Öffnen Sie die Haube. Starren Sie auf das Durcheinander aus Metall, Kunststoff und Gummi. Es sieht aus wie ein Bombenentschärfungsset, das von einem chaotischen Künstler entworfen wurde. Wenn Sie ein Auto kaufen und Begriffe wie „2,5-Liter-Reihenvierzylinder“ oder „Start-Stopp-Turbo“ hören, wissen Sie wahrscheinlich nicht, was das für Ihre tägliche Fahrt eigentlich bedeutet.
Neugier tötet die Katze. Aber wenn Sie Ihren Motor kennen, bleibt er am Leben.
Im Kern macht ein Benzinmotor eines: Er wandelt chemische Energie in mechanische Bewegung um. Es verbrennt Kraftstoff in einer versiegelten Kammer. Deshalb wird es auch als Verbrennungsmotor bezeichnet. Die Verbrennung erfolgt intern.
Es gibt noch andere Tiere da draußen. Dieselmotoren. Gasturbinen. Aber sie alle verfolgen das gleiche grundlegende Ziel. Es gibt auch externe Verbrennungsmotoren – die Dampfmaschinen, die Züge zogen. Kohle verbrennt außerhalb des Zylinders und erzeugt Dampf. Dampf drückt die Kolben. Verbrennungsmotoren gewinnen an Effizienz und Größe. Es ist kleiner. Es ist enger. Es arbeitet härter.
Lassen Sie uns den Herzschlag Ihres Autos analysieren.
Der Viertaktzyklus
Fast jedes Benzinauto nutzt den Viertakt-Verbrennungszyklus. Er ist auch als Otto-Zyklus bekannt, benannt nach Nikolaus Otto, der das Konzept 1867 auf den Punkt brachte.
Das Prinzip ist in seiner Einfachheit brutal. Nehmen Sie hochenergetischen Kraftstoff. Stellen Sie es in einen kleinen, geschlossenen Raum. Zünde es an. Die daraus resultierende Explosion setzt enorme Energie in Form von expandierendem Gas frei. Nutzen Sie diese Explosion Hunderte Male pro Minute. Du hast Bewegung.
Der Zyklus besteht aus vier verschiedenen Schritten. Aufnahme. Kompression. Verbrennung. Auspuff.
- Ansaughub: Der Kolben beginnt oben. Das Einlassventil öffnet. Der Kolben bewegt sich nach unten. Es saugt eine Mischung aus Luft und einem winzigen Benzinnebel an. Sie brauchen nicht viel Treibstoff. Gerade genug, um zu brennen.
- Kompressionshub: Der Kolben bewegt sich wieder nach oben. Es zerquetscht das Luft-Kraftstoff-Gemisch. Durch die Verdichtung des Gemisches wird die anschließende Explosion deutlich stärker.
- Verbrennungstakt: Am oberen Ende ihres Hubs zündet die Zündkerze. Ein winziger Lichtbogen zündet das komprimierte Gemisch. Das Benzin explodiert. Die expandierenden Gase treiben den Kolben mit Kraft wieder nach unten.
- Ausstoßhub: Der Kolben schlägt auf den Boden. Das Auslassventil öffnet. Die verbrannten Gase werden aus dem Zylinder und durch das Auspuffrohr gedrückt.
Der Zyklus wird zurückgesetzt. Der Motor nimmt eine weitere Ladung Luft und Gas auf.
Diese lineare Hin- und Herbewegung der Kolben muss in eine Drehbewegung umgewandelt werden. Ihre Räder drehen sich nicht auf und ab. Sie drehen sich um. Die Kurbelwelle übernimmt diesen Umbau. Die über Pleuelstangen mit den Kolben verbundene Kurbelwelle nimmt die geradlinige Kraft auf und setzt sie in Rotation um.
Die Kurbelwelle ist die Brücke zwischen dem linearen Chaos des Kolbens und der Rotationsordnung des Rades.
Es sind jedoch nicht nur Kolben und Stangen. Sie benötigen einen Block, um alles zusammenzuhalten. Ein Kopf zum Abdichten der Brennkammern. Ventile zum Ein- und Auslassen der Luft. Ein System zur Verwaltung des Kraftstoffs.
Wir schauen uns jetzt die grundlegenden Motorteile an. Insbesondere die Zylinder, die diese Gewalt beherbergen.
Die Magie geschieht zwischen dem Kolben und der Zylinderwand. Dort wird die Verbrennungsenergie in Bewegung umgewandelt. Ganz einfach. Die meisten Rasenmäher kommen mit einem einzigen Zylinder aus. Autos? Sie brauchen mehr Muskeln. Vier. Sechs. Acht. In einigen exotischen Ecken des Marktes sogar zwölf. Aber beim Zusammensetzen mehrerer Zylinder geht es nicht nur darum, sie zufällig anzuordnen. Es geht um Geometrie.
Reihenmotoren: Einfachheit gewinnt
Nehmen Sie den Inline-Four, den wir vorhin angesprochen haben. Alle vier Zylinder sitzen in einer geraden Linie. Nacheinander. Es ist sauber. Effizient. Günstig im Bau, da der Block aus einem Guss besteht. Die Fertigung liebt es. Teile sind standardisiert. Die Wartung ist unkompliziert. Wenn Sie die Motorhaube einer kompakten Limousine oder eines heißen Fließheckmodells öffnen, stehen die Chancen gut, dass Sie es mit einem Reihenvierzylinder zu tun haben. Sie passen gut in quer eingebaute Motoren, wo an der Vorderseite des Autos wenig Platz ist.
Aber sie sind lang. Hohe Motoren können den Schwerpunkt anheben. Das ist nicht ideal für die Handhabung. Und bei hohen Drehzahlen kann sich die Zündfolge im Vergleich zu ausgewogeneren Anordnungen etwas klobig anfühlen. Dennoch ist der Reihenvierzylinder das Arbeitstier, wenn es um das tägliche Fahren und die Kraftstoffeffizienz geht. Du wirst damit nichts falsch machen.
