11. September 2025

3-Takt-Motorradmotor: Funktionsweise und innovative Konzepte

Verbrennungsmotoren: Grundlagen und Funktionsweise

Ein Verbrennungsmotor, auch Verbrennungskraftmaschine oder Verbrenner genannt, wandelt bei der Verbrennung freigesetzte Energie in mechanische Arbeit um. Charakteristisch ist bei allen, dass der Kraftstoff innerhalb des Motors verbrannt wird. Es gibt verschiedene Motorarten, zum Beispiel den Hubkolbenmotor, den Rotationskolbenmotor (auch Wankelmotor genannt) oder, als Unterart des Hubkolbenmotors, den Sternmotor. Im Folgenden werden wir uns deswegen die Funktionsweise eines Hubkolbenmotors, genauer gesagt eines Viertakt-Hubkolbenmotors anschauen.

Um zu verstehen, wie ein Motor funktioniert, ist es wichtig, die grundlegenden Komponenten und Prozesse zu kennen. Im Folgenden werden die einzelnen Takte eines Viertakt-Ottomotors erläutert:

  1. Ansaugtakt: Beim Ansaugen öffnen sich die Einlassventile und ein Gemisch aus Kraftstoff und Luft strömt in den Brennraum. Die Auslassventile sind geschlossen.
  2. Verdichtungstakt: Beim Verdichten sind alle Ventile geschlossen und der Kolben rast im Zylinder zurück vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt. Je stärker die Verdichtung, umso effizienter verbrennt im nächsten Schritt das Kraftstoff-Luft-Gemisch.
  3. Arbeitstakt: Kurz bevor der Kolben den oberen Totpunkt erreicht, entzünden die Zündkerzen das verdichtete Gemisch aus Kraftstoff und Luft. Es kommt zur Explosion. Durch den Druck der Explosion rast der Kolben wieder in Richtung unterer Totpunkt - er arbeitet.
  4. Ausstoßtakt: Der Kolben bewegt sich nach oben und schiebt die Verbrennungsgase durch das geöffnete Auslassventil aus dem Zylinder.

Während eines Durchlaufs der vier Takte dreht sich die Kurbelwelle zweimal um sich selbst. Die Motordrehzahl, die immer im Armaturenbrett angezeigt wird, gibt an, wie oft sich die Kurbelwelle pro Minute dreht. Bei einer mittleren Motordrehzahl dreht sich die Kurbelwelle rund 3000 Mal in der Minute, bei hohen Drehzahlen sind es bis zu 6000 Mal in der Minute. Je höher die Drehzahl ist, desto mehr Kraftstoff verbraucht das Auto.

Otto- und Dieselmotor unterscheiden sich hauptsächlich in der Gemischbildung und der Zündung. Beim Ottomotor wird das Benzin-Luft-Gemisch entweder vor dem Zylinder und den Einlassventilen in einem Saugrohr eingespritzt (äußere Gemischbildung) und anschließend gemeinsam in den Zylinder geführt. Oder das Benzin wird wie bei Direkteinspritzern direkt in den Brennraum gespritzt und vermischt sich erst dort mit der Luft. Damit sich der Kraftstoff im Zylinder entzündet, benötigt der Ottomotor Unterstützung durch eine Zündkerze.

Im Gegensatz zum Ottomotor mit äußerer Gemischbildung saugt der Diesel über den gesamten Drehzahlbereich ungedrosselt Luft an und bildet das Kraftstoff-Luft-Gemisch erst im Zylinder (innere Gemischbildung). Der Verdichtungshöchstdruck liegt bei Dieselmotor deutlich höher, fast doppelt so hoch wie bei Ottomotoren. Auch die Verbrennungshöchstdruck liegt doppelt so hoch wie bei Ottomotoren.

Der 3-Takt-Motor

Das Prinzip des 3-Takters ist im Grunde fast so alt wie 2- und 4-Takter, aber eben nicht gut genug gewesen, da es im Grunde die Spülverluste des 2-Takters mit der langen Zeit des 4-Takters für einen vollständigen Zyklus kombinierte.

