Funktion Luft im Motor?
Moin,
ich halte bald ein wichtiges Referat über die Wirkungsweise des Motors hab soweit auch keine Probleme nur möchte für tiefere Fragen der Kollegen sicher stellen, dass ich alles genauestens verstanden habe. Nun habe ich mich gefragt erstens wie genau die Luft von außen in den Motorblock bis in den Zylinder strömt und was genau ihre Funktion ist könnte man theoretisch auch einen Motor ohne luft antreiben oder wird der Luftdruck quasi benötigt um den Kolben nach unten zu pressen. Außerdem wie genau kann man sich das Mischverhältnis vorstellen ist das eine riesige Menge Luft mit einem Hauch gasförmigem Benzin oder andersherum?
Vielen Dank schonmal im Vorraus!
7 Antworten
Salue
Benzin alleine brennt nicht. Es braucht sehr viel Luft dazu. Am besten brennt es ab, wenn 1 Kg Benzin mit 14 kg Luft gemischt sind. Das sind etwa ein Fingerhut voll Benzin auf ein Barrel-Fass Luft (1 Barrel sind die grossen Ölfässer mit 200 Liter Inhalt).
Wenn der Kolben nach unten geht öffnet das Einlassventil. Da wird nun das Benzin-Luft-Benzingemisch "angeschlurft". Gemischt wird es vorher, früher gab es dazu Vergaser (bei Rasenmäher ist dies immer noch so), heute arbeitet man mit einer Benzineinspritzung, die das Benzin in die eingesaute Luft spritzt.
Benzin und Dieseltreibstoff enthält viel Kohlenstoff. Das ist Energie pur. Schon ein Schnapsglas voll Treibstoff enthält grosse Mengen Energie auf kleinstem Raum.
Jede Batterie benötigt viel mehr Gewicht und Raum um die selbe Energiemenge als Strom zu speichern. Ein Überlandlastwagen mit Elektroantrieb müsste etwa 16 Tonnen Batterien mitschleppen. Da bliebe fast keine Nutzlast mehr übrig.
Tellensohn
Benzin alleine brennt nicht. Es braucht sehr viel Luft dazu. Am besten brennt es ab, wenn 1 Kg Benzin mit 14 kg Luft gemischt sind...
14:1 wäre eher Lambda 0,95, also leicht fett. Optimal sind 14,7:1 (Lambda 1). ;)
Wenn der Kolben nach unten geht öffnet das Einlassventil.
Genaugenommen öffnet es bereits etwas vorher.
Gemischt wird es vorher, früher gab es dazu Vergaser (bei Rasenmäher ist dies immer noch so)
...und bei manchen Motorrollern bis maximal 50 cm³ Hubraum (Neufahrzeuge).
Ebenfalls top Antwort, sehr ausführlich und mit viel Fachwissen, danke schön!
Ganz einfach! Zu einer Verbrennung wird immer Sauerstoff benötigt! Diese schlagartige Verbrennung setzt den Kolben in Bewegung der die Arbeit verrichtet!
Die Luft wird also durch die Kolben angesaugt und gleich im Vergaser auf eine genau eingestellte Mischung gebracht mit dem Kraftstoff und je nach Drosselklappenstellung in den Hubraum gelassen.Dort wird dieses Gemisch durch den Zündfunken zur Explosion gebracht zum wiederum richtigen Zeitpunkt,dieser ist etwa 10 Grad vor OT( oberer Totpunkt des Kolbens)! Beim Diesel wird kein Zündfunke benötigt weil hier die Verdichtung dermaßen hoch ist und sich das Gemisch von selbst entzündet! Die Menge Diesel wird durch die Einspritzpumpe geregelt! das wars im Groben!
Nun habe ich mich gefragt erstens wie genau die Luft von außen in den Motorblock bis in den Zylinder strömt
1)
für alle Motoren: Ganz am Anfang steht die Ansaugöffnung. Meistens liegt die ganz vorne hinter der Frontverkleidung. Dort wird die sogenannte Verbrennungsluft angesaugt.
Der Unterdruck für die Ansaugung entsteht:
a) Saugmotoren: durch den im Ansaugtakt abgehenden Kolben
b) Turbomotoren: durch das sich drehnde Laderrad.
Besonderheit: bei manchen Autos wird die Ansaugöffnung direkt in den Fahrtwind gestellt, sodass der Fahrtwind zusätzlich zur Ansaugung durch den Motor die Luft hineindrückt. Besonders auffällig ist dies bei Formel-1 Autos, wo die Ansaugöffnung direkt über dem Fahrer liegt. Dadurch kommt mehr Luft in den Motor und die Leistung steigt. Dazu später mehr.
2) Dann gelangt die Verbrennungsluft in den Luftfilter. Dort wird Staub und Schmutz herausgefiltert, da dieser dem Motor schaden könnte. Staub wirkt im Zylinder wie Schmirgel und würde den Verschleiß erhöhen.