V-Motoren: Leistung auf kompaktem Raum packen
Wechseln Sie nun zu einer V-Konfiguration. Zwei voneinander abgewinkelte Zylinderbänke. Normalerweise 60 oder 90 Grad voneinander entfernt, es gibt jedoch auch andere Winkel. Durch diese Konfiguration wird der Platzbedarf des Motors verringert. Kürzer als ein Reihensechszylinder. Niedrigeres Profil. Dies erleichtert den Einbau in größere Fahrzeuge oder Hochleistungsautos, bei denen der Platz im Motorraum knapp ist.
V6-Motoren sind überall in mittelgroßen SUVs und Limousinen zu finden. V8-Motoren dominieren immer noch die Muscle-Car-Szene. Sie liefern den tiefen, kernigen Klang, nach dem sich Enthusiasten sehnen. Und bei hohen Drehzahlen sind sie sanfter als Reihensechszylinder, da die gegenläufigen Kolben einige Vibrationen ausgleichen. Aber es gibt einen Haken. Komplexität. Weitere Teile. Mehr Auspuffkrümmer zum Umwickeln. Höhere Herstellungskosten. Und die Kühlung kann in dem engen Tal zwischen den Ufern schwierig sein.
Flach- oder Boxermotoren: niedrig und breit
Dann gibt es noch den Flat-Four. Flat-Six. Horizontal entgegengesetzt. Kolben bewegen sich voneinander weg wie Boxer in einem Ring. Daher der Spitzname. Porsche nutzt sie. Subaru verlässt sich auf sie. Warum? Denn der flache Grundriss senkt den Schwerpunkt deutlich. Bessere Gewichtsverteilung. Weniger Seitenneigung in Kurven. Der Motor sitzt tief im Chassis. Das ist ein Handlingvorteil, den Reihen- und V-Motoren nur schwer erreichen können.
Boxermotoren vibrieren außerdem weniger als Reihenvierzylinder. Die gegenläufigen Kolben gleichen sich auf natürliche Weise aus. Aufwändige Vorgelegewellen sind nicht erforderlich. Aber sie sind breit. Sehr breit. Dadurch ist ein Einbau in Queranordnung nahezu unmöglich. Sie benötigen einen Längsaufbau. Mehr Platz benötigt. Und der Wartungszugang kann ein Albtraum sein. Öllecks an der hinteren Hauptdichtung sind ein häufiges Problem. Dennoch ist der Boxermotor für Fahrer, die Wert auf Handling und Feedback legen, kaum zu schlagen.
Welches Layout passt zu Ihren Bedürfnissen?
Es kommt auf die Prioritäten an. Möchten Sie günstige Reparaturen und eine einfache Verpackung? Gehen Sie inline. Benötigen Sie mehr Leistung in einem kleineren Paket? V-Motor. Sie wünschen sich die beste Fahrdynamik und haben nichts gegen einen breiteren Motorraum? Wohnung. Es gibt keine perfekte Antwort. Einfach
Die Zündkerze und die Ventilsteuerung
Die Verbrennung geschieht nicht zufällig. Die Zündkerze stellt die Zündquelle dar und zündet den Funken, der das Luft-/Kraftstoffgemisch zum Leuchten bringt. Timing ist hier alles. Wenn der Funke zu früh oder zu spät schlägt, sinkt die Effizienz.
Diese Ventile sind ebenso kritisch. Die Einlass- und Auslassventile öffnen und schließen in einer präzisen Reihenfolge. Sie lassen das Gemisch rein und lassen die Abgase raus. Entscheidend ist, dass beide Ventile während des Kompressions- und Krafthubs dicht bleiben. Wenn die Kammer nicht luftdicht ist, geht der Druck verloren. Du verlierst die Macht.
Kolbendynamik und Ringversagen
Der Kolben selbst ist ein einfacher Zylinder aus Metall, der in der Bohrung auf und ab gleitet. Aber die wahre Magie – und die häufigste Ursache für Wartungsprobleme – liegt in den Kolbenringen.
Diese Ringe bilden eine Gleitdichtung zwischen der Außenkante des Kolbens und der Zylinderwand. Sie haben zwei nicht verhandelbare Jobs:
- Dichten Sie die Brennkammer ab, damit das Kraftstoff-Luft-Gemisch und die Abgase nicht am Kolben vorbei in die Ölwanne gelangen.
- Verhindern Sie, dass Motoröl aus der Ölwanne in den Brennraum gelangt.
Wenn diese Ringe verschleißen, bricht das Siegel. Aus diesem Grund treten bei älteren Autos häufig Probleme mit dem Ölverbrauch auf. Wenn Sie alle 1.000 Meilen einen Liter nachfüllen, werden Ihre Ringe wahrscheinlich zerschossen und das Öl verbrennt in der Kammer. Moderne Materialien haben die Lebensdauer der Ringe erheblich verbessert, weshalb moderne Motoren die Ölwechselintervalle verlängern und insgesamt länger halten können.
Die Pleuelstange und die Kurbelwelle
Die Pleuelstange überbrückt den Spalt zwischen Kolben und Kurbelwelle. Es muss sich an beiden Enden drehen. Warum? Denn der Kolben bewegt sich geradlinig, während sich die Kurbelwelle dreht. Der Stab ändert seinen Winkel, um dieser Bewegung Rechnung zu tragen, und wandelt lineare Energie in Rotationskraft um.
Diese Kraft landet an der Kurbelwelle. Es nimmt die Auf- und Abbewegung des Kolbens auf und wandelt sie in eine Kreisbewegung um. Stellen Sie es sich wie die Kurbel eines Springteufels vor. Man drückt nach unten, die Welle dreht sich. Es ist ein einfaches mechanisches Prinzip, aber es ist das Herzstück der Motorleistung.
Das Sumpf- und Ölmanagement
Um die Kurbelwelle herum befindet sich die Ölwanne oder Ölwanne. Dieser Behälter enthält das Schmieröl, das durch den Motor zirkuliert. Die Schwerkraft zieht das Öl auf den Boden der Ölwanne, wo die Ölpumpe es erfassen und zurück zu den Lagern, Kolben und Ventilen befördern kann.
Ohne dieses Reservoir würde die Reibung den Motor innerhalb von Minuten zerstören. Die Ölwanne sorgt dafür, dass die beweglichen Teile in einem Ölfilm schweben, wodurch der Verschleiß verringert und die Wärme abgeleitet wird.
Motorprobleme
Du drehst den Schlüssel um. Der Anlasser surrt. Der Motor dreht durch. Aber es fängt nicht an.
Dies ist das klassische „Kurbel-Kein-Start“-Szenario. Es ist sicher frustrierend. Aber es ist auch logisch. Sie kennen bereits die Grundlagen der Verbrennungskraftmaschine. Jetzt müssen Sie nur noch das Rauschen filtern.
Es gibt drei grundlegende Voraussetzungen, damit ein Motor zünden kann. Wenn einer von ihnen versagt, müssen Sie weitermachen.
- Richtige Kraftstoffmischung.
- Richtige Komprimierung.
- Starker Funke.
Alles andere ist zweitrangig. Tausende kleinerer Störungen können dazu führen, dass es nicht weitergeht, aber diese drei sind die „großen Drei“. Ignorieren Sie sie auf eigene Gefahr.
Das Kraftstoffmischungsproblem
Ihr Motor benötigt Kraftstoff und Luft im richtigen Verhältnis. Zu mager, zu fett oder gar keine Mischung und die Verbrennung geht verloren.
Bedenken Sie zunächst das Offensichtliche: Möglicherweise haben Sie einfach keinen Treibstoff mehr. Der Motor saugt Luft an, aber ohne Kraftstoff gibt es nichts zu verbrennen.
Aber was ist, wenn Sie Benzin haben?
Ein verstopfter Lufteinlass kann dem Motor Sauerstoff entziehen. Sie bekommen Treibstoff, aber nicht genug Luft. Die Mischung wird zu reichhaltig. Die Zündkerzen verschmutzen. Der Motor erstickt.
Umgekehrt könnte ein defektes Kraftstoffsystem zu viel oder zu wenig Kraftstoff pumpen. Moderne Motoren verwenden Sensoren, um dies anzupassen, aber ältere Vergasersysteme? Sie sind wählerisch. Wenn der Schwimmer festsitzt oder die Düsen verstopft sind, ist die Mischung aus.
Dann kommt es zur Kontamination. Wasser in Ihrem Benzintank ist tödlich. Es brennt nicht. Es sitzt unten. Wenn die Kraftstoffleitung diesen Schlamm ansaugt, stottert der Motor und stirbt ab. Verunreinigungen stören die chemische Reaktion vollständig.
Komprimierung: Das Siegel des Lebens
Die Kompression macht die Explosion kraftvoll. Wenn Luft und Kraftstoff nicht fest zusammengedrückt werden können, ist die resultierende Explosion schwach. Oder nicht vorhanden.
Mangelnde Kompression weist in der Regel auf ein Leck hin. Wo?
Verschlissene Kolbenringe. Diese Ringe dichten den Spalt zwischen Kolben und Zylinderwand ab. Wenn sie abgenutzt sind, entweicht das Luft-Kraftstoff-Gemisch während des Kompressionshubs am Kolben vorbei. Du verlierst den Druck. Du verlierst die Macht.
Undichte Ventile. Die Einlass- und Auslassventile müssen dicht schließen. Wenn die Sitze verbrannt oder die Stiele verbogen sind, entweicht das Gas in den Auspuff oder Ansaugkrümmer, anstatt im Zylinder zu bleiben.
Eine durchgebrannte Kopfdichtung. Dies ist der häufigste Strukturfehler, der zu Kompressionsverlust führt. Der Zylinderkopf wird mit dem Motorblock verschraubt. Zwischen ihnen sitzt eine dünne Dichtung, die für eine perfekte Abdichtung sorgt.
Wenn diese Dichtung versagt, geht sie kaputt. Es bilden sich kleine Löcher. Die Dichtung ist undicht. Kompression entweicht in das Kühlsystem oder die Ölkanäle. Der Motor springt nicht an, da sich kein Druck aufbaut.
Spark: Der Zündauslöser
Ohne Funken ist Kraftstoff nur flüssig. Zum Zünden benötigen Sie eine Zündkerze.
Wenn der Funke schwach ist, kann es sein, dass sich der Kraftstoff nicht entzündet. Dies geschieht häufig, wenn die Zündkerze selbst abgenutzt ist. Elektroden erodieren mit der Zeit. Die Kluft wird größer. Der Funke hat Mühe, überzuspringen.
Oder der Draht ist durchtrennt.
Wenn das zum Stecker führende Zündkabel durchtrennt ist oder fehlt, kann der Strom den Stecker nicht erreichen. Kein Funke.
Aber es geht nicht nur um Präsenz. Es geht um das Timing.
Der Zündzeitpunkt bestimmt, wann der Funke im Verhältnis zur Position des Kolbens zündet. Tritt der Funke zu früh auf, behindert er die Aufwärtsbewegung des Kolbens. Zündet es zu spät, bewegt sich der Kolben bereits nach unten. Der Kraftstoff entzündet sich, aber die Explosion drückt den Kolben nicht effektiv. In beiden Fällen springt der Motor nicht an oder läuft schlecht.
