Verbrennungsmotoren
Der Motor entscheidet über Antriebsleistung, Verbrauch und Geräusch. Langlebigkeit und Reichweite sind Argument für den Kauf eines bestimmten Motors. Hier werden verschiedene Motor- und Kraftstoffarten beschrieben, mit ihren Vor- und Nachteilen bezüglich.
Funktionsweise des Verbrennungsmotor
Ein Motor besteht zumeist aus mehreren Zylinder. Im Zylinder befindet sich der bewegliche Kolben, der über Pleuel an der Kurbelwelle angebunden ist. Die Anzahl der Zylinder ist entscheidend für die Laufruhe.
Im Zylinder unterscheidet man weiterhin Brennraum vom Hubraum. Die Relation ergibt das Verdichtungsverhältnis. Es wird auch häufig von Verdichtung gesprochen. Sie liegt bei Benzinmotoren zwischen 10:1 und 14:1. Bei Diesel zwischen 19:1 und 23:1.
Bei hoher Verdichtung im Benzinmotoren werden vom Hersteller höhere Oktanzahlen verlangt. Das bedeutet, dass man eine hochwertigere Benzinsorte wählen muss. Erhältlich sind häufig Super mit einer Oktanzahl von 95, Super E10, Super Plus mit 98 und noch weiter raffinierte wie zum Beispiel Ultimate von ARAL mit 102.
Beim Verbrennungsmotor wird Kraftstoff mit Luft vermischt. Heute zumeist durch Einspritzung früher durch Vergaser. Die Einspritzung erfolgt direkt im Zylinder oder früher üblich im Ansaugkanal.
- Das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird über Ventile in den Hubraum gesaugt wie beim Saug-Motor oder getrieben wie beim Turbo-Motor. Die meisten Motoren haben mehrere Ventile zum Beispiel 4 Ventile pro Zylinder: 2 für Einlass, 2 für Auslass. Das Saugen geschieht durch die Runterbewegung des Kolben, der Raum im Zylinder vergrößert sich und der dadurch entstandene Unterdruck saugt das Gemisch in den Zylinder. Dies ist der Ansaug-Takt.
- Danach befindet sich der Kolben im unteren Totpunkt. Totpunkt deswegen weil er kurz stehen bleibt. Ab jetzt verschließen die Ansaug-Ventile und der Kolben bewegt sich nach oben, der Raum wird verkleinert, das heißt der Druck des Gemisch steigt beträchtlich. Die Raumverkleinerung geht bis zum oberen Totpunkt, dann entspricht der Raum dem Brennraum. Dies ist der Verdichtungs-Takt.
- Im Motorraum wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch über Zündkerzen gezündet, beim Diesel-Motor genügt allein die ungeheure Kompression. Dadurch entspringt eine ungeheure Druckexplosion, die den Kolben in Gegenrichtung treibt. Die Kurbelwelle erzeugt durch die Kolbenbewegung über die Pleuel eine Drehbewegung. Dies ist der Arbeits-Takt.
- Nach dem der Kolben vollständig heruntergegangen ist, geht er wieder hoch und schiebt die nun verbrannten Gase durch die Auslass-Ventile in den Krümmer. Von dort aus geht es über Katalysator zum Schalldämpfer. Dies ist der Austoß-Takt.
Mit diesen 4 Takten ist der Kreislauf abgeschlossen. Damit der Motor dadurch nicht ruckelt, verwendet man mehrer Zylinder, die im zeitlichen Abstand arbeiten, so dass die Kraftentfaltung verteilt wird. Dies verhindert starke Kräfte im Antrieb. Bei Einzylindern, zum Beispiel bei Motorrädern, spürt man das ruppige Arbeiten besonders beim Beschleunigen im tiefen Gang.
Die Drehbewegung der Kurbelwelle wird dann über das Getriebe auf die Räder umgesetzt wird. An der Kurbelwelle sind noch mehrere Aggregate über den Keilriemen angebunden. Meist die Lichtmaschine zur Generierung von elektrischen Strom, die Wasserpumpe zur Kühlung und die Ölpumpe für die Schmierung der Kolben und der Kurbelwelle. Auch am Keilriemen hängen Verbraucher wie die Klimaanlage.
Energierechnung im Motor
Bei jeder Explosion in einem Motor-Zylinder entsteht aus der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches Energie:
- Richtung Auspuff verfliegen sogleich 35% ungenutzt als ausgestoßene Wärme.
- Durch die Zylinderwände gehen 33% der wertvollen Energie als Abwärme verloren. Ein Teil davon dient im Winter für die Heizung. Der Motor ist nach 5 Minuten Fahrt schon über 50°C wärmer geworden. Die Tabelle links zeigt, wie viel Energie allein in das Aufheizen des Materials wandert.
- Motorreibung in die Motorbewegung ein und schnappt sich achtungsvolle 7% der Gesamtenergie. Das heizt den Motor weiter auf.
25% würden übrig bleiben. Wer würde hier jammern, sind wir doch solche Zahlen nach allen Steuern längst gewöhnt. 25% bleiben aber nur in guten Zeiten, unter Volllast. Diese ist vom Kraftpotenzial des Motors aber nur wenig gefragt, weil das Gaspedal schlichtweg nur wenig gedrückt ist, sind es vielleicht nur noch 10% oder noch weniger.