Der 3 Takter ist unter anderen auch ein Allesfresser, er nimmt alles was gerne und schnell brennt. Das liegt unter anderen daran das, das zu verbrennende Gemisch im Vorwege gemischt wird und über eine Pumpe, die auch an der Kurbelwelle hängt, in den Arbeitszylinder gedrückt wird. Mit guten willen lässt sich auch die Drehzahl regulieren.

Es sind aber langsam Läufer mit sehr viel Kraft. Wird mein übernächstes Projekt, mal einen zu bauen.

Verbrennungsmotoren haben einen schlechten Ruf, das wissen wir. Aber bevor man über etwas urteilt, sollte man es doch zumindest verstanden haben, oder nicht?

Doch es gibt 3 Takt Motoren, aber diese haben sich nicht durchgesetzt.

Innovative Motor-Konzepte

Zuletzt wurden immer wieder tolle und interessante Konzepte und Patente gezeigt, die den geliebten Hubkolben-Motor in vielen neuen Farben malen. Unabhängig vom Trend, mal wieder weg vom E-Antrieb zu marschieren, ist der Hubkolben-Motor steter Quell mechanischer Freude.

Gerade was an Konzepten und Patenten in den vergangenen Monaten gezeigt oder erteilt wurde, erhöht die Drehzahl unserer Herzen. Natürlich sind und waren darunter gänzlich abstruse Ideen und Konstruktionen, die wenigsten werden Serie oder gar ein Antrieb für Motorräder, allein entzückt der Gedanke.

Porsche-Patent für 6-Takt-Verbrenner

Porsche entwickelte zusammen mit der rumänischen Technischen Hochschule von Cluj-Napoca einen neuartigen Verbrenner. Eigentlich verdoppeln Porsche und die Uniforscher das bekannte dennoch exotisch Prinzip des 3-Takters per kompliziertem Kurbeltrieb und konstruieren einen Motor, der in 3 Umdrehungen der Kurbelwelle zweimal zündet.

Der Hubkolbenmotor arbeitet mit zweimal 3 Takten, ist also ein 6-Takt-Motor.

Und der funktioniert so, siehe Video:Porsches neuer 6-Takt-MotorRichtig gelesen: 6 Takte und nicht 6 Zylinder.

Zum Vergleich: Der 4-Takter benötigt 4 Umdrehungen für diese Anzahl Zündungen und der 2-Takter 2 Umdrehungen für die gleiche Arbeit. Und warum nennt Porsche dann zweimal 3 Takte? Das liegt an der Definition der Takte selbst, denn die werden so lang gezählt, bis sich der Eingangszustand wiederholt.

Zweimal 3 macht 6

Zum 6-Takter wird dieser Motor, da Porsche 2 komplette Zyklen mit 3 Takten mechanisch aneinander koppelt, und zwar durch das Verdrehen der Kurbelwelle über eine Art Planetengetriebe. Es ändert so gesehen die relative Länge des Pleuels und erzeugt 2 obere und 2 untere Totpunkte (OT',OT",UT',UT"),, also die Umkehrpunkte des Kolbens. Porsche tauft die 6 Takte so: Ansaugen (180 Grad), Komprimieren (360 Grad), Leistung (540 Grad), Komprimieren (720 Grad), Leistung (900 Grad) und Ausstoßen (1.080 Grad). Aus Sicht des 4-Takters ergänzt der 6-Takter die Takte "Komprimieren" bei 720 Grad und "Leistung" bei 900 Grad. Und hier kommt der zweite untere Totpunkt (UT") ins Spiel.

Spülkanäle unten, Ventile oben

Die berechtigte Frage lautet: Wie schafft es dieser Motor, direkt nach dem ersten Arbeitstakt bei 540 Grad Kurbelwelle frische Luft in den Zylinder zu bekommen, die der Kolben auf dem Weg nach oben komprimiert? Hier wird es zweitaktig. Denn während des ersten Arbeitstakts dreht ein Schneckengetriebe das Planetengetriebe der Kurbelwelle und erlaubt dem Kolben den ersten unteren Totpunkt zu passieren und Spülkänale freizulegen.

