Technischer Umriss – hier geht es ausschließlich um den Benzinmotor.

Dieser Beitrag richtet sich an alle, die sich in das Thema einlesen und sich in die Kfz-Technik einarbeiten wollen. Die französischen Fachbegriffe stehen in Mouseover-Quickinfosinfobulles zur Verfügung.

Ein Benzinmotormoteur à essence ist ein Verbrennungsmotormoteur thermique, moteur à combustion (interne), der durch die Verbrennungcombustion eines Kraftstoff-Luft-Gemischscombustion d’un mélange essence-air die im Kraftstoff enthaltene chemische Energie in mechanische Energie umwandelt: Die Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemischs setzt Wärme frei und produziert die nötige mechanische Energie. Die Verbrennung des verdichteten Gemischs wird durch einen Funkenétincelle ausgelöst, der von einer Zündkerzebougie erzeugt wird – daher spricht man von Fremdzündungallumage commandé, allumage externe.

Beim Dieselmotor kommt es infolge der hohen Temperatur und des hohen Drucks zur Selbstentzündung des Brennstoffs. Der Dieselmotor wird zu einem späteren Zeitpunkt in einem separaten Artikel behandelt.

Fahrzeuge, die mit Erdgasgaz naturel, Flüssiggas (auch LPG)GPL, gaz de pétrole liquéfié oder Wasserstoffhydrogène betrieben werden, funktionieren ebenfalls nach dem Prinzip der Fremdzündung.

Wie funktioniert’s (beim 4-Taktermoteur 4 temps)?

Das Gemisch aus Benzin und Sauerstoff ist Voraussetzung für die Verbrennung und wird bei der Ansaugung vorbereitet. Um eine zündfähige Gemischbildung herzustellen, benötigt der Benzinmotor eine Einspritzanlagesystème d’injection für die Einspritzung oder einen Vergasercarburateur.

1. Ansaugungadmission: Über das geöffnete Einlassventilsoupape d’admission wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch angesaugtaspiré. Dabei liegt die Temperatur beim Ansaugen bei ca. 100°C, der Druck etwa bei 01 – 0,3 bar.
2. Verdichtungcompression : Das Gemisch wird bei geschlossenen Ventilen durch den Kolbenpiston in seiner Aufwärtsbewegung verdichtet. Die Verdichtungsendtemperatur liegt bei 350 – 500°C, der Druck steigt auf 10 bis 18 bar. Am Ende des zweiten Taktes erfolgt die Zündung durch die Zündkerzen.
3. Verbrennungcombustion: Dann wird das Gemisch verbrannt, dadurch steigen Temperatur und Druck, sodass der Kolben im Zylindercylindre nach unten gedrückt wird. Die Temperatur liegt bei max. 2000 – 2500°C, der Druck steigt auf 30 bis 40 bar. Die Längsbewegungmouvement alternatif, mouvement de va-et-vient des Kolbens wird dabei über die Pleuelstangebielle auf die Kurbelwellevilebrequin weitergeleitet und in eine Drehmomentbewegung umgesetzttransformé en mouvement rotatif.
4. Ausstoßenéchappement: Über das geöffnete Auslassventil und den sich nach oben bewegenden Kolben werden die Abgase aus dem Brennraum geleitetles gaz issus de la combustion sont évacués. Sobald sich der Kolben wieder nach unten bewegt, saugt er die nächste Ladung des Kraftstoff-Luft-Gemischs an, und der Prozess beginnt von vorne.

Die Verbrennungcombustion

erzeugt einerseits Wärmecréation de chaleur, andererseits die nötige Kraft zur Bewegung des Kolbensforce nécessaire pour actionner le piston, der über die Pleuelstange mit der Kurbelwelle verbunden ist und die Hin- und Herbewegung in eine Drehmomentbewegung umwandelt (s. Pkt. 4 oben).

Das Gemisch besteht aus Benzin (Kohlenwasserstoffehydrocarbures, hauptsächlich C₉H₂₀) und Luft (Sauerstoff O₂ zu 25 % und Stickstoff N₂ zu 75 %). Ein Funke löst eine heftige chemische Reaktion aus, die theoretisch Kohlendioxid (CO₂), Wasser (H₂O) und Wärme erzeugt.

Für eine totale (stöchiometrische) Verbrennungcombustion totale (stœchiométrique) ist ein Verhältnis von 1 g Benzin (HC) für 14,7 g Luft (O₂ und N₂) erforderlich. Tatsächlich ist die Verbrennung aber nie wirklich vollständig, da das Gemisch nicht zu 100 % homogen ist.

