In den vergangenen Jahrzehnten haben vor allem Verbrennungsmotoren die Automobilbranche geprägt. Insbesondere der Otto- und der Dieselmotor konkurrierten um die Vorherrschaft bei den Antriebskonzepten der Hersteller. Durch die Knappheit von Rohöl sind in den letzten Jahren alternative Motoren immer mehr in den Fokus geraten. Auch die Verbraucher wirken auf die Entwicklung der Automotoren ein, indem sie vermehrt an Nachhaltigkeitsthemen Interesse bekunden. Ob jedoch Elektro-, Hybridmotor oder gar die Brennstoffzelle den klassischen Motoren den Rang ablaufen können, bleibt abzuwarten.
Ottomotor
Der Ottomotor ist ein nach Nicolaus August Otto benannter fremdzündender Verbrennungsmotor, der sowohl nach dem Zweitakt wie auch nach dem Viertaktprinzip arbeiten kann. Allerdings arbeiten heutzutage nahezu alle Automotoren nach dem Viertaktprinzip, Zweitaktmotoren sind häufiger in Motorrädern, Mopeds und Karts sowie in einigen Lokomotiven und Flugzeugen zu finden. Das Viertaktprinzip bedeutet nichts anderes, als dass der Motor in vier aufeinander folgenden Takten arbeitet. Im ersten Takt öffnet sich das Einlassventil, der Kolben bewegt sich nach unten und saugt dabei das Kraftstoff-Luft-Gemisch an. Nach diesem Ansaugvorgang wird im zweiten Takt das Einlassventil geschlossen, der Kolben bewegt sich wieder nach oben und verdichtet dabei das Kraftstoff-Luft-Gemisch. Dabei steigt die Temperatur im Inneren des Zylinders an. Der dritte Takt ist der Arbeitstakt, in dem das stark komprimierte Kraftstoff-Luft-Gemisch durch den Funken einer Zündkerze explosionsartig verbrennt. Dadurch wird der Kolben wieder nach unten gedrückt. Im vierten Takt öffnet sich das Auslassventil und der sich nach oben bewegende Kolben presst die Verbrennungsgase aus dem Zylinder. Danach beginnt alles wieder beim ersten Takt. Die sich auf und ab bewegenden Zylinder treiben mechanisch über die Pleuelstange die Kurbelwelle an, die letztlich ihre rotierende Bewegung auf die Räder überträgt. Bei Zweitaktmotoren erfolgt die Zuführung des frischen Kraftstoff-Luft-Gemischs und die Ableitung der Verbrennungsgase zeitgleich. Im Vergleich zu Dieselmotoren sind Ottomotoren günstiger. Sie haben ein geringeres Leistungsgewicht, ein deutlich schnelleres Ansprechverhalten und einen größer nutzbaren Drehzahlbereich, der sportlicheres Fahren ermöglicht. Nachteilig sind die Fremdzündung über die Zündkerze, der höhere Benzinverbrauch sowie der höhere Benzinpreis zu sehen. Ottomotoren werden besonders gerne bei sportlichen Autos, Motorrädern und im Rennsport eingesetzt.