Andere kritische Fehler
Über die drei großen Fehler hinaus können auch andere Systemausfälle einen Motor sofort zum Stillstand bringen.
Batterie leer. Ganz einfach. Kein Strom bedeutet keinen Anlasser. Kein Anlasser, kein Anlassen.
Lager verschlissen. Die Kurbelwelle dreht sich auf Lagern. Wenn sie abgenutzt oder festgefressen sind, kann sich die Kurbelwelle nicht drehen. Der Motor blockiert.
Probleme mit der Ventilsteuerung. Wenn die Nockenwelle ausfällt oder der Zahnriemen reißt, öffnen und schließen sich die Ventile nicht synchron mit den Kolben. Luft kann nicht eindringen. Abgase können nicht entweichen. Der Motor erstickt.
Ölmangel. Wenn Ihnen das Öl ausgeht, verlieren Sie die Schmierung. Reibungsspitzen. Hitze steigt. Kolben klemmen an den Zylinderwänden. Der Motor bleibt stehen. Permanent.
Perfektion ist nicht erforderlich
Ein laufender Motor muss nicht perfekt sein. Es muss lediglich innerhalb akzeptabler Toleranzen funktionieren.
Sie werden es merken, wenn etwas nicht stimmt. Unruhiger Leerlauf. Schwerer Anfang. Leistungsverlust. Das sind Symptome.
Wenn der Motor jedoch überhaupt nicht anspringt, liegt ein schwerwiegender Defekt vor. Eines der grundlegenden Systeme ist kaputt.
Wir haben das Warum behandelt. Der nächste Schritt besteht darin, sich das Wie anzusehen. Insbesondere die Subsysteme, die diese Fehler verwalten.
Motorventiltrieb und Zündsysteme
Die meisten modernen Kraftwerke basieren auf einer speziellen Architektur zur Steuerung des Luftstroms, und die Wahl der Technologie bestimmt hier, wie viel Leistung Sie aus jedem Tropfen Kraftstoff herausholen. Das Overhead-Cam -System ist nicht ohne Grund der Standard.
Wo die Kamera lebt, ist wichtig
Die Aufgabe des Ventiltriebs ist einfach: Ventile öffnen, Ventile schließen. Wiederholen. Der Mechanismus, der dies antreibt, ist die Nockenwelle, eine Welle mit Nocken, die die Ventile nach oben und unten drückt. Sie können diese mechanische Aktion in Abbildung 5 sehen.
Moderne Motoren verwenden fast ausschließlich obenliegende Nockenwellen. Dadurch liegt die Nockenwelle direkt über den Ventilen. Die Nocken treffen entweder direkt oder über ein sehr kurzes Stößelgestänge auf die Ventile. Diese Konfiguration reduziert die Trägheit und ermöglicht eine höhere Drehzahl des Motors, ohne dass die Ventile schwimmen.
Bei älteren Konstruktionen befand sich die Nockenwelle im Ölsumpf in der Nähe der Kurbelwelle. Dazu war eine lange Kette von Hebern und Stößeln erforderlich, um das Signal nach oben zu bringen. Es hat funktioniert. Bei einigen billigen oder Vintage-Maschinen ist dies immer noch der Fall. Aber das Overhead-Design ist leichter und effizienter.
Die Zeit synchron halten
Die Kurbelwelle dreht sich zweimal, sobald sich die Nockenwelle dreht. Dieses Verhältnis von 2:1 ist nicht verhandelbar. Befinden sich die Kolben im oberen Totpunkt und sind die Ventile geöffnet, explodiert der Motor. Um dies zu verhindern, verbindet ein Zahnriemen oder eine Steuerkette die beiden Wellen.
Diese Verbindung sorgt dafür, dass sich die Ventile genau in der Millisekunde öffnen und schließen, in der die Kolben dafür bereit sind.
Warum Dual-Overhead-Cams?
Hochleistungsmotoren wollen nicht nur mehr Luft; Sie wollen mehr Flow. Ein einzelnes Ventil pro Anschluss ist ein Engpass. Moderne Hochleistungsmotoren verwenden vier Ventile pro Zylinder: zwei für den Einlass und zwei für den Auslass.
Vier unabhängige Ventile lassen sich mit einer Nockenwelle nicht effizient bewegen. Daher verwenden die Ingenieure zwei Nockenwellen pro Zylinderbank. Eine Nocke steuert die Einlassventile. Der andere steuert den Auspuff. Daher kommt auch der Begriff Dual Overhead Cams (oder DOHC).
Es ist nicht nur Marketing. Es ist Physik. Mehr Ventile bedeuten eine bessere Atmung. Bessere Atmung bedeutet mehr Kraft. Und mehr Leistung erfordert einen komplexeren Ventiltrieb. Durch das Overhead-Cam-Setup ist diese Komplexität beherrschbar.
Wie das Zündsystem Ihre Zylinder zündet
Das Zündsystem (Abbildung 6) schaltet das Auto nicht nur ein. Es erzeugt eine elektrische Hochspannungsladung und schickt sie rasend schnell zu den Zündkerzen. Es gelangt durch Zündkabel dorthin.
Erstens trifft diese Gebühr den Vertriebshändler. Bei den meisten Fahrzeugen ist es unter der Motorhaube versteckt. Es ist der Mittelpunkt. Ein Draht kommt in die Mitte. Es schießen vier, sechs oder acht Drähte heraus. Die Anzahl hängt ganz von Ihrer Zylinderanzahl ab.
Diese Zündkabel liefern die Ladung an jede Zündkerze. Der Zeitpunkt ist knapp. Es zündet immer nur ein Zylinder. Diese versetzte Zündung sorgt dafür, dass der Motor reibungslos läuft. Keine Idioten. Nur Rhythmus.
Als nächstes besprechen wir, wie Ihr Auto startet, kühlt und die Luft zirkuliert.
