabei die Luft im Gemisch so stark, dass sich das Gemisch von selbst entzündet. Beim Benzinmotor, oder Ottomotor, wird das Gemisch dagegen mittels einer Zündkerze entzündet. Dieselmotoren müssen einer höheren Kompression (Verdichtung) im Brennraum standhalten und sind deshalb massiver gebaut, wodurch sie schwerer als Benzinmotoren sind. Neben Benzin und Diesel können Verbrennungsmotoren auch durch andere Kraftstoffe wie Autogas, Erdgas, Wasserstoff und andere angetrieben werden, die jedoch bei Bootsmotoren selten sind.

Verschiedene Arbeitsverfahren

Sowohl Diesel- als auch Benzinmotoren können nach ihrem Arbeitsverfahren in Zwei- und Viertaktmotoren unterschieden werden. Aufgrund der stärkeren Abgasbelastung werden Zweitaktmotoren in der EU nur noch eingeschränkt produziert. Unter Takt versteht man eine Kolbenbewegung. Bei einem Zweitaktmotor bewegt sich der Kolben einmal auf- und einmal abwärts, um einen Arbeitszyklus zu bilden, beim Viertaktmotor finden je eine weitere Auf- und Abwärtsbewegung des Kolbens statt, die dazu dienen, die Verbrennungsgase auszustoßen und neues Gemisch aufzunehmen. Da beim Zweitaktmotor dieser Gasaustausch nahezu gleichzeitig zwischen nur einer Auf- und Abwärtsbewegung erfolgt, entsteht eine höhere Abgasbelastung. Natürlich sind noch zahlreiche ältere Zweitaktmotoren im Einsatz. Bei größeren Zweitaktmotoren kommen auch andere Verfahren bei der Öl- und Gemischzuführung zum Einsatz, die die Abgasbelastung reduzieren können, doch diese Motoren sind wesentlich teurer.

Funktion eines Viertaktmotors

Im Motorblock sind die Zylinder, in denen sich die Kolben auf und ab bewegen. Die Kolben sind über Pleuelstangen mit der Kurbelwelle verbunden und versetzen diese in eine Drehbewegung. Manche Motoren haben ein Schwungrad, das mit der Kurbelwelle verbunden ist und durch seine Masse die Kolbenbewegung unterstützt.

An der Oberseite des Motorblocks ist der Zylinderkopf aufgeschraubt, in dem sich die Ein- und Auslassventile für jeden Zylinder befinden. Die Ventile werden über die Kurbelwelle angesteuert und öffnen und schließen sich im Takt mit der Kolbenbewegung.

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»Und, ist alles in Ordung?«, fragte ich.

»Leider nein.«

»Oh?«

»Das große Pleuelauge ist gebrochen.«

»Teuer?« (tiefes Luftholen)

»Leider ja.«

ARBEITSTEILE EINES MOTORS

1. Beim Starten des Motors dreht der Anlasser das Schwungrad.
2. Mit dem Schwungrad dreht sich die Kurbelwelle, und die Kolben verdichten das Gas im Zylinder. Über die Kurbelwelle wird die Nockenwelle gedreht, die die Ein- und Auslassventile öffnet und schließt.
3. Gleichzeitig werden andere Komponenten wie die Lichtmaschine zur Ladung der Batterien, die Kühlwasserpumpe, Hydraulikpumpen und Kompressor über Keilriemen von der Kurbelwelle aus angetrieben.
4. Von der Kurbelwelle aus wird auch die Ölpumpe angetrieben, die im Inneren des Motors für die nötige Schmierung sorgt.