Wärme-Motor-Rechner
Dieser Rechner zeigt wie viel Energie in die Motorwärme eingehen, sie wird in eine Spritmenge umgerechnet. Daraus kann man erkennen, wie viel Heizenergie allein für ein Kaltstart drauf geht. Die Motormassen, die sind beträchtlich, je nach Hubraum und Verbauung um die 200 kg, werden thermisch durch Abwärme erhitzt, Abwärme bedeutet, d.h. Energieverlust bei der Erzeugung der Drehbewegung, die essentiell zur Erzeugung der Fahrzeugbewegung ist.
Im unteren Diagramm sieht man welchen Mehrverbrauch durch die Motorhitzung entsteht. Das Script verwendet die Zahlen der thermischen Berechnung aus dem Formular. Der Mehrverbrauch sinkt, wenn er sich auf längere Strecke verteilt.
Antriebskraft-Fahrwiderstand-Diagramm
Im Diagramm sieht die Verhältnisse der Antriebskraft zu den Reibungskräften, die auf ein Auto wirken. Diese sind zusammengesetzt aus Rollwiderstand, Luftwiderstand und Steigungswiderstand. Solange die Antriebskraft größer als die Widerstände ist, beschleunigt man noch, sonst wird die Geschwindigkeit reduziert.
Auf dieser Seite sind die im Diagramm verwendeten Parameter, sowie weitere Simulationen.
Motorreibung-Fahrwiderstand-Diagramm
Das Diagramm zeigt die Motorreibung in Relation zu Fahrwiderständen.
Auf dieser Seite sind die im Diagramm verwendeten Parameter, sowie weitere Simulationen.
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Fahrwiderstände Fahrwiderstände sind dem Fahrer ein Dorn im Auge. Es gibt verschiedene Fahrwiderstände. Man nehme die Reibung der Reifen auf der Straße, den Widerstand der Luft, die Überwindungen von Steigungen oder die Kräfte für Beschleunigung. -
Reifen Wenn es einen Faktor gäbe, mit dem man über 10% des Verbrauchs beeinflussen kann, dann sollte dieser vor allen anderen Fahrtipps stehen. Nun hier kommt er angerollt, schwarz, schlank und hoffentlich nicht schlapp: Reifen sind die Verbindung zur Straße und machen einen großen Anteil der Fahrwiderstände. -
Bremsen Beim Bremsen wird Energie verheizt. Die Bremsen sind wichtig, denn die Verkehrssicherheit steht im Vordergrund. Wenn es der Verkehrfluss zulässt, lieber frühzeitig vom Gas gehen anstatt im letzten Moment zu bremsen, dann spart man Sprit. Im Diagramm werden die Wege fürs Bremsen, Anhalten und Reagieren in Abhängigkeit von Geschwindigkeit dargestellt. -
Gewicht senken Gleich nach den Reibungen folgt das Gewicht als schwer wiegender Faktor für den Verbrauch. Egal ob beim Beschleunigen oder den Berg hinauf, überall muss der Motor das Gewicht schleppen. Das ist natürlich kein Grund, Oma nicht mehr zum Einkaufen mitzunehmen, aber vielleicht könnte diese Kenntnis zu Ideen inspirieren, das Gewicht und somit den Verbrauch zu senken. -
Antrieb Der Antriebsstrang im Automobil ist unterschiedlich nach Lage des Motors und der Antriebsachse ausgeführt. Der Antrieb verbindet Getriebe mit den angetriebenen Rädern. Man unterscheidet zwischen Heck-, Front- und Allradantrieb. -
Luftwiderstand Der Luftwiderstand ist bei kleinen Geschwindigkeiten mikrig. Bei großen Geschwindigkeiten begegnet er uns mit großer Kraft. Bei hohen Geschwindigkeiten macht er den Bärenanteil der Fahrwiderstände. -
Motortechnik Dem Motor unter die Arme greifen. Auf dem Fahrrad haben wir es immer rechtzeitig bemerkt, wenn die Kette nicht geschmiert und der Rost den Antrieb hemmte. Es ging schwerer oder fing an zu knarren. Doch wie merken Sie, dass Ihr Ölwechsel am Auto zu lange zurückliegt? -
Turboaufladung Turboaufladung war ursprünglich für den Rennsport entwickelt worden, um aus denselben PS-Monstern ohne weitere übermäßige Massenmehrung noch mehr PS zu kitzeln und ohne hierzu den Motorraum verlassen zu müssen. -
Tankstellen An Tankstellen gibt es Kraftstoff. Man tankt und bezahlt. Das Geld fließt in die Taschen großer Konzerne. Man nehme BP, die British Petrol AG investiert Millionen in neue Bohrinseln, das zerstört die Umwelt. -
Elektrische Verbraucher Die Autoelektrik ist ausgeklügelt. Egal ob alle Lichter, Sitz- und Heckscheibenheizung gleichzeitig laufen oder nicht, von großen Strömen merkt man nichts. Und das, obwohl die Lichtmaschine wie ein Generator wirkt, der unseren Benzinmotor entsprechend der elektrischen Last bremst. -
Elektroauto Das Elektroauto ist ein einfaches Gefährt. Die Fahrweise entspringt einfachen Prinzipien. Gas und Bremse. Keine Kupplung, keine Gänge, keine Probleme beim Anfahren. Sie sind flüsterleise und erzeugen kein Abgas.