Motorkühlungs-, Luftansaug- und Startsysteme
Kühl- und Luftansaugmechanik
Die meisten modernen Autos sind auf ein flüssigkeitsbasiertes Kühlsystem angewiesen, um zu verhindern, dass der Motor schmilzt. Der Kühler und die Wasserpumpe sind hier die Schwerlaster. Das Kühlmittel zirkuliert durch um die Zylinder herum gebohrte Kanäle, nimmt die Wärme auf und gibt sie dann an den Kühler ab, bevor es zurückfließt. Es ist ein geschlossener Kreislauf.
Aber nicht jede Engine hält sich an diese Regeln. Luftgekühlte Systeme finden Sie in älteren Maschinen wie Volkswagen Käfern vor 1999 sowie in den meisten Motorrädern und Rasenmähern. Sie können sie sofort erkennen. Schauen Sie sich die Außenseite der Zylinder an. Wenn Sie Rippen sehen, handelt es sich um Luftkühlung. Die Lamellen vergrößern die Oberfläche, um die Wärme an den Luftstrom abzuleiten. Dieses Setup hält den Motor leichter. Dadurch läuft es auch heißer. Und heißer bedeutet normalerweise eine kürzere Lebensdauer und eine geringere Leistung. Es ist ein Kompromiss.
Nachdem wir nun besprochen haben, wie die Wärme nach außen gelangt, wollen wir darüber sprechen, was nach innen gelangt. Die Luftzirkulation ist nicht nur ein Hintergrundgeräusch. Es ist der Treibstoff für das Feuer.
Die meisten Straßenbahnen sind normal angesaugt. Das ist eine schicke Art zu sagen, dass der Motor natürlich atmet. Luft strömt durch einen Filter und tropft direkt in die Zylinder. Einfach. Wirksam. Wer aber mehr Leistung will, braucht mehr Luft.
Hier ändert die erzwungene Induktion das Spiel. Hochleistungs- und moderne Effizienzmotoren sind entweder turbogeladen oder kompressorgeladen. Anstelle eines natürlichen Luftstroms setzen diese Systeme die einströmende Luft unter Druck. Mehr Druck bedeutet, dass Sie während des Ansaugtakts mehr Luft und Kraftstoff in jeden Zylinder packen können. Diese Druckbeaufschlagung wird Boost genannt.
Wie erzeugen Sie diesen Boost? Zwei verschiedene mechanische Methoden.
Ein Turbolader verbraucht Abfallenergie. Es sitzt in Ihrem Auspuffrohr. Heiße Abgase drehen eine Turbine. Diese Turbine ist über eine Welle mit einem Verdichterrad im Ansaugtrakt verbunden. Es ist effizient. Es recycelt Energie, die sonst einfach im Auspuff verschwinden würde. Ein Kompressor hingegen wird mechanisch angetrieben. Es ist direkt mit dem Motor verschraubt, normalerweise über einen Riemen oder Zahnräder, und dreht den Kompressor unabhängig vom Abgasstrom.
Da der Turbolader im Wesentlichen Wärme und Druck aus dem Abgas abfängt, entzieht er kleineren Motoren Leistung. Denken Sie an einen kleinen Vierzylindermotor. Fügen Sie einen Turbo hinzu, und er kann PS-Werte erzeugen, die normalerweise einem größeren Sechszylinder vorbehalten sind. Der Kicker? Sie erzielen eine um 10 bis 30 Prozent geringere Kraftstoffeffizienz. Sie können mit weniger Kraftstoff mehr Arbeit leisten.
Deep Dive zum Start des Systems
Leistungssteigerung ist eine Sache. Eine andere Sache ist es, den Motor überhaupt zum Laufen zu bringen. Was passiert, wenn Sie den Schlüssel drehen?
Das Startsystem besteht aus zwei Hauptkomponenten: dem elektrischen Anlassermotor und dem Startermagnetventil. Es ist eine Brute-Force-Operation. Der Anlassermotor muss den Motor physisch über mehrere Umdrehungen drehen. Warum? Denn die Verbrennung beginnt erst, wenn sich die Kolben bewegen. Der Motor benötigt Schwung, um die Ansaug-, Verdichtungs-, Leistungs- und Auslasshübe abzuschließen.
Einen kalten Motor in Gang zu bringen, ist harte Arbeit. Der Anlasser muss einen erheblichen Widerstand überwinden.
- Interne Reibung : Kolbenringe, die an den Zylinderwänden reiben, erzeugen Widerstand.
- Kompressionsdruck : Wenn sich ein Kolben in der Nähe des oberen Totpunkts befindet, drückt das komprimierte Luft-Kraftstoff-Gemisch gegen ihn zurück.
- Ventiltriebenergie : Die Nockenwelle muss Ventile öffnen und schließen. Das erfordert Kraft.
- Zubehörlast : Alles, was mit dem Motor verschraubt ist, zieht ihn nach unten. Die Wasserpumpe, die Ölpumpe und die Lichtmaschine sind alle angeschlossen. Der Anlasser muss sie auch drehen.
Dieser Widerstand erfordert einen enormen Strom. Autobordnetze werden mit 12 Volt betrieben. Um dieses schwere Schwungrad zu bewegen, verbraucht der Anlasser Hunderte von Ampere. Diese Art von Strom kann nicht über einen Standard-Zündschalter zugeführt werden, ohne dass die Kontakte schmelzen. Deshalb brauchen wir den Startermagneten.
Stellen Sie sich den Magneten als einen leistungsstarken elektronischen Schalter vor. Wenn Sie den Schlüssel drehen, senden Sie ein kleines Signal an den Magneten. Es schließt den Hochstromkreis, sodass die volle Batterieleistung den Anlasser durchfluten kann. Klicken. Schwirren. Motor dreht durch.
