Die überwiegende Mehrheit der heute verkauften Fahrzeuge (PKW und Nutzfahrzeuge) ist mit Verbrennungsmotoren ausgestattet. In diesem Artikel werden wir beschreiben, wie ein Viertakt-Verbrennungsmotor funktioniert.
Ein Verbrennungsmotor wird als Wärmekraftmaschine klassifiziert. Es wird intern genannt, weil die Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches innerhalb des Motors in einer Brennkammer stattfindet und einige der verbrannten Gase Teil des neuen Verbrennungszyklus sind.
Grundsätzlich wandelt ein Verbrennungsmotor die thermische Energie des brennenden Luft-Kraftstoff-Gemisches in mechanische Energie um. Es wird 4 Hübe genannt, weil der Kolben 4 Hübe benötigt, um einen vollständigen Verbrennungszyklus auszuführen. Der vollständige Name für einen Motor, der einen Personenkraftwagen antreibt, lautet: 4-Takt-Kolben-Verbrennungsmotor, abgekürzt ICE (Internal Combustion Engine).
Lassen Sie uns nun untersuchen, welche die Hauptkomponente eines Eises sind.
Bild: Teile des Verbrennungsmotors (DOHC) |
Legende:
OT – Oberer Totpunkt BDC – Unterer Totpunkt |
Der Zylinderkopf (8) enthält normalerweise die Nockenwelle (n), Ventile, Ventilöffelchen, Ventilrückstellfedern, Funken- / Glühkerzen und Einspritzdüsen (für direkte Einspritzmotoren). Durch den Zylinderkopf fließt die Kühlflüssigkeit des Motors.
Im Motorblock (12) befinden sich Kolben, Pleuel und Kurbelwelle. Wie für den Zylinderkopf, durch den Motorblock fließt Kühlmittel, um die Temperatur des Motors zu steuern.
Der Kolben bewegt sich innerhalb des Zylinders von OT zu OT. Die Brennkammer ist das Volumen, das zwischen Kolben, Zylinderkopf und Motorblock entsteht, wenn sich der Kolben in der Nähe des OT befindet.
In Abbildung 1 können wir den kompletten Satz mechanischer Komponenten eines ICE untersuchen. Einige der Komponenten sind fest (z. B. Zylinderkopf, Zylinderblock) und einige bewegen sich. In der folgenden Abbildung sehen wir uns den beweglichen Hauptteil eines ICE an, der den Gasdruck im Zylinder in mechanische Kraft umwandelt.
Bild: Bewegliche Teile des Verbrennungsmotors
Legende:
- Nockenwellenritzel
- Kolben
- Kurbelwelle
- Pleuel
- Ventil
- Ventilschaufel
- Nockenwelle
Die Drehung der Nockenwelle ist mit der Drehung des die Kurbelwelle durch einen Zahnriemen oder eine Kette. Die Position der Einlass- und Auslassventile muss genau mit der Position des Kolbens synchronisiert sein, damit die Verbrennungszyklen entsprechend ablaufen können.
Ein kompletter Motorzyklus für einen 4-Takt ICE hat folgende Phasen (Hübe):
- Einlass
- Kompression
- Leistung (Expansion)
- Auslass
Ein Hub ist die Bewegung des Kolbens zwischen den beiden Totpunkten (unten und oben).
Nun, da wir wissen, welche Komponenten eines ICE sind, können wir untersuchen, was in jedem Hub des Motorzyklus passiert. In der folgenden Tabelle sehen Sie die Position des Kolbens zu Beginn jedes Hubs und die Details zu den Ereignissen, die im Zylinder stattfinden.
Hub 1 – EINLASS
Einlasshub des Verbrennungsmotors |
Zu Beginn des Einlasshubs befindet sich der Kolben nahe am OT. Das Einlassventil wird geöffnet, der Kolben beginnt sich in Richtung BDC zu bewegen. Luft (oder Luft-Kraftstoff-Gemisch) wird in den Zylinder gesaugt. Dieser Hub wird als ANSAUGUNG bezeichnet, da frische Luft / Gemisch in den Motor aufgenommen wird. Der Ansaughub endet, wenn sich der Kolben am BDC befindet.
Während des Ansaugtakts verbraucht der Motor Energie (die Kurbelwelle dreht sich aufgrund der Trägheit der Komponenten). |
Hub 2 – KOMPRESSION
Verdichtungshub des Verbrennungsmotors |
Der Kompressionshub beginnt mit dem Kolben bei BDC, nachdem der Einlasshub beendet ist. Während des Kompressionshubs sind beide Ventile, Einlass und Auslass, geschlossen und der Kolben bewegt sich in Richtung OT. Wenn beide Ventile geschlossen sind, wird die Luft / das Gemisch komprimiert und erreicht den maximalen Druck, wenn sich der Kolben in der Nähe des OT befindet.
Bevor der Kolben den OT erreicht (aber sehr nahe daran), während des Kompressionshubs:
Während des Kompressionstakts verbraucht der Motor Energie (die Kurbelwelle dreht sich aufgrund der Trägheit der Komponenten), mehr als der Ansaugtakt. |
Hub 3 – LEISTUNG
Leistungshub des Verbrennungsmotors |
Der Krafthub beginnt mit dem Kolben im OT. Beide Ventile, Einlass und Auslass, sind noch geschlossen. Die Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches begann am Ende des Kompressionshubs, was zu einem deutlichen Druckanstieg im Zylinder führt. Der Druck im Inneren des Zylinders drückt den Kolben nach unten, in Richtung BDC.
Nur während des Arbeitstakts erzeugt der Motor Energie. |
Hub 4 – AUSPUFF
Abgashub des Verbrennungsmotors |
Der Auslasshub beginnt mit dem Kolben am BDC, nachdem der Arbeitstakt beendet ist. Während dieses Hubs ist das Auslassventil geöffnet. Die Bewegung des Kolbens vom BDC zum OT drückt die meisten Abgase aus dem Zylinder in die Abgasrohre.
Während des Abgastakts verbraucht der Motor Energie (die Kurbelwelle dreht sich aufgrund der Trägheit der Komponenten). |
Wie Sie sehen, muss der Kolben 4 Hübe ausführen, um einen vollständigen Verbrennungszyklus zu haben. Dies bedeutet, dass ein Motorzyklus zwei vollständige Umdrehungen der Kurbelwelle (720 °) benötigt.
Der einzige Hub, der Drehmoment (Energie) erzeugt, ist der Krafthub, alle anderen verbrauchen Energie.
Die lineare Bewegung des Kolbens wird durch die Pleuelstange in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgewandelt.
Zum besseren Verständnis fassen wir die Kolben-Ausgangsposition, die Ventilposition und die Energiebilanz für jeden Hub zusammen.
| Hub reihenfolge | Hub name | Kolben initial position | Intake ventil zustand | Auspuff ventil zustand | Energie balance |
| 1 | Einlass | OT | Offen | Geschlossen | Verbraucht |
| 2 | Kompression | BDC | Geschlossen | Geschlossen | Verbraucht |
| 3 | Leistung | OT | Geschlossen | Geschlossen | Produziert |
| 4 | Auspuff | BDC | Geschlossen | Offen | Verbraucht |
In der Animation unten sehen Sie deutlich, wie der Verbrennungsmotor funktioniert. Achten Sie auf die Kolbenposition, die Ventilposition, den Zeitpunkt der Zündung und die Abfolge der Hübe.
AnimationVerbrennungsmotor