3) Besonderheit bei nur wenigen Autos:
Nach dem Luftfilter gibt es eine Verbrennungsluftvorwärmung. Das baut Volvo z.B. regelmäßig ein. Da gibt es dann eine Klappe, die man für Sommer- oder Winterbetrieb umstellen kann. Im Sommerbetrieb gelangt die Luft wie bei allen Autos direkt in den Motor. Im Winterbetrieb nimmt sie aber einen Umweg über die Abgaskrümmer und wird dadurch vorgewärmt. Das hat bei extrem tiefen Frosttemperaturen den Vorteil, dass der Motor schneller warm wird und während der Warmlaufphase ruhiger läuft.
4)
Nur bei Benzinmotoren: nach dem Luftfilter kommt die Drosselklappe, die direkt mit dem Gaspedal grekoppelt ist. Drückt man aufs Gaspedal, öffnet die Drosselklappe und sehr viel Luft kann in den Motor strömen. Geht man vom Gaspedal runter, schließt die Drosselklappe und es gelangt nur wenig Luft in den Motor bzw. die Zylinder.
a) Vergasermotoren: die Drosselklappe sitzt direkt im Vergaser und an dieser Stelle wird auch das Benzin zugeführt.
b) Einspritzmotoren: die Drosselklappe sitzt alleine im Ansaugtrakt. Das Benzin wird erst später durch die Einspritzdüsen zugeführt.
Nur bei Dieselmotoren: manche Dieselmotoren haben sogenannte Drallklappen im Ansaugtrakt, die nicht die Luftmenge wie beim Benziner steuern sollen, sondern die die Luft in Drehung versetzen sollen, weil dadurch später im Zylinder bei der Verbrennung eine bessere Durchmischung von Luft und Diesel erfolgt.
5) Nur bei Turbomotoren: Die Luft gelangt nun in den Lader des Turboladers und wird dort verdichtet, also auf einen höheren Druck gebracht. Der Lader funktioniert praktisch genauso wie der Ventilator bei einem Haarfön.
6) Ansaugluftverteiler bei allen Motoren: Die Verbrennungsluft wird nun durch den Ansaugkrümmer (manchmal auch "Spinne" genannt) aufgeteilt und den einzelnen Zylindern zugeführt.
7) Einlassventile: im Ansaugtakt strömt nun die Verbrennungsluft in den jeweiligen Zylinder ein.
könnte man theoretisch auch einen Motor ohne luft antreiben
Auf gar keinen Fall. Benötigt wird eigentlich nur der Sauerstoff in der Luft (21%), um den Kraftstoff zu verbrennen. Je mehr Sauerstoff im Zylinder ist, umso mehr Kraftstoff kann man einspritzen und umso höher ist die Leistung. Um 1 kg Kraftstoff zu verbrennen, benötigt man ungefähr 14,5 kg Luft.
a) Benzinmotore: damit die Verbrennung sauber abläuft, muss der sogenannte Luftbedarf genau stimmen. Es muss also immer ziemlich genau das Mischungsverhältnis von 1 kg Benzin und 14,5 kg Krafstoff stimmen. Das darf nur relativ wenig davon abweichen. Die Leistungsregelung des Motors findet dabei wie oben gesagt über die Drosselklappe statt. Ist die geöffnet, gelangt viel Luft in den Motor und dementsprechend wird, um das Mischungsverhältnis einzuhalten, auch viel Benzin zugeführt
b) Dieselmotoren: hier wird der Zylinder immer mit Luft vollgefüllt. Eine Drosselklappe gibt es ja nicht. Es wird dann soviel Diesel eingespritzt, wie man für die gerade gefragte Leistung benötigt. Irgendein Mischungsverhältnis muss bei Diesel nicht beachtet werden. Sauerstoff/Luft, die zur Verbrennung nicht benötigt wurde, wird mit den Abgasen mit ausgestoßen.
Beim Dieselmotor enthalten die Abgase bei geringer Leistung daher immer auch unverbrannten Sauerstoff, während beim Benziner durch das exakte Mischungsverhältnis nie übriger Sauerstoff in den Abgasen ist.
wird der Luftdruck quasi benötigt um den Kolben nach unten zu pressen
Saugmotoren: genau andersrum. Der abgehende Kolben erzeugt einen Unterdruck und saugt die Luft an.
Turbomotoren: hiert wird die verdichtete Luft mit Überdruck in den Zylinder gepresst, weshalb man auch mehr reinkriegt.
Beim Saugmotoren erzeugt der Unterdruck eine gewisse Leistungsminderung, beim Turbomotor hilft die "Druckluft", den Kolben nach unten zu schieben und erzeugt etwas Mehrleistung. Beide Effekte sind aber so gering, dass sie nicht viel ausmachen.
Außerdem wie genau kann man sich das Mischverhältnis vorstellen ist das eine riesige Menge Luft mit einem Hauch gasförmigem Benzin oder andersherum?