• Wenn mehr Benzin als nötig enthalten ist, spricht man von einem reichen Gemischmélange riche, in diesem Fall entsteht wegen des fehlenden Sauerstoffs Kohlenmonoxid (CO) , außerdem verbleiben unverbrannte Kohlenwasserstoffehydrocarbures imbrûlés.
• Wenn bei der Verbrennung dagegen nicht ausreichend Benzin vorhanden ist, spricht man von einem armen Gemischmélange pauvre. Die Verbrennungstemperaturen im Zylinder sind höher, Sauerstoff und Stickstoff reagieren miteinander und bilden u. a. giftige Stickstoffoxide (auch Stickoxideoxydes d’azote, Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO₂), meist zusammengefasst als NOx).

Ein Teil der bei der Verbrennung freigesetzten Energie geht in Form von Wärme verloren – man spricht von Abwärmechaleur perdue, zugleich muss der Motorblockbloc moteur gekühlt werden. Der Wirkungsgradrendement global eines Benzinmotors liegt unter optimalen Bedingungen bei etwa 30 bis 35 %, bei voller Leistung und hohen Drehzahlen etwas niedriger.

Die Zündungallumage

ist für die Leistung des Motors besonders wichtig. Der ideale Verbrennungsmoment ist der obere tote Punkt (mit dem Kolben an der höchsten Position). Der Zündfunkeétincelle muss also kurz vorher erzeugt werden. Aus verschiedenen Gründen und abhängig von der Position variiert diese Vorlauffrist der Zündungavance à l’allumage. In jedem Fall muss dieser Punkt präzise kontrolliert werden, da eine falsche Einstellung den Wirkungsgrad des Motors reduzieren oder den Katalysatorpot catalytique beschädigen kann und somit die Schadstoffemissionenémissions polluantes erhöhen würde.

Die Oktanzahlindice d’octane misst die negative Zündungswilligkeitrésistance à l’auto-inflammation des Kraftstoffs und steht für die sog. Klopffestigkeitpouvoir antidétonant des Kraftstoffs. Durch eine gleichmäßige und homogene Verbrennung kann die durch die Explosion freigesetzte Energie optimal in Bewegungsenergie umgewandelt werden.

Die Kraftübertragungtransmission

Anders als ein Elektromotor kann der Benzinmotor – ebenso wenig wie alle anderen Verbrennungsmotoren – ohne eine vorhandene Drehbewegung kein Drehmoment liefernfournir du couple. Bekanntermaßen erfordert der Straßenverkehr aber ganz unterschiedliche Geschwindigkeiten. Daher ist eine mechanische Trennung von Rädern und Antriebswelle des Motors désolidariser l’arbre (du moteur) des roues erforderlich, eine Funktion, die von der Kupplungembrayage übernommen wird. Außerdem kann der Motor nur in einem begrenzten Bereich arbeiten, oberhalb und unterhalb einer bestimmten Drehzahlrégime (de rotation) kann er nicht mehr das Drehmoment liefern, das der Fahrer beispielsweise benötigt, um einen Hang hinaufzufahren oder um zu beschleunigen. Die Rolle des Getriebes (manuell oder automatisch)boîte de vitesse (manuelle ou automatique) besteht darin, den Rädern das Drehmoment zu liefern, das der Fahrer benötigt.

Der Katalysatorpot catalytique (aussi : catalyseur)

Abgasegaz d’échappement von Verbrennungsmotoren enthalten eine Reihe von Schadstoffenpolluants, die größtenteils durch unvollständige Verbrennungcombustion incomplète entstehen. Dabei handelt es sich u. a. um unverbrannte Kohlenwasserstoffe – entweder ursprüngliche Bestandteile des Krafstoffscarburant oder chemische Zwischenprodukte – um das giftige Kohlenmonoxid (CO). Und aus dem Stickstoff und Sauerstoff der Verbrennungsluft entstehen bei hohen Verbrennungstemperaturen Stickoxide wie NO₂ (Stickstoffdioxid) und NO (Stickstoffmonoxid).

Die optimalen Bedingungen für eine vollständige Verbrennung (angemessene Luftzufuhr, nicht zu schneller Ablauf, günstige Temperatur der Flamme, die beim Weg aus der Flamme nicht zu schnell absinkt) sind jedoch z. B. bei Ottomotoren (und bei Dieselmotoren) kaum realisierbar, insbesondere bei höheren Drehzahlen. Auch die wechselnden Lastfällevariations de charge machen die Kontrolle der Verbrennungsvorgänge schwierig.

Hier kommt der (3-Wege-)Katalysatorpot catalytique (trois voies) (aussi : catalyseur) ins Spiel. Dazu wird es zu einem späteren Zeitpunkt einen separaten Beitrag geben.

(Beitragsbild von Kevin P, pixabay – herzlichen Dank)