Das sich weiterhin expandierende Gas entweicht am zweiten unteren Totpunkt und zieht über weitere Kanäle frische Luft in den Zylinder. Je nach Auslegen des Motors kommt beim Spülvorgang das Auslassventil zum Einsatz, was bei niedrigen Verbrennungsdrücken kurz geöffnet zusätzliches Abgas aus dem Zylinder fördern könnte. Anschließend kann der Kolben die frische Luft direkt wieder komprimieren. Entweder über eine Saugrohreinspritzung und ein geöffnetes Einlassventil oder eine Direkteinspritzung kommt frischer Kraftstoff hinzu und es kann direkt wieder gezündet werden.

Wir zählen kurz nach: Wir stehen zwischen 720 und 900 Grad Kurbelwelle auf dem Weg zum ersten unteren Totpunkt ohne Spülkanäle, zählen 2 bis 2,5 volle Umdrehungen der Kurbelwelle und 2 Zündungen. Bis hierhin gleicht das Prinzip dem des Zweitakters.

360 Grad Pause und offene Ventile

Ab hier wird es dreitaktig. Denn es erfolgt über 360 Grad der Kurbelwelle keine Zündung, sondern der Brennraum wird vollständig von Ab- und Frischgas geleert. Und zwar mit einem Ausstoß-Hub des Kolbens vom UT' zu OT", den der Kolben durch das erneute Verdrehen der Kurbelwelle erreicht - analog zum 4. Takt des Viertakters. Der OT" liegt laut den Zeichnungen 2 Zentimeter unter dem ersten oberen Totpunkt (OT'), der die Verdichtung erzeugt und erlaubt theoretisch einen enormen Hub des Auslassventils mit einer hohen Beschleunigung, was den Gasaustausch beschleunigt. Und exakt zu diesem Zeitpunkt - 1.080 Grad nach dem ersten Ansaugen - sind die 6 Takte abgeschlossen, die Kurbelwelle wieder in der Ausgangslage und das schnell und weit geöffnete Einlassventil erlaubt einen hohen Füllgrad mit Frischgas.

Wie viele Zylinder hat dieser Motor?

Im Grunde ist es einerlei, wie viele Zylinder dieser Motor hat, allerdings ergibt im Kontext Massenausgleich ein Vielzylinder-Motor am meisten Sinn. Insbesondere die raumgreifende Mechanik zum Verstellen der Kurbelwelle könnte Ausgleichswellen Platz rauben. Allerdings poppt ein Gedanke wieder auf: Was wäre, wenn die vermeintlich unterschiedlich starken Zündungen so zeitlich aufeinander abgestimmt wären, dass sie einen Massenausgleich herstellen? Wenn das überhaupt möglich ist.

Was soll das überhaupt?

In der Patentschrift führen Porsche und die Universität Cluj-Napoca das Optimieren der Funktion eines Hubkolbenmotors an, vor dem Hintergrund der effizienteren Verbrennung. Ob das durch die 6 Takte gegeben ist, ist unklar. So viel ist klar: Durch die beiden oberen Totpunkte sind Drehmoment steigernde Ventilbeschleunigungen möglich. Allerdings: Durch das Planetengetriebe zum Verstellen der Kurbelwelle entstehen neue Reibungsquellen, die die Effizienz wieder senken können.

Weitere Motor-Innovationen

Neben dem 6-Takt-Motor von Porsche gibt es noch weitere interessante Konzepte:

  • Honda V3 mit E-Turbo: Ein Viertakter im V3-Layout, der um die 900 Kubik haben soll und der von einem E-Gebläse unter Druck gesetzt ist.
  • Ferrari mit ovalen Kolben: Ferrari denkt wieder oval und ließ sich eine Erfindung mit ovalen Kolben und Anlenkpleueln patentieren.
  • Avadi ohne Kurbelwelle: Der Avadi MA-250 ist ein neuartiger, innovativer Motor, der die Vorteile von Otto- und Wankelmotoren vereint, ohne deren Nachteile zu übernehmen.
  • BMW Vorkammerzündung: BMW hat ein Patent für eine optimierte Vorkammerzündung eingereicht, die Effizienz und Leistung von Motoren steigern soll.
  • QJMotor Einzylinder als V2: Die Erfindung von QJMotor, den Einzylinder mit 2 Zylindern zu bauen, als echten 90-Grad-V2, ist technisch interessant.

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Tags: #Motorrad

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