Dieselmotor
Prinzipiell funktioniert der nach Rudolf Diesel benannte Dieselmotor ähnlich wie der Ottomotor hinsichtlich der Taktung, jedoch gibt es zwischen beiden Motorentypen auch Unterschiede. Die angesaugte Luft und der Kraftstoff werden beim Dieselmotor erst im Brennraum vermischt und erreichen während des Verdichtungstakts Temperaturen von bis zu 900 Grad Celsius. Dadurch wird eine Selbstzündung möglich, Dieselmotoren besitzen daher keine Zündkerzen. Die Regelung der Motorleistung erfolgt beim Dieselmotor über die Variation der eingespritzten Kraftstoffmenge, häufig per Direkteinspritzung, beim Ottomotor wird diese über die Menge des zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches geregelt. Wenn Du ein Auto mit Dieselantrieb fährst, wirst Du wissen, dass im Kaltstart Zündhilfen den Motor zum Laufen bringen müssen und Vorglühen notwendig ist. Dieselmotoren besitzen einen höheren Wirkungsgrad als Ottomotoren, der Kraftstoff ist in den meisten Staaten deutlich günstiger und Dieselmotoren besitzen im Teillastbereich einen geringeren spezifischen Kraftstoffverbrauch. Zwar sind die Motoren etwas teurer wie vergleichbare Ottomotoren, über eine hohe jährliche Kilometerleistung amortisieren sich die Motoren jedoch recht schnell. Dieselmotoren haben eine schlechteres Leistungsgewicht als Ottomotoren, für die Realisation höherer Leistungsdichten wird eine durch einen Turbolader oder Kompressor erwirkte Aufladung benötigt. Die Schadstoffemission ist beim Diesel in Bezug auf den Austoß von Stickstoffoxiden, den Partikelausstoß und Feinstaub schlechter als beim Benzinmotor mit 3-Wege-Katalysator, auch die Abgasnachbehandlung gestaltet sich schwieriger als beim Benziner. Durch die fehlende Drosselung haben Dieselmotoren geringe Ladungswechselverluste. Dieselmotoren werden häufig in Automobilen mit hohen Laufleistungen eingesetzt, da der Betrieb durch den niedrigeren Verbrauch und den günstigeren Kraftstoff billiger ist. Der höhere Wirkungsgrad und der Selbstzündungsmechanismus begünstigen den Einsatz von Dieselmotoren in riesigen Maschinen wie Kreuzfahrtschiffen oder Kraftwerken.
Wankelmotor
Der Wankelmotor ist ein Rotationskolbenmotor, der ab den 1960er-Jahren in zahlreichen Modellen eingesetzt wurde. Insbesondere der Automobilhersteller Mazda setzt auf dieses Antriebskonzept. Im Vergleich zu den anderen Motortypen spielt der Wankelmotor in der Entwicklung der Automobilbranche jedoch eine vergleichsweise untergeordnete Rolle. Außer in Automobilen wird er auch in der Flugzeugbranche und im Motorsport eingesetzt.
Elektromotor
Wenn Du dir Gedanken über Umweltverschmutzungen von Kraftfahrzeugen machst, solltest Du dich vielleicht für ein Kraftfahrzeug mit einem Elektro- oder Hybridmotor entscheiden. In Zeiten, in denen Regierungen von den im Land ansässigen Automobilherstellern unternehmerische Sozialverantwortung und nachhaltiges Wirtschaften einfordern, erfahren alternative und umweltschonendere Antriebe breiten Zuspruch in der Bevölkerung, auch wenn die klassischen Antriebe durch Konzepte wie Abgasrückführung, Rußpartikelfilter und Katalysator bereits wesentlich sauberer und ressourcenschonender funktionieren als noch vor 20 Jahren. Der Elektromotor ist nichts anderes als ein elektromechanischer Wandler, der elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt. Dabei entstehen keinerlei Emissionen und es wird ein hoher Wirkungsgrad erreicht. Obwohl viele Experten den Elektromotor als Modell der Zukunft sehen, wird er nach wie vor nur selten in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Grund dafür sind vor allen Dingen die geringe Reichweite, die bei Topmodellen nur wenige hundert Kilometer beträgt und für einen außerstädtischen Betrieb nicht befriedigend ist. Die geringe Reichweite erfordert darüber hinaus ein flächendeckendes und engmaschiges Tankstellennetz, damit größere Distanzen überhaupt überwunden werden können. Das existierende Netz wird diesen Anforderungen in weiten Teilen nicht gerecht. Ein Kernproblem sind auch die langen Ladezeiten von mehreren Stunden, die für die Wiederaufladung der Akkumulatoren benötigt wird. Obwohl Elektromotoren eine hohe Lebenserwartung besitzen, geringere Abnutzungserscheinungen aufweisen und dies auch einen positiven Effekt auf die Lebenserwartung anderer Verschleißteile hat, sind Elektroautos vergleichsweise teuer. Dies liegt daran, dass die Batteriemodule nach wie vor größtenteils nicht in Serie gefertigt werden und dadurch die Herstellungskosten deutlich höher sind. Für die Zukunft bietet sich den Automobilherstellern hier jedoch ein enormes Kosteneinsparungspotential, wenn sie die notwendigen Anreize finden, um die Entwicklung ihrer Elektroautos vorantreiben. Der Elektromotor wird mit großem Erfolg bereits seit langer Zeit bei öffentlichen Verkehrsmitteln und der Bahn eingesetzt, im innerstädtischen Betrieb findet er aber mittlerweile auch bei energiebewussten Bürgern und in Carsharing-Modellen Anwendung und Akzeptanz.