Was als nächstes kommt
Wir haben erläutert, wie der Motor kühl bleibt, wie er atmet und wie er startet. Aber ein Motor ist eine Maschine, die Ressourcen verbraucht und Abfall erzeugt. Es braucht Öl zum Überleben. Zum Verbrennen braucht es Treibstoff. Und es braucht eine Möglichkeit, die Nebenprodukte der Verbrennung auszuscheiden, ohne sich selbst zu ersticken.
Als nächstes werden wir die Subsysteme aufschlüsseln, die für Schmierung, Kraftstoffzufuhr, Abgasmanagement usw. zuständig sind
Sie füllen den Tank. Sie prüfen das Öl. Aber wie dreht dieses Gas eigentlich die Räder? Es beginnt mit dem Kraftstoffsystem.
Ihr Motor verbrennt nicht nur Flüssigkeit. Es brennt einen Nebel. Das Kraftstoffsystem pumpt Benzin aus dem Tank und vermischt es mit Luft. Das Ziel ist ein präzises Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Dieses Gemisch fließt in die Zylinder. Ohne die richtige Mischung bekommst du keine Leistung. Oder noch schlimmer: Motorschaden.
Moderne Autos nutzen zwei Hauptmethoden, um diesen Kraftstoff zu liefern. Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung.
Bei der Saugrohreinspritzung wird der Kraftstoff direkt über das Einlassventil gesprüht. Es vermischt sich mit Luft, bevor es in den Zylinder gelangt. Die Direkteinspritzung ist aggressiver. Der Kraftstoff schießt direkt in den Brennraum. Hoher Druck ermöglicht einen feineren Nebel. Dies führt zu einer besseren Effizienz.
Ältere Autos verwendeten Vergaser. Sie vermischten Kraftstoff und Luft mechanisch, während Luft einströmte. Sie waren einfach. Aber es mangelte ihnen an Präzision. Moderne Injektionen erfolgen computergesteuert. Es passt sich Millisekunde für Millisekunde an.
Schmierung hält die Dinge in Bewegung
Gas erzeugt Strom. Öl verhindert Reibung.
Das Schmiersystem ist das Lebenselixier des Motors. Es beschichtet bewegliche Teile. Ohne sie reibt Metall auf Metall. Hitzespitzen. Teile blockieren.
Zwei Bereiche erfordern die meiste Aufmerksamkeit. Kolben und Lager. Kolben gleiten in Zylindern auf und ab. Sie brauchen eine glatte Oberfläche. Lager ermöglichen die Drehung der Kurbelwelle und der Nockenwellen. Sie tragen schwere Lasten.
Hier ist der Zyklus.
- Öl befindet sich unten in der Ölwanne (Sumpf).
- Die Ölpumpe saugt es an.
- Es passiert den Ölfilter. Sand- und Metallspäne werden aufgefangen.
- Hochdruck drückt Öl durch Galerien.
- Es sprüht auf Lager und Zylinderwände.
- Die Schwerkraft zieht es zurück in den Sumpf.
Dieser Zyklus wiederholt sich tausende Male pro Minute. Fällt die Pumpe aus, geht der Motor aus. Wenn der Filter verstopft ist, sinkt der Druck. Überprüfen Sie Ihr Öl. Stets.
Den Lärm und die Dämpfe zähmen
Sie haben Kraftstoff eingefüllt. Sie haben die beweglichen Teile geschmiert. Jetzt kommt es zu den Explosionen.
Diese Explosionen erzeugen Druck. Sie erzeugen Lärm. Tausende kleine Detonationen pro Minute. Ohne Auspuffanlage würden Sie jeden einzelnen hören. Es wäre ohrenbetäubend.
Das Abgassystem fängt diese Gase ein. Es leitet sie nach hinten hinaus. Der Schalldämpfer ist hier der Schlüssel. Es dämpft den Ton. Es verwandelt einen Schuss in ein Summen.
Aber Rauch ist nicht nur Lärm. Es ist Verschwendung.
Betreten Sie das Emissionskontrollsystem. Moderne Autos sind komplexe Labore. Sie überwachen jeden Atemzug der Abgase.
Das Herzstück dieses Systems ist der Katalysator. Es verwendet Katalysatoren und Sauerstoff. Es verbrennt ungenutzten Kraftstoff. Es baut schädliche Chemikalien ab. Es wandelt Schadstoffe in weniger schädliche Gase um.
Sauerstoffsensoren überwachen den Abgasstrom. Sie teilen dem Computer mit, wie viel Sauerstoff vorhanden ist. Der Computer passt die Kraftstoffmischung in Echtzeit an. Dadurch wird sichergestellt, dass der Katalysator effizient arbeitet. Weniger Abfall. Sauberere Luft.
Das elektrische Rückgrat
Gas treibt die Kolben an. Elektrizität treibt alles andere an.
Ihr Auto hat eine Batterie. Es liefert 12-Volt-Gleichstrom. Es startet den Motor. Es betreibt das Radio, die Scheinwerfer, die Fenster und die Computer. Aber die Batterie ist kein Generator. Es ist ein Speichergerät.
Es muss aufgeladen werden.
Das ist die Lichtmaschine.
Der Generator ist über einen Riemen mit dem Motor verbunden und dreht sich. Es erzeugt Strom. Es sendet diesen Strom zurück an die Batterie. Es versorgt auch elektrische Verbraucher mit Strom, während der Motor läuft.
Wenn der Riemen reißt, stoppt die Lichtmaschine. Die Batterie entlädt sich. Der Motor geht aus. Du steckst fest.
Mehr Motorleistung erzeugen
Sie wissen, wie der Standardmotor funktioniert. Kraftstoff, Luft, Öl, Abgase, Strom. Es ist ein ausgewogenes Ökosystem. Aber Enthusiasten geben sich selten mit Aktien zufrieden.