Hatte das oben ja schon geschrieben. Zur Verbrennung von 1 kg Kraftstoff benötigt man etwa 14,5 kg Luft. Man braucht deshalb so viel Luft, weil die ja nur 21% nutzbaren Sauerstoff enthält. Das Gewichtsverhältnis ist zwar sehr ungleich, aber noch gar nichts, wenn man sich das Ganze mit Volumen betrachtet.
1 kg Kraftstoff ist flüssig und hat ein Volumen von etwa 1,3 Liter.
1 kg Luft ist gasförmig und hat ein Volumen von etwa 850 Liter.
Für die Verbrennung von 1l Kraftstoff benötigt man daher x Liter Luft:
x = 1/1,3 l * 14, 5 * 850 = 9480 Liter Luft.
Das bedeutet, dass pro Zylinderfüllung Luft nur ein paar kleine Tröpfchen Kraftstoff benötigt werden.
Habe einige Varianten weggelassen, um die Sache nicht noch komplizierter zu machen.
Heute gibt man generell Gas wie bei einer Spielekonsole, per Potentiometer am Gaspedal und Stellmotor an der Drosselklappe.
Bei Automotoren stimmt das, bei Rollern und Motorrädern nicht unbedingt.
Du vergisst hier eine früher recht verbreitete Bauart: Die "Singlepoint - Einspritzanlage".
Die habe ich extra weggelassen, weils die praktisch nicht mehr gibt.
Aber sicherlich gibt es bei modernen Dieselmotoren auch eine Drosselklappe, allerdings dient sie einem anderen Zweck,
Siehe oben.
Wieso? In der Atmosphäre herrscht immer ein bar Überdruck vor. Von daher kann man durchaus die Behauptung aufstellen, dass der Luftdruck den Kolben nach unten drückt.
Das stimmt allerdings nicht. Im Kurbelgehäuse herrscht doch kein Vakuum. Nur wenn auf der Unterseite Vakuum herrschen würde, hätte der atmosphärische Druck auf der Oberseite einen "ein bar Überdruck". Insofern hat die Umgebungsluft auch keinen Überdruck und drückt auch nichts nach unten. Die Atmosphäre ist immer der Bezugspunkt und nur darauf bezogen kann irgendwo Unter- oder Überdruck herrschen.
andersrum... der kolben saugt die luft an. jedenfalls ist das bei nicht aufgeladeden motoren so. dawegen nennt man sie auch sauger.
die luft, genauer gesagt 21% davon, also genauer genommen der sauerstoff der in ihr enthalten ist, wird in verbindung mit dem kraftstoff benötigt, um eine verbrennung in gang zu setzen. die ist es dann, die den kolben nach unten treibt und damit den motor laufen lässt... beim viertaktmotor, zweitakter gibt es zum glück praktisch nur noch in kettensägen und uraltmopeds, unterteilt sich das in vier arbeitsschritte, die sich auf zwei umdrehungen erstrecken... ansaugen, verdichten, verbrennen (arbeiten) und außstoßen. die takte werden über einspritzdüsen, ventile und die zündkerze gesteuert...
lg, Anna
Du verstehst also noch gar nicht wie so ein Motor funktioniert? Hier, lies dich mal durch: https://de.wikipedia.org/wiki/Ottomotor
https://www.leifiphysik.de/waermelehre/waermekraftmaschinen/grundwissen/viertakt-ottomotor
https://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/physik/artikel/ottomotor
Dazu ergänzend noch ein paar Feinheiten:
"Direkt" (also per Seilzug) gibt´s schon lange nicht mehr, spätestens seit der Euro 5 - Norm, aber vielfach auch schon davor (bei Mercedes und BMW beispielsweise oft schon ab der Euro 3). Heute gibt man generell Gas wie bei einer Spielekonsole, per Potentiometer am Gaspedal und Stellmotor an der Drosselklappe. So manch frühe Version ist quasi ein "Zwitter": Gaszug, aber trotzdem elektrisch betätigte Drosselklappe.
Du vergisst hier eine früher recht verbreitete Bauart: Die "Singlepoint - Einspritzanlage". Dort befand sich eine einzelne Einspritzdüse für alle Zylinder ganz am Beginn des Saugrohrs, und zwar vor der Drosselklappe. Gab es laut meinen Recherchen bis 2002 (VW Golf IV Cabriolet 1.8 mit 75 PS).
Aber sicherlich gibt es bei modernen Dieselmotoren auch eine Drosselklappe, allerdings dient sie einem anderen Zweck, beispielsweise einem sanfteren Abstellvorgang und einer Regelung der Abgasrückführung.
Wieso? In der Atmosphäre herrscht immer ein bar Überdruck vor. Von daher kann man durchaus die Behauptung aufstellen, dass der Luftdruck den Kolben nach unten drückt.