Hybridmotor
Ein Hybridmotor ist ein kombinierter Antrieb, der die Vorzüge von Elektro- und Verbrennungsmotor verknüpft und die Nachteile weitgehend ausblendet. Die im Betrieb anfallende überschüssige Energie, die beispielsweise während Bremsvorgängen erzeugt wird, wird über einen Generator für die Aufladung der Akkumulatoren verwendet. Je nach Ausführung des Motors werden im Betrieb nur der Verbrennungsmotor, nur der Elektromotor oder beide Motoren zugeschaltet. Zusätzlich gibt es Konzepte, in denen der Elektromotor über das Stromnetz aufgeladen werden kann (Plug-In-Hybrid). Da ein Verbrennungsmotor nur bei einer hohen Drehzahl eine hohe Leistung abgeben kann, unter Teillast jedoch einen schlechten Wirkungsgrad aufweist, der Elektromotor hingegen aus dem Stand das maximale Drehmoment abgibt, kann das Fahrzeug insgesamt schneller beschleunigen. Im städtischen Betrieb lassen sich kurze Strecken völlig emissionsfrei mit dem Elektromotor zurücklegen, der Verbrennungsmotor wird in diesem Betrieb abgeschaltet. Außerdem stoßen Fahrzeuge mit Verbennungsmotoren beim Anfahren an roten Ampeln viele Schadstoffe aus. Durch den vermehrten Betrieb von Elektro- und Hybridautos in Städten sinkt die Abgasbelastung und vor allem die Gefahr durch Feinstäube. Fährst Du mit deinem Hybrid auf der Autobahn, profitiert dein Antrieb von den Vorzügen des Verbrennungsmotors, der dann für die Fortbewegung des Fahrzeugs hauptsächlich verantworlich ist. Mittlerweile haben zahlreiche Automobilhersteller Hybridfahrzeuge in ihrem Portfolio, aber auch viele öffentliche Verkehrsmittel sind mit Hybridmotoren ausgestattet, da die Abgasbelastung durch Busse besonders hoch ist.
Brennstoffzelle
Brennstoffzellenfahrzeuge werden ebenfalls über einen Elektromotor angetrieben, allerdings gewinnen sie ihre Energie aus Wasserstoff oder Methanol. Aus Nachhaltigkeitsgesichtspunkten ist diese Form der Energiegewinnung natürlich besonders interessant, da als Abfallprodukt Wasser anfällt und eine ressourcenintensive Herstellung und Entsorgung von Batterien wie beim Elektroauto umgangen werden kann. Brennstoffzellenfahrzeuge verfügen über einen Wasserstofftank, der die benötigte Energie bereitstellt. Wenn Du in Chemie in der Schule aufgepasst hast, wird dir sicher etwas mulmig bei dem Gedanken, denn was passiert mit dem Tank, wenn der Wasserstoff bei einem Unfall in Kontakt mit Luft kommt und dabei Funken fliegen? Das größte Problem der Technologie ist sicherlich das noch nicht ausreichend vorhandene Tankstellennetz. Doch wer weiß, Toyota möchte im April 2015 mit seinem ersten Brennstoffzellenauto in Serie gehen, und vielleicht geht danach alles ganz schnell.
Ausblick
Die Tendenz wird in den nächsten Jahrzehnten zu den saubereren Technologien gehen. Ist es möglich die Reichweite von Elektrofahrzeugen zu erhöhen, haben diese gute Karten den Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor den Rang abzulaufen. Die Hybridfahrzeuge sind eine vielversprechende Übergangslösung, die von den Problemen der vollständigen Elektromobilität profitiert. Auch die Brennstoffzelle könnte dank ihres sauberen Rufs ein Wörtchen mitreden. Die Automobilhersteller halten sich in ihrer strategischen Ausrichtung noch bedeckt und stellen sich möglichst breit auf, da sie einerseits mit der Umsetzung neuer Technologien hohe Investitionen durchführen müssten, und damit auf ihre gewohnten Renditen verzichten würden, andererseits aber auch das rasante Voranschreiten nicht verschlafen dürfen und im Falle eines Durchbruchs reaktionsschnell handeln müssen.
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