Sie wollen mehr Macht.
Wie bekommst du es? Sie stören das Gleichgewicht. Oder besser gesagt, Sie optimieren es.
Es gibt im Wesentlichen drei Möglichkeiten, die Leistung und das Drehmoment zu steigern.
- Luftstrom erhöhen : Mehr Luft bedeutet mehr Sauerstoff. Mehr Sauerstoff ermöglicht die Verbrennung von mehr Kraftstoff. Größere Ansaugkrümmer. Luftfilter mit hohem Durchfluss. Weniger Einschränkung.
- Kraftstoff erhöhen : Sie können keine Luft hinzufügen, ohne Kraftstoff hinzuzufügen. Größere Einspritzdüsen. Pumpen mit höherem Druck. Tuning des Steuergeräts zur Unterstützung
Die Mechanik der Pferdestärke: Wie Motoren tatsächlich funktionieren
Man erkennt langsam, dass es nicht nur eine Möglichkeit gibt, mehr Leistung aus einem Motor herauszuholen. Automobilhersteller optimieren ständig Variablen, um die Leistung zu steigern oder die Kraftstoffeffizienz zu verbessern.
Erhöhen Sie den Hubraum. Mehr Hubraum bedeutet mehr Leistung, da Sie mit jeder Umdrehung mehr Kraftstoff verbrauchen. Sie können dieses Ziel erreichen, indem Sie die Zylinder vergrößern oder weitere Zylinder hinzufügen. Zwölf Zylinder gelten im Allgemeinen als praktische Grenze.
Erhöhen Sie das Verdichtungsverhältnis. Höhere Verdichtungsverhältnisse erzeugen bis zu einem gewissen Punkt mehr Leistung. Je stärker Sie das Luft-Kraftstoff-Gemisch verdichten, desto wahrscheinlicher ist es, dass es spontan in Flammen aufgeht, bevor die Zündkerze überhaupt zündet. Benzin mit höherer Oktanzahl verhindert diese frühe Verbrennung. Aus diesem Grund benötigen Hochleistungsautos Premium-Kraftstoff – ihre Motoren nutzen höhere Verdichtungsverhältnisse, um mehr Leistung zu erzielen.
Packen Sie mehr in jeden Zylinder. Wenn Sie mehr Luft (und damit Kraftstoff) in einen Zylinder einer bestimmten Größe stopfen können, erhalten Sie mehr Leistung, ohne dass der für die Verbrennung erforderliche Kraftstoff steigt. Turbolader und Kompressoren setzen die einströmende Luft unter Druck, um effektiv mehr Luft in den Zylinder zu drücken.
Kühlt die einströmende Luft. Das Komprimieren von Luft erhöht ihre Temperatur. Sie möchten eine möglichst kühle Luft im Zylinder, da sich heißere Luft bei der Verbrennung weniger ausdehnt. Viele Autos mit Turbo- und Kompressoraufladung verwenden einen Ladeluftkühler. Hierbei handelt es sich um einen speziellen Kühler, durch den Druckluft strömt, um sich abzukühlen, bevor sie in den Zylinder gelangt.
Luft lässt sich leichter einlassen. Wenn sich ein Kolben im Ansaughub nach unten bewegt, raubt der Luftwiderstand die Leistung. Sie können dies reduzieren, indem Sie in jeden Zylinder zwei Einlassventile einbauen. Einige neuere Autos verwenden polierte Ansaugkrümmer, um dort den Widerstand zu beseitigen. Größere Luftfilter verbessern zudem den Luftstrom.
Lassen Sie die Abgase leichter austreten. Wenn der Luftwiderstand es den Abgasen erschwert, einen Zylinder zu verlassen, wird die Leistung beeinträchtigt. Der Widerstand sinkt, wenn Sie ein zweites Auslassventil hinzufügen. Ein Auto mit zwei Einlass- und zwei Auslassventilen hat vier Ventile pro Zylinder, was die Leistung verbessert. Wenn in einer Autoanzeige steht, dass es vier Zylinder und 16 Ventile hat, bedeutet das vier Ventile pro Zylinder.
Wenn das Auspuffrohr zu klein ist oder der Schalldämpfer einen hohen Widerstand aufweist, entsteht ein Gegendruck, der den gleichen Effekt hat. Hochleistungsabgassysteme verwenden Krümmer, große Endrohre und frei fließende Schalldämpfer, um den Gegendruck zu eliminieren. „Doppelauspuff“ bedeutet zwei Rohre statt einem, um den Durchfluss zu verbessern.
Machen Sie alles leichter. Leichte Teile tragen zu einer besseren Motorleistung bei. Jedes Mal, wenn ein Kolben seine Richtung ändert, verbraucht er Energie, um eine Bewegung zu stoppen und eine andere zu starten. Leichtere Kolben verbrauchen weniger Energie. Dies führt zu einer besseren Kraftstoffeffizienz und Leistung.
Spritzen Sie den Kraftstoff ein. Die Kraftstoffeinspritzung ermöglicht eine präzise Zumessung des Kraftstoffs zu jedem Zylinder. Dies verbessert die Leistung und den Kraftstoffverbrauch.
In den nächsten Abschnitten beantworten wir einige häufig von Lesern gestellte Fragen zum Thema Engine.
Fragen und Antworten zur Engine
Was ist der Unterschied zwischen einem Benzinmotor und einem Dieselmotor?
Bei einem Dieselmotor gibt es keine Zündkerze. Dieselkraftstoff wird in den Zylinder eingespritzt und durch die Hitze und den Druck des Kompressionshubs entzündet sich der Kraftstoff. Dieselkraftstoff hat eine höhere Energiedichte als Benzin, sodass ein Dieselmotor eine bessere Laufleistung hat.
Was ist der Unterschied zwischen einem Zweitakt- und einem Viertaktmotor?
Die meisten Kettensägen und Bootsmotoren verwenden Zweitaktmotoren. Ein Zweitaktmotor hat keine beweglichen Ventile und die Zündkerze zündet jedes Mal, wenn der Kolben die Spitze seines Zyklus erreicht. Ein Loch im unteren Teil der Zylinderwand lässt Gas und Luft hinein. Wenn sich der Kolben nach oben bewegt, wird er komprimiert, die Zündkerze zündet die Verbrennung und die Abgase treten durch ein weiteres Loch im Zylinder aus. Bei einem Zweitaktmotor muss dem Gas Öl beigemischt werden, da die Löcher in der Zylinderwand die Verwendung von Ringen zur Abdichtung des Brennraums verhindern. Im Allgemeinen erzeugt ein Zweitaktmotor für seine Größe viel Leistung, da pro Umdrehung doppelt so viele Verbrennungszyklen stattfinden. Allerdings verbraucht ein Zweitaktmotor mehr Benzin und verbrennt viel Öl, sodass er weitaus umweltschädlicher ist.
Haben Dampfmaschinen irgendwelche Vorteile?
Der Hauptvorteil einer Dampfmaschine besteht darin, dass man alles, was brennt, als Brennstoff verwenden kann. Beispielsweise kann eine Dampfmaschine als Brennstoff Kohle, Zeitungspapier oder Holz verwenden, während ein Verbrennungsmotor reinen, hochwertigen flüssigen oder gasförmigen Brennstoff benötigt.
Warum hat ein Motor acht Zylinder? Warum nicht einen großen Zylinder mit demselben Hubraum haben?
Es gibt mehrere Gründe, warum ein großer 4,0-Liter-Motor acht Halbliter-Zylinder anstelle eines großen 4-Liter-Zylinders hat. Der Hauptgrund ist die Glätte. Ein V8-Motor ist viel ruhiger, weil er statt einer großen Explosion acht gleichmäßig verteilte Explosionen hat. Ein weiterer Grund ist das Anlaufdrehmoment. Wenn Sie einen V-8-Motor starten, treiben Sie nur zwei Zylinder (1 Liter) durch ihre Verdichtungstakte, aber mit einem großen Zylinder müssten Sie stattdessen 4 Liter verdichten.
Inline vs. V-Form
Die Zylinderzahl bestimmt die Persönlichkeit eines Motors. Jeder Zylinder beherbergt einen Kolben. Diese Kolben drehen die Kurbelwelle. Mehr Kolbenpumpen bedeuten mehr Verbrennungsvorgänge pro Sekunde. Strom wird schneller erzeugt. Das ist grundlegende Physik.
Vierzylindermotoren sitzen normalerweise in einer geraden Reihe. Im Einklang. Einfach. Sechszylinder sind oft „V“ angeordnet. Diese kompakte Form ermöglicht kürzere Blöcke. Amerikanische Autohersteller liebten V6-Motoren. Sie waren mächtig. Sie waren still. Aber der Markt hat sich verändert. Die Turboaufladung hat das Spiel verändert.
Der amerikanische Wahrnehmungswandel
Hier zählt die Geschichte. Früher lehnten Verbraucher Vierzylinder-Power ab. Sie dachten, diese Motoren seien langsam. Schwach. Unausgeglichen. Fehlende Beschleunigung. Dann kamen die japanischen Importe. Honda und Toyota begannen in den 1980er und 1990er Jahren mit dem Einbau effizienter Vierzylinder-Motoren. Die Amerikaner sind aufgewacht. Der Toyota Camry verkaufte sich besser als seine amerikanischen Konkurrenten. Der kompakte Motor erlangte Respekt.
Moderne technische Tricks
Heutzutage kann ein Vierzylinder die Leistung eines V6 nachahmen. Schauen Sie sich Fords EcoBoost an. Sie nutzen die Turboaufladung, um mehr Luft in einen kleineren Hubraum zu pressen. Mazda nutzt die SKYACTIV-Technologie für Aerodynamik und Effizienz. Weniger Belastung für den Motor. Bessere Leistung. Auch leichtere Materialien helfen. Der Abstand zwischen den beiden Motortypen wird kleiner.
Wenn Sie noch einen V6 brauchen
Die Ungleichheit hat sich verringert. Aber V6-Motoren haben noch viel zu tun. Sie sind nicht nur für Hochleistungsautos gedacht. Lkw brauchen sie. Wenn Sie einen Anhänger ziehen oder schwere Lasten transportieren, benötigen Sie Drehmoment. Du brauchst rohe Kraft. Effizienz tritt in diesen Szenarien in den Hintergrund. Ein Turbo-Vierzylinder könnte mit der Dauerlast zu kämpfen haben. Der V6 liefert.
Wie Motoren tatsächlich funktionieren
Die Leute fragen oft nach den Grundlagen. Was ist in dieser Metallbox?
Die Kernkomponenten
Das Herzstück des Motors ist der Zylinder. Darin bewegt sich ein Kolben auf und ab. Zu den wichtigsten Teilen gehören:
– Zündkerzen
– Ventile
– Kolbenringe
– Pleuelstangen
– Kurbelwelle
– Der Sumpf
Der Viertaktzyklus
Fast jeder Benzinmotor verwendet einen Viertakt-Verbrennungszyklus. Es wandelt Kraftstoff in Bewegung um.
1. Ansaughub
2. Kompressionshub
3. Verbrennungstakt
4. Auspuffhub
Warum startet es nicht?
Wenn Ihr Auto nicht startet, überprüfen Sie die „großen Drei“.
1. Schlechte Kraftstoffmischung
2. Mangelnde Komprimierung
3. Fehlender Funke
Tausende kleinere Probleme können Probleme verursachen. Aber diese drei sind die Grundlagen.
