DerHubraum oder dasHubvolumen einesZylinders einesVerbrennungsmotors ist das umschlosseneVolumen, das „vom Kolben während eines Hubes überstrichen“ wird. DerGesamthubraum ist die „Summe der Hubräume aller Arbeitszylinder eines Motors“.[1] Diese Begriffe können sinngemäß auch bei anderenKolbenmaschinen angewendet werden.
Der Hubraum eines Zylinders mit kreisrundem Querschnitt[2] kann folgendermaßen berechnet werden:
wobei die halbeZylinderbohrung und derKolbenhub ist.Bei Maschinen, derenKolben eine durchgehendeKolbenstange hat, wie zum Beispiel beiDampflokomotiven üblich, muss zur Bestimmung des Hubvolumens die Querschnittsfläche der Kolbenstange beachtet werden, denn in diesem Bereich überstreicht der Kolben kein Volumen.
Der Hub ist der Weg, den der Kolben zwischen den beiden äußersten Stellungen zurücklegt, die als oberer und untererTotpunkt bezeichnet werden.
Bei gleichen Parametern (Drehzahl undeffektivem Mitteldruck) ist der Hubraum ein Indikator zum Vergleich derLeistung verschiedener Maschinen und eine der Kenngrößen einesVerbrennungsmotors.
Je nachdem, ob der Kolbenhub größer oder kleiner als die Zylinderbohrung (Durchmesser des Zylinders) ist, spricht man von einemLanghuber oder einemKurzhuber. Sind Hub undBohrung gleich groß, so spricht man von einem quadratischenHubverhältnis.
Wichtige Größen:
Das von Zylinderdeckel, Zylinder und dem oder den Kolben allseitig umschlossene Volumen heißt Verbrennungsraum. Er ändert während des Arbeitsspiels seine Größe, sein Kleinstwert ist der Verdichtungsraum. Nebenkammern, die zum Zylinder offen sind, zählen mit zum Verbrennungsraum.[1]
Bemerkung: BeiDoppelkolbenmotoren zählen zwei Zylinder mit gemeinsamen Verbrennungsraum als einer.
Kurzhuber erlauben wegen der größeren Zylinderquerschnittsfläche die Unterbringung größerer Ventile. Sie haben – bei gleicher mittlererKolbengeschwindigkeit, gleichem mittleren Arbeitsdruck und gleicher Leistung – im Vergleich zu Langhubern eine höhereNenndrehzahl bei kleinerem Hubraum, sind also leichter und werden daher überwiegend in Sportwagen und Motorrädern verwendet.
Langhuber ermöglichen eine bessere Brennraumgestaltung und eine bessere Verbrennung.
Im Allgemeinen ähnelt der Brennraum kurz nach der Zündung, also dann, wenn das Gas am heißesten ist, einem flachen Zylinder, hat also eine große Oberfläche im Verhältnis zum Rauminhalt. Je kleiner die Zylinderbohrung und je länger der Hub ist, desto weniger flach ist die Form des Brennraums zu diesem Zeitpunkt, desto kleiner ist die Brennraumoberfläche und desto geringer sind die Wärmeleitungsverluste durch sie.
Langhuber haben deshalb einen geringfügig höherenWirkungsgrad.
Die Tendenz im Kfz-Bau geht zunehmend zu kleineren und damit leichteren Motoren, da diese aufgrund der kleineren Wärmeübergangsflächen bei gleicher Leistung geringere thermische Verluste aufweisen. Dies bedeutet jedoch nicht zwangsläufig einen schlechteren Wirkungsgrad großvolumiger Motoren.
Bei gegebenemmittleren Arbeitsdruck bestimmt die Größe des Hubraums dasDrehmoment. Hubraum, Mitteldruck und Drehzahl zusammen beeinflussen die Leistung.
Faustformel fürSaugmotoren: Der Wert für das maximale Drehmoment liegt hier bei etwa 100 Nm pro Liter Hubraum. Eine Abweichung des Drehmomentwertes von etwa 10 bis 15 Prozent ist hierbei jedoch oft vorhanden – in der Regel nach unten, aber zunehmend auch nach oben.
Hat ein Saugmotor einen Hubraum von 2000 cm3, so liegt das maximale Drehmoment meist bei 170 bis 210 Nm. Liegt es deutlich höher (über 240 Nm), ist davon auszugehen, dass der Motor aufgeladen ist, etwa über einen Abgasturbolader oder einenKompressor.
Der Hubraum ist in vielen Ländern ein Faktor, der die Höhe derKraftfahrzeugsteuer beeinflusst. Früher war siein Deutschland sogar der einzige Faktor. Da die Steuern meist gestaffelt sind (zum Beispiel je angefangene 100 cm³), wurden und werden Motoren meist mit Hubräumen knapp unter diesen Grenzwerten gebaut, zum Beispiel 1998 cm³ statt 2000 cm³. Die Typenbezeichnung eines Kraftfahrzeuges hat oft den Hubraum in der genaueren Bezeichnung.
Die Berechnung des Hubraums von Hubkolbenmotoren nach der Steuerformel erfolgt in Deutschland seit 1989 nach zwei unterschiedlichen Verfahren:
Da zum Teil in der – mehrfach geänderten – Steuerformel andere Rundungsregeln gelten als in der Technik üblich, gab und gibt es immer wieder Abweichungen bei den Hubraumangaben in den technischen Daten der Hersteller einerseits und den Verwaltungsdaten für die Besteuerung andererseits. Durch Zylinderschleifen bei einer Motorüberholung vergrößerte Bohrungen werden für die Besteuerung nicht berücksichtigt. Bei Einführung der Hubraumsteuer in Deutschland war vom Gesetzgeber beabsichtigt, die maximaleMotorleistung zu besteuern; da diese damals aber nicht leicht messbar war, wurde der Hubraum – nach für Zweitakt- und Viertakt-Motoren unterschiedlichen Formeln – als Maß für die Motorleistung verwendet, Näheres im ArtikelSteuer-PS.
Auch zahlreiche Gesetze, etwa dasdeutscheKraftfahrzeugsteuergesetz, nehmen den Hubraum als Bemessungsgrundlage, zum BeispielFührerscheinklassen beiKleinkrafträdern. 30,3 Prozent der in Deutschland 2008 erstmals zugelassenen PKW hatten 1800 bis 1999 cm³ Hubraum.
