Eigentlich sollte man sich bei der Erfassung eines Automobils als erstes um den Motor kümmern. Er ist schließlich der Ausgangspunkt aller Bewegung. Aus dem ursprünglichen Dreikampf zwischen der Dampfmaschine, E-Motor und dem Verbrennungsmotor ist Anfang des vorigen Jahrhunderts schließlich letzterer als Sieger hervorgegangen.

Zurzeit taucht, hauptsächlich aus Umwelt- und Ressourcengründen, der Elektromotor als Konkurrent wieder auf und wird den Zweikampf letztlich wohl gewinnen. Gleichwohl scheint der Verbrennungsmotor zumindest als Teilhaber am Fahrzeugantrieb noch für längere Zeit eine Rolle zu spielen, denn seine Reichweite im Verhältnis zum Gewicht scheint elektrisch derzeit nicht annähernd erreichbar.

Alle Variationen überlebt haben Kolben und Zylinder eines Verbrennungsmotors, obwohl es Versuche gegeben hat, auch sie zu ersetzen. Aber der sehr komplizierte Bewegungen vollziehende Kreiskolbenmotor (Bild unten, Video ganz unten) in seinem einer stark zusammengezogenen '8' ähnelnden Zylinder hat zwar einen leisen und vibrationsarmen Lauf, aber auch viel Verbrauch und ungünstige Abgase produziert.

So ist also mindestens ein Kolben geblieben, der durch seine Pleuel-Verbindung zur Kurbelwelle bei deren Drehung eine hin- und hergehende Bewegung vollführt. Diese hat es nicht nur rauf und runter, sondern im Prinzip in allen Richtungen gegeben, sogar mit der Kurbelwelle oben und dem/den Kolben nach unten, z.B. als Flugzeugmotoren.

Übrigens hat sich nach gleichen Anfängen in der Nachkriegszeit eine andere Bauform des Verbrennungsmotors durchgesetzt, die Düse. Sie saugt vorne reine Luft an, verdichtet diese durch ein oder mehrere exakt geformte Flügelräder, erzeugt durch verbrennendes Kerosin (ähnlich Diesel) einen hohen Druck, der dann nach hinten ausgestoßen wird, wobei gleichzeitig die vorderen Räder angetrieben werden.

Für das Kraftfahrzeug hat sich dieser Motor wegen der Lautstärke, schlechten Regelbarkeit und vor allem dem hohen Verbrauch nicht bewährt. Fliegt man außerhalb der Atmosphäre, muss der Verbrennungsmotor neben dem flüssigen Wasserstoff als Treibstoff auch noch ebensolchen Sauerstoff mitnehmen.

Der eigentliche Kurbeltrieb hat also bisher alle Anfeindungen überstanden. Etwas unglücklich, dass er genau in dem Moment der durch den Elektromotor zu erliegen scheint, nachdem er alle Hürden bezüglich Haltbarkeit, Verbrauch und Abgasverhalten überwunden hat. Er bietet für jedes Problem eine Lösung, sogar für die Nutzung erneuerbarer Energie.

Bei der Dampfmaschine werden wegen derer äußeren Verbrennung die hohen Drücke unabhängig von Kolben und Zylinder erzeugt. Eigentlich geben sie hier nur noch ihre Kraft an den Kurbeltrieb weiter. Beim Kolbenmotor ist der ankommende Druck entweder bei Aufladung geringer, oder die Gase werden sogar angesaugt. Es ist auch kein Dampf, sondern entweder reine Luft oder diese gemischt mit Kraftstoff.

Während sich der Zylinderraum füllt, bewegt sich der Kolben vom oberen (OT) zum unteren Totpunkt (UT). Der Trägheit einer Gassäule folgend, schließt eine bestimmte Art von Ventil (Bild unten) die Zufuhr. Das sind immer noch Teller an einer Art Stange, die ihnen erlaubt, einen Luftkanal durch Hubbewegung zu öffnen oder zu schließen.

Dazu hat der Teller eine umlaufende, in einem bestimmten Winkel angelegte Dichtfläche, die beim Schließen exakt in einen als Gegenstück ausgebildeten Ring im Kanal passt. Im Zylinderraum aufkommender Druck unterstützt die Auflage der Dichtflächen zusätzlich zu(r) ohnehin vorhandenen Feder(n). Man braucht mindestens je ein Ventil für den Ein- und den Auslasskanal.

Die exakt getaktete Öffnung der Ventile ist das, was man auch als Motorsteuerung bezeichnet, im Gegensatz zu den meist elektrischen bzw. elektronischen Regelungen, die man Motormanagement nennt. Sie wird, ebenfalls schon lange Zeit, von einer oder mehreren Nockenwellen durchgeführt. Man könnte einen Nocken ganz grob als Erhebung an einer sich drehenden Welle bezeichnen.

Im Prinzip gibt es drei mögliche Anordnungen von Nockenwelle und Ventil:

1. Nockenwelle unten, Ventil knapp darüber mit Teller nach oben,

2. Nockenwelle unten, Ventil im Zylinderkopf mit Teller nach unten,

3. Nockenwelle oben, Ventil im Zylinderkopf mit Teller nach unten.

Im Fall 1 wurde das Ventil direkt betätigt. Das war im Fall 3 auch möglich, aber die Nockenwelle konnte auch neben dem jeweiligen Ventil angeordnet sein. Dann war, wie auch im Fall 2, eine mechanische Verbindung nötig. Zu der gehörte, z.B. im Fall 2, eine Stößelstange. Direkt am Ventil gab es dann entweder einen Kipphebel mit Drehpunkt in der Mitte, oder einen Schlepphebel mit einseitigem Drehpunkt.

