Hallo,
Ich würde gerne Wissen wie ein Auto nur mit Benzin fährt. Was passiert im inneren mit dem Benzin?
Vielen Dank
Guten Tag,
Hallo,
Ich würde gerne Wissen wie ein Auto nur mit Benzin fährt. Was
passiert im inneren mit dem Benzin?
Vielen Dank
Hallo!
Wie ein Auto nur mit Benzin fährt? Scheinbar gibt es hier noch keine Antwort. Die Sache ist prinzipiell wenig kompliziert, allerdings recht komplex. Da ja zwischen „fahren“ und „Benzin“ eine Menge Sachen liegen (Motor, Getriebe, usw.) und dahinter wiederum eine Menge Prozesse (physikalisch, mechanisch, chemisch, usw.) stehen.
Ich werde es daher (soweit ich es schaffe) auf das Wesentliche beschränken.
DAS CHEMISCHE PRINZIP:
Wenn du von Benzin sprichst, befindet sich im Wagen ein Verbrennungsmotor. Das heißt, die Basis ist sozusagen ein Feuer. Genauer gesagt, eigentlich eine (kontrollierte) Explosion. Für ein Feuer braucht man grundsätzlich 3 Dinge: Material das verbrennt (Benzin), Sauerstoff (Luft) und die Temperatur.
Mit Benzin allein würde es also mal nicht funktionieren.
Das heißt, das Benzin wird zunächst vom Tank (mit Hilfe einer Pumpe) in Richtung Motor befördert. Bevor Benzin in den Motor gelangt, wird es nun in einem bestimmten Verhältnis (genaugenommen handelt es sich um einen Mischungsbereich, kein konkretes Verhältnis) mit Luft zum einem explosiven Gemisch vermengt. Fällt man aus dem explosiven Verhältnis, explodiert das Gemisch nicht mehr, sondern das Benzin würde nur noch verbrennen. Das ist der Grund, warum Autoexplosionen in Hollywood inszeniert werden müssen: verdampfendes Benzin und die Umgebungsluft müßten sich innerhalb eines bestimmten Bereiches des Mischungsverhältnisses bewegen und dann auch noch z.B. durch einen Funken entzündet werden, dass eine explosionsartige Verbrennung entsteht. Diese Wahrscheinlichkeit ist nicht unmöglich, aber eher gering.
Jedenfalls kommt vor dem Eintritt in den Motor noch Sauerstoff, also Luft dazu (hier könnte man z.B. näher ausführen. Beim Einspritzer beispielsweise wird das Benzin über gesteuerte Düsen in die angesaugte, beim Turbolader in die „reingedrückte“ Luft eingespritzt, während beim Vergaser bespielsweise das Benzin aus einer Kammer, „Schwimmerkammer“, durch Unterdruck den die an einer Düse vorbeiströmende Luft erzeugt, angesaugt).
DAS MECHANISCHE PRINZIP:
Bevor ich auf das Prinzip der Umwandlung von chemischer in mechanische Energie übergehe, nun die Motorbasis.
In den meisten Motoren (Wankel z.B. ausgenommen) befindet sich eine Kurbelwelle. Die Kurbelwelle wandelt eine geradelinige Bewegung in eine Drehbewegung um. Wie kannst du dir das am besten vorstellen? Nun, stell dir zwei gegenüberliegende Kreisscheiben von der Seite vor. Die beiden Scheiben sind an der Innenseite wo sie sich gegenüberstehen mit einem Bolzen verbunden. Dieser sitzt aber nicht mittig, sondern auf dem äußeren Radius der Scheiben. Links und rechts dieses Gebildes, also an den Außenseiten der Scheiben befinden sich ebenfalls „Bolzen“. Diese schließen an das jeweilige Zentrum der Scheibe an. Gesamt ergibt dies eine Welle. Symbolisch mit primitiven Mitteln dargestellt, sähe das von der Seite ungefähr so aus, wobei die beiden senkrechten Striche die Scheiben sind:
-|_|-
Würdest du also jetzt die Scheiben in eine Richtung drehen, drehen sich die Bolzen an den Außenseiten mit = Drehbewegung. Von der Seite gesehen, beschreibt der Bolzen in der Mitte eine Auf- und Abbewegung (= lineare Bewegung), während sich die Scheiben drehen.
Dieser „Zapfen“ der Kurbelwelle, der zwischen den Scheiben läuft, ist nun über das sogenannte Pleuel mit einem Kolben verbunden, welcher sich in einem Zylinder (Volumskörper mit kreisförmiger Grundfläche), in dem Fall oben und unten offen, auf und ab bewegt. Den Kolben kannst du dir, primitiv gesagt, vorstellen wie einen umgekehrten Becher. In diesem Becher befindet sich allerdings ebenfalls ein Bolzen. Dieser Bolzen ist in dieselbe Richtung wie die Kurbelwelle mit dem Kolben verbunden und bewegt sich somit mit dem Kolben auf und ab, allerdings ist er fest in der Mitte des Kolbens platziert und bewegt sich somit nicht (wieder von der Seite gesehen) nach vorne oder hinten.
Wie ich bereits erwähnt habe, sind dieser Kolben und der auf und ab wandernde Zapfen der Kurbelwelle durch das Pleuel miteinander verbunden. Nun wirst du bemerkt haben, dass sich dieser Bolzen der die beiden Kurbelwellenscheiben verbindet, ja eigentlich nicht nur auf und ab bewegt, sondern da sich die Scheiben ja im Kreis drehen, auch nach vorne und zurück (wieder von der Seite gesehen), was der „Kolbenbolzen“ nicht macht. Diesem Problem wird Abhilfe geschaffen, indem das Pleuel (sieht vom Prinzip her etwa so aus: O=O ) nicht fest mit dem jeweiligen Bolzen verbunden ist, sondern dazwischen befindet sich noch jeweils ein Lager. Durch diese drehbare Lagerung steht das Pleuel also nur gerade, wenn der Kurbelwellenzapfen der unsere Auf- und Abbewegung beschreiben den ganz oberen, oder den ganz unteren Punkt erreicht. Ansonsten gleicht das Pleuel durch die bewegliche Lagerung die Vorwärts- und Rückwärtsbewegung dieses Zapfens dadurch aus, dass es entsprechend schräg (also unten außermittig, oben immer mittig) steht.
Auf diese Weise wird im Motor also eine lineare Auf- und Abbewegung in eine Drehbewegung umgewandelt.
Diese Drehbewegung kann nun wiederum übernommen werden und zum Antrieb anderer Dinge verwendet werden. Zum Beispiel indem man an einem Ende der Kurbelwelle eine Riemenscheibe befestigt, dies auch z.B. an einer Lichtmaschine macht und über einen Riemen die Drehbewegung von der Kurbelwelle auf die Lichtmaschine überträgt, wo Strom erzeugt wird. Sprich mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt.
Am anderen Ende der Kurbelwelle wird die Drehbewegung nun, ohne näher darauf einzugehen, auf die Räder des Autos übertragen.
Aber bisher wissen wir noch immer nicht, wie die Sachen zusammenspielen, dass sich der Wagen überhaupt bewegt!
Zum Motor ist abschließend noch zu sagen, dass der Zylinder in dem sich der Kolben bewegt, unten durch den Kolben abgeschlossen wird. Oben ist der Zylinder ebenfalls verschlossen durch den Zylinderkopf (4-Takt-Motor) oder Zylinderdeckel (2-Taktmotor). Dadurch entsteht eine abgeschlossene BRENNKAMMER im Zylinder zwischen Zylinderkopf und Kolben!
Ich versuche generell das einfachste Prinzip zu beschreiben, damit du die Grundlagen verstehst. Je nach Verbrennungsmotor bleibt das Grundprinzip gleich. Die Ausführung kann allerdings variieren.
CHEMISCHE ENERGIE WIRD UMGEWANDELT IN MECHANISCHE ENERGIE:
In einem Motor brauchen wir noch einige Dinge mehr. Ich ziehe nun den 4-Takt-Motor heran, da man damit das Prinzip am besten erklären kann. Die wichtigsten Dinge die noch fehlen, sind also die Ventile und die Zündkerzen!
Eine Zündkerze ist einfach erklärt: Ein elektrisches Bauteil, bei dem kein geschlossener Stromkreis vorliegt, durch dieses jedoch zu einem bestimmten Zeitpunkt (Zündzeitpunkt) eine hohe elektrische Spannung fließt, die dafür sorgt, dass die Unterbrechung des Stromkreises (zwei sich gegenüber liegenden Elektroden) durch einen FUNKENSPRUNG überbrückt wird.
Die Ventile kannst du dir grundlegend wie einen Wasserhahn vorstellen: sind sie offen, lassen sie was durch, sind sie geschlossen, natürlich nicht. Im Auto sehen sie natürlich anders aus und es geht natürlich nicht um Wasser, sondern um unser Benzin-/Luftgemisch, das wir ja bereits zuvor besprochen haben. Im Motor gibt es allerdings Einlass- und Auslassventile. Erstere lassen unser Kraftstoffgemisch (Benzin/Luft) in unseren Brennraum, die Auslassventile lassen die Überreste nach der Verbrennung hinaus aus dem Brennraum (in den Auspuff).
Als nächstes kommen wir zum 4-Takt-Prinzip. Beachte bitte, dass ein Motor in Wirklichkeit wesentlich komplexer ist und die Angaben nur das Funktionsprinzip darstellen. Beispielsweise tritt die Zündkerze schon vor dem oberen Totpunkt in Aktion, da nicht sofort das ganze Gemisch verbrennt! Genauso verschieben sich die Steuerzeiten der Ventile auf Grund Trägheit, usw. Das Prinzip ist jedoch die grundlegende Erklärung, was in einem Motor vorgeht und dient zum Verständnis der Vorgänge.
DAