Wie funktioniert ein Motor: Benziner, Diesel, Hybrid und Elektro
Bevor du verstehst, warum etwas kaputtgeht, solltest du wissen, wie es funktioniert. Hier findest du die Grundlagen aller Antriebe, die dir heute auf der Straße begegnen, vom klassischen Benziner bis zum Elektroauto, und dazwischen die Hybride, bei denen die meisten Fragen aufkommen.
Die vier Takte
Ein Benzin- oder Dieselmotor macht in jedem Zylinder immer wieder vier Dinge: Der Kolben geht nach unten und Luft strömt ein (Ansaugen), er geht nach oben und presst sie zusammen (Verdichten), der Kraftstoff verbrennt und drückt ihn mit Wucht nach unten (Arbeitstakt), und er geht wieder nach oben und schiebt die Abgase hinaus (Ausstoßen). Die Kurbelwelle macht aus diesem Auf und Ab eine Drehbewegung. In Abbildung 1 siehst du in Orange den entscheidenden Moment: das brennende Gemisch über jedem Kolben.
Benziner und Diesel: der eigentliche Unterschied
Beim Benziner zündet ein Funke das Gemisch aus Luft und Kraftstoff, nämlich der von der Zündkerze, und die Luftmenge regelt eine Drosselklappe: Je mehr Gas du gibst, desto weiter geht sie auf. Beim Diesel gibt es keinen Funken und fast nie eine Drosselklappe: Verdichtet wird nur Luft, und zwar so stark, dass sie über 500 Grad heiß wird, und der Diesel, der in diese glühend heiße Luft eingespritzt wird, entzündet sich von selbst. Deshalb verdichtet ein Diesel viel stärker, hat mehr Kraft bei niedrigen Drehzahlen und verbraucht weniger, und deshalb braucht er einen Dieselpartikelfilter und fast immer AdBlue.
Die Hybride
Ein Hybrid hat neben dem Benzinmotor einen oder zwei Elektromotoren und eine kleine Batterie (in Abbildung 2 grün). Beim Anfahren und bei niedrigem Tempo kann er mit wenig Gas rein elektrisch fahren. Sobald du Leistung forderst, eine bestimmte Geschwindigkeit überschreitest, die Batterie unter ihren Spielraum fällt oder es kalt ist und die Heizung Wärme braucht, springt der Benziner an. Und beim Bremsen oder Gaswegnehmen arbeitet der Elektromotor andersherum und lädt die Batterie: Das ist die Energie, die ein normales Auto als Wärme über die Bremsen verpuffen lässt.
Mild-Hybride mit 48 Volt sind etwas anderes: ein kleiner Elektromotor, der den Verbrenner unterstützt und ihn öfter abschalten lässt, aber das Auto fast nie allein antreibt.
Plug-in-Hybride und Elektroautos
Ein Plug-in-Hybrid ist ein Hybrid mit einer viel größeren Batterie, die du an der Steckdose lädst und die für 40 bis 100 Kilometer elektrisch reicht. Ist sie leer, fährt er wie ein normaler Hybrid. Ein Elektroauto hat gar keinen Verbrenner mehr: Die Batterie liegt im Unterboden, und ein oder zwei Motoren treiben die Räder an, wie in Abbildung 3. Kein Schaltgetriebe, keine Kupplung, kein Motoröl, kein Auspuff. Dafür ist die Batterie alles, und ihre Gesundheit ist das Wichtigste, wenn du einen gebrauchten kaufst.
Die häufigsten Fehler
- Zündaussetzer
Ein Zylinder, der nicht sauber verbrennt: Der Motor ruckelt und verliert Leistung. Alles dazu findest du unter Zündung, Katalysator und Lambdasonden.
- Ölkohle und Dieselpartikelfilter
Der Albtraum jedes Diesels im Stadtverkehr. Erklärt unter AGR und Partikelfilter.
- Turbo ohne Ladedruck
Fast jeder heutige Motor hat einen Turbo. Siehe Turbo und Ladeluftkühler.
- Müde Hybridbatterie
Der Benziner springt öfter an, und das Auto verbraucht mehr. Siehe Batterien.
- Steuerkette und Zahnriemen
Der Schaden, vor dem man sich beim Gebrauchten am meisten fürchtet. Siehe Steuertrieb.
Das kannst du mit Final OBD sehen
Bei Benziner oder Diesel zeichnet dir Final OBD den Motor mit allem, was drinnen gerade passiert, live: Drehzahl, Kühlmitteltemperatur, Last und Gaspedal. Auf dem Bildschirm der eines Abarth 500.
Beim Hybrid zeigt sie dir in jedem Moment, wie du gerade fährst: rein elektrisch, mit dem Benziner, der die Batterie lädt, oder mit beiden zusammen. Besser kannst du nicht verstehen, wann und warum der Verbrenner anspringt. Auf dem Bildschirm ein Toyota Yaris Hybrid.
Motorhaube aufdie ausführliche Erklärung
Warum ein Verbrenner so viel verschwendet
Von der gesamten Energie im Kraftstoff macht ein Benziner im besten Fall zwischen 30 und 38 % zu Bewegung, ein Diesel etwas mehr, bis zu 40 oder 45 %. Der Rest geht als Wärme verloren: über den Auspuff und über den Kühler. Das ist Physik: Eine Wärmekraftmaschine kann nur einen Teil der Wärme nutzen, und je stärker sie verdichtet und je heißer sie verbrennt, desto besser ist der Wirkungsgrad. Deshalb verbraucht der Diesel weniger, denn er verdichtet 15- bis 18-fach, ein Benziner dagegen 10- bis 14-fach.
Ein Elektromotor dagegen macht über 90 % der ankommenden Energie zu Bewegung. Das ist der große Vorteil von Elektroautos, und genau das nutzen Hybride in der Stadt.
Direkteinspritzung, Turbo und weniger Zylinder
Heutige Motoren spritzen den Kraftstoff direkt in den Zylinder, mit sehr hohem Druck (beim Common-Rail-Diesel über 2.000 bar), damit er sich genau dosieren lässt. Und sie haben einen Turbo, um aus einem kleinen Motor die Kraft eines großen zu holen: Das nennt man Downsizing, der 1,0-Liter-Dreizylinder, der so viel leistet wie früher ein 1,6-Liter. Im Prüfzyklus und bei ruhiger Fahrweise geht das auf; forderst du ihn richtig, verbraucht er so viel, wie er leistet.
Wie ein Hybrid die Energie verteilt
Es gibt drei Arten, einen Benziner und einen Elektromotor zu kombinieren. Parallel treiben beide die Räder an, jeder auf seine Weise, über das Getriebe. Seriell treibt der Benziner die Räder nicht an: Er dreht nur einen Generator, der den Elektromotor versorgt, und der schiebt. Und die bei den Hybriden von Toyota und Lexus am weitesten verbreitete, die leistungsverzweigte: Ein Planetengetriebe teilt die Kraft des Benziners zwischen Rädern und Generator auf, und zwei Elektromotoren regeln den Rest, ganz ohne Schaltgetriebe mit Gängen. Deshalb klingt so ein Hybrid beim Beschleunigen, als ob die Kupplung rutscht: Der Benziner geht auf die Drehzahl, bei der er am effizientesten ist, und bleibt dort.
Diese Benziner laufen meist im Atkinson-Zyklus, der die Einlassventile später schließt: Sie haben weniger Kraft, verbrauchen aber weniger, und die fehlende Kraft liefert der Elektromotor.
Wann der Benziner anspringt, ganz genau
Das Steuergerät des Hybridsystems entscheidet in jedem Augenblick danach, wie viel Leistung du forderst, wie schnell du bist, wie voll die Batterie ist und wie warm es ist. Ist die Batterie im guten Bereich und gibst du wenig Gas, fährt er elektrisch. Forderst du Leistung, springt der Benziner an und beide schieben. Sinkt die Batterie, lädt der Benziner sie, während er das Auto antreibt. Und bei Kälte springt er an, um den Katalysator aufzuheizen, der warm sein muss, damit er die Abgase reinigt, und um der Heizung Wärme zu liefern. Deshalb verbraucht ein Hybrid im Winter etwas mehr.
Das Elektroauto von innen
Die Batterie liefert Gleichstrom mit 300 bis 800 Volt. Ein Wechselrichter macht daraus Wechselstrom mit genau der Frequenz, die der Moment verlangt, und treibt damit den Motor an, fast immer ein permanenterregter Synchronmotor. Ein Untersetzungsgetriebe mit nur einem Gang setzt die Drehzahl bis zu den Rädern herunter. Beim Bremsen macht der Wechselrichter das Gegenteil: Der Motor arbeitet als Generator, und der Strom fließt zurück in die Batterie. Ein kleiner Wandler lädt die 12-Volt-Batterie, die weiterhin gebraucht wird, um alles andere aufzuwecken.
Deshalb braucht ein Elektroauto so wenig Wartung: Fast alles, was sich bei einem Verbrenner abnutzt, gibt es hier gar nicht. Was aber altert, ist die Batterie, und deshalb ist ihre Gesundheit die erste Frage, wenn du einen gebrauchten kaufst.
Alle Abschnitte des Mechanik-Ratgebers
Schau es dir an deinem eigenen Auto an
Fast alles, was in diesem Ratgeber steht, siehst du mit Final OBD und einem eingesteckten Adapter: die Fehler erklärt, die Live-Daten und das, was zu jedem System gehört.