In der zweiten Hälfte des vorigen Jahrhunderts verschwanden die letzten Anordnungen 1. Also hatte der ursprünglich nur als Deckel oder gar nicht abnehmbar ausgeführte Zylinderkopf ausgedient. Er wurde immer komplizierter und sehr wichtig für Tuning, aber auch für geringeren Verbrauch. Ursprünglich immer aus Grauguss, fertigte man ihn jetzt meist aus einer Aluminium-Legierung.

Schon früh hat es mehr als eine Nockenwelle (Bild oben) gegeben, später kamen auch mehr als ein Ein- oder Auslassventil hinzu. Bei drei der ersteren und zwei der letzteren stoppte dann die Entwicklung, wurde später durch ein für die Direkteinspritzung nötiges Einspritzventil auf 2 plus 2 zurückgestutzt. Die Anordnung wurde dann auch vom Dieselmotor sogar beim Lkw übernommen.

Wir waren bei einem Kolben in der Stellung kurz nach UT und einem geschlossenen Zylinderraum. Jetzt muss der Kurbeltrieb die Arbeit leisten, die er eine halbe Umdrehung (wir nennen die auch 'Takt') später umso mehr zurückbekommt, je stärker sie ist. Dazu ist aber auch Kraftstoff nötig. Der ist entweder schon enthalten, oder wird noch hinzugegeben.

Jahrzehnte lang wurde angesaugt, beim Benzinmotor durch einen sogenannten 'Vergaser', der dann aber keinen gas- sondern tröpfchenförmigen Kraftstoff hinzufügte. Ähnlich war es bei der fein zerstäubten Einspritzung, bevor das Gemisch in den Zylinderraum kam. Nur beim Dieselmotor wurde der Luft hinter dem Einlass exakt zur direkten Zündung Kraftstoff zugefügt.

Dem Dieselmotor fehlt die elektrische Zündung, obwohl es bei Mazda schon in Serie gebaute Benzinmotoren sogenannte 'Kompressionszündungen' geben soll, die dann eine Selbstzündung auslösen. Trotzdem braucht der Dieselmotor eine höhere Verdichtung, um auch bei kaltem Motor sicher zünden zu können. Diese ist auch mit ein Grund für seinen immer noch geringeren Kraftstoffverbrauch.

Dem Benziner kann eine zu hohe Kompression hingegen gefährlich werden, weil hier das, egal ob das durch direkte oder indirekte Einspritzung erzeugte Gemisch gefälligst auf den/die Funken der Zündkerze warten soll. Tut es das nicht, hat der Kolben auf seinem Weg nach OT schon mit Gegendruck zu kämpfen. Das gibt zu viel Wärme und mechanische Schäden.

Im dritten, dem sogenannten Arbeitstakt, soll dann nicht nur die gesamte, bisher nur hineingesteckte Arbeit wieder herauskommen, sondern unbedingt eine Menge mehr, denn sonst bleibt für den Vortrieb nichts übrig. Es gibt das Prinzip von Atkinson (Bild oben), dass die noch viel stärkere Ausnutzung des Arbeitsdrucks vorsieht. In der Praxis bleiben auch heute noch 3 bis 4 bar übrig, die zusammen mit dem wieder nach OT strebenden Kolben die Abgase hinaustreiben.

Damit wäre das Viertaktverfahren einigermaßen erklärt. Bei nur zwei Takten findet eine Überlagerung von Arbeiten und teilweisem Verdichten, sowie Ansaugen und Ausstoßen statt. Dies kann unter Zuhilfenahme des Raumes unterhalb des Kolbens oder durch Aufladung geschehen. Entscheidend ist hierbei, dass bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle ein Arbeitstakt verrichtet wird.

Der Zylinder kann es gar viele geben. Maximal 18 sind bekundet, wenn auch nur bei einem Versuchsmotor. Maximal 16 sind in Serie gegangen, wobei sich ansonsten nur die Anzahlen 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 und 12. Aber Vorsicht, bei Industrie- oder Schiffsmotoren sind auch die Zylinderzahlen dazwischen möglich.

Warum gibt es überhaupt mehr als einen Zylinder? Naja, man könnte sagen, wenn der eine ausfällt, dann hat man noch einen zweiten. Aber die Erfahrung lehrt, dass dieser z.B. bei einem mechanischen Fehler oder mangelnder Zündung nicht helfen kann. Eher ein Grund dürfte die etwas zu robuste Bewegungsart eines Kurbeltriebs sein, die durch zwei (teilweise) entgegengesetzt laufende etwas ausgeglichen wird.

Nicht so allerdings bei einem Zweizylinder-Viertaktmotor. Liegen beide nebeneinander, so können sie nur, gleichen Zündabstand vorausgesetzt, die absolut gleiche Bewegung vollführen. Im Motorradbereich versucht man, durch bewusst anderen Versatz und allerlei Tricks beim Motormanagement, dies auszugleichen.

Damit hat der sogenannte 'Boxermotor' keine Probleme. Dabei liegen sich die beiden Zylinder gegenüber und deren Kolben arbeiten wie zwei Boxer gegeneinander. Die beiden können auch ein 'V' bilden. Geht der Winkel aber über 15° hinaus, dann sind bei ihm, genau wie beim Boxermotor zwei Zylinderköpfe mit entsprechendem Nockenwellenaufwand nötig.

Hat man mehr als einen Zylinder, dann lässt sich über die Anzahl der Hauptlager trefflich streiten. Hauptlager, das sind die der Kurbelwelle die Drehung erlaubenden. zusätzlichen Pleuellager, im Prinzip für jeden Kolben eines. Letztere können zwar auch zusammengelegt sein, aber hier geht es um die in der Mitte der Welle. Sie werden es nicht glauben, aber es hat Kurbelwellen für vier Zylinder mit nur zwei äußeren Hauptlagern gegeben.