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Die Nockenwelle kann über den Zylindern angebracht sein, wo sie die Ventile direkt über Tassenstößel oder Kipphebel betätigt, oder sie liegt weiter unten, und die Verbindung zu den Ventilen erfolgt über Stoßstangen. Der Antrieb der Nockenwelle erfolgt von der Kurbelwelle aus meist über Stirnräder oder einen Zahnriemen oder eine Steuerkette. Unter dem Motor liegt die Ölwanne, von der aus das Motoröl zur Schmierung aller bewegten Teile durch den Motor gepumpt wird. Über den Ansaugstutzen am Zylinder gelangt Luft in den Brennraum, die nach der Verbrennung über den Abgaskrümmer abgeführt wird. Die Nocken auf der sich drehenden Nockenwelle drücken über Stoßstangen oder Kipphebel auf die federbelasteten Ein- und Auslassventile, die sich genau im Takt mit der Kolbenbewegung öffnen und schließen. Motoren mit zwei obenliegenden Nockenwellen werden auch als DOHC-Motoren (double overhead camshaft) bezeichnet. Nahezu alle größeren Außenbordmotoren ab ungefähr 90 PS haben obenliegende Nockenwellen, da diese Konstruktion im Gegensatz zu Motoren mit einem Ventiltrieb über Stoßstangen mehr Motorleistung, speziell bei höheren Drehzahlen, erlaubt.

Um die Leistung eines Motors weiter zu steigern, können zum Beispiel die Ein- und Auslassöffnungen der Ventile vergrößert werden. Der Platz an der Oberseite des Zylinders ist jedoch begrenzt. Dieser zur Verfügung stehende Platz kann durch jeweils zwei Einlass- und zwei Auslassöffnungen effektiver ausgenutzt werden als durch eine große Einlass- und eine große Auslassöffnung. Diesen Vorteil macht sich die Vierventil-Technik zunutze. Dennoch stößt man bei der Steigerung der Luftzufuhr, die ein Motor durch den sich nach unten bewegenden Kolben ansaugen kann, an eine Grenze. Solche Motoren werden Saugmotoren genannt. Im Gegensatz dazu steht die Motoraufladung, bei der die Luft mit Druck in den Brennraum gepumpt wird. Das kann mit einem Turbolader oder einem Kompressor geschehen. Der Turbolader, auch Abgasturbolader, wird von den ausströmenden Abgasen des Motors angetrieben, während ein Kompressor in der Regel mechanisch über die Kurbelwelle angetrieben wird. Da der Turbolader bei älteren Turbomotoren erst bei stärkerem Abgasausstoß, das heißt bei höherer Drehzahl des Motors, effektiv arbeitet, spricht man auch von einem Turboloch, das die vergleichsweise geringere Leistung im unteren Drehzahlbereich beschreibt. Die Motoraufladung durch einen Kompressor kann dagegen bei allen Drehzahlen effektiv arbeiten, hat aber den Nachteil, mehr Leistung zum Verdichten der Luft zu benötigen.

Aufgrund der unterschiedlichen Vor- und Nachteile verfügen manche Motoren sowohl über einen Turbolader als auch über einen Kompressor.

Das Getriebe hat üblicherweise einen Vorwärtsund einen Rückwärtsgang. Die Anforderungen an die Motorisierung hängen aber vom Bootstyp und seiner Rumpfform ab. Gleiter benötigen bei Vorwärtsfahrt ausreichend Leistung aus dem unteren Drehzahlbereich, um in die Gleitphase zu kommen und sollten im Rückwärtsgang schnell aufstoppen können. Eine Segelyacht muss dagegen nicht schnell beschleunigen können und benötigt keine Leistungsreserven im oberen Drehzahlbereich, da sie ihre Rumpfgeschwindigkeit bei Motorfahrt nicht überschreitet. Es kommt jedoch immer auf die optimale Abstimmung von Motorleistung, Gewicht und Gewichtsverteilung sowie Propellerwahl an.

Bei einem Gleiter ist diese Abstimmung besonders heikel, da einerseits genügend Leistung gefordert ist, um das Boot ins Gleiten zu bekommen und andererseits das Gewicht eine große Rolle spielt, denn ein Gleiter darf nicht zu schwer sein. Deshalb haben Gleiter meist entweder einen leichtgewichtigen Benzinmotor ohne Motoraufladung oder einen konstruktionsbedingt...