Hubraum
Der Hubraum wird immer als wichtige Kenngröße von Motoren angegeben – aber was ist das eigentlich?
Ein Verbrennungsmotor wandelt die Wärmeenergie in kinetische Energie um. Das heißt: Er verwendet das physikalische Prinzip, dass sich ein Gas bei Verbrennung ausdehnt, um ein Rad (in diesem Fall: die Kurbelwelle) zu drehen. Vom exotischen Kreiskolbenmotor abgesehen, besteht der Motor dazu aus zylinderförmigen Brennkammern (den Zylindern), in denen ein Kolben nach unten gedrückt wird, wenn sich das Benzingemisch entzündet, und anschließend das verbrannte Gemisch nach oben in den Krümmer und weiter in den Auspuff drückt (dazu noch eine Bewegung nach unten zum Einsaugen und eine nach oben zum Verdichten vor der Zündung, und fertig ist der Vier-Takt-Motor).
Der Hubraum liegt zwischen den Totpunkten
Bei diesen Bewegungen hat der Kolben zwei Totpunkte, einmal am unteren Ende (maximale Ausdehnung vor der Verdichtung und nach der Verbrennung) und einmal am oberen Ende (maximale Verdichtung bzw. geleerter Zylinder). Den Raum zwischen diesen Totpunkten nennt man Hubraum – um so viel Volumen variiert die Brennkammer durch den Hub der Kolben.
Und wieso ist dieser Hubraum so wichtig?
Bis vor einigen Jahren war der Hubraum die wichtigste Kennziffer, um die Leistungsfähigkeit eines Motors anzudeuten: Viel Hubraum ermöglicht (grob gesagt) viel Drehmoment und viel Leistung, wenig Hubraum ermöglicht wenig Drehmoment und wenig Leistung. Freilich sind auch die Motorbauweise (siehe unten), die Verdichtung und andere Kennzahlen ausschlaggebend für die Motorleistung.
Mit dem Siegeszug des Dieselmotors hat auch die Zylinderaufladung mittels Turbolader (oder beim Benziner auch: Kompressor) in großem Maßstab Einzug gehalten. Durch diese Bauteile gelangt mehr Luft in der Brennraum, wodurch wiederum mehr Kraftstoff eingespritzt werden kann und so ermöglichen sie mehr Leistung pro Liter Hubraum. So sind mittlerweile etwa auch mit schlanken 1,6 Litern Hubraum und vier Zylindern 270 PS (199 kW) Spitzenleistung möglich – ein BMW 740i von 1992 schöpfte diese Leistung aus vier Litern und acht Zylindern.
Durch die Aufladung reduziert sich (zumindest auf dem Prüfstand) der Treibstoffverbrauch, viele Hersteller setzen daher auf Turbomotoren, um den Normverbrauch zu reduzieren.
Dennoch bleibt der Hubraum eine wichtige Kennzahl für einen Motor, denn er verrät viel über die Bauart und die Charakteristik des Motors. Für viele Autoliebhaber geht außerdem nichts über Hubraum: Ein „klassischer“ Saugmotor ohne Aufladung bietet vom Leerlauf bis zur Höchstdrehzahl einen sehr gleichmäßigen Kraftfluss und steht immer noch für die „reine Lehre“ des Motorenbaus.
Kurzhuber vs. Langhuber
Weil sich das Volumen eines Zylinders aus dessen Durchmesser und Höhe berechnet, gibt es zwei Varianten von Motoren: Jene, in denen der Zylinder einen breiten Querschnitt hat und wenig Hub (Kurzhuber, breiter als hoch) und jene, in denen der Zylinder schmal ist und einen hohen Hub aufweist (Langhuber, höher als breit).
Langhuber sind thermisch effizienter und bieten daher einen höheren Wirkungsgrad. Durch die ausgedehnte Bewegung des Kolbens bei der Verbrennung bieten sie jedoch keine hohen Drehzahlen. Umgekehrt liefern langhubige Motoren ihre Maximalleistung und ihr höchstes Drehmoment schon bei geringen Drehzahlen.
Derartige Motoren werden vor allem in Nutzfahrzeugen (Lkw, Busse) eingesetzt. Auch die gigantischen Schiffs-Motoren sind langhubig ausgelegt, laufen jedoch meist nach dem Zweitakt-Prinzip.
Kurzhuber bieten aufgrund der kürzeren Kolbenbewegung höhere Drehzahlen. Außerdem lassen sich bei dem großen Querschnitt größere Ventile einbauen und so kann eine höhere Leistung pro Hubraum erzielt werden. Klassische Kurzhuber sind Motorrad-Motoren, die bis zu 20.000 Umdrehungen pro Minute ermöglichen und entsprechend spät ihre Maximalleistung liefern. Als Auto-Ikone für einen Kurzhuber sei der Honda S2000 genannt, der aus zwei Litern ohne Aufladung 240 PS (177 kW) kitzelte – bei 8.300 Umdrehungen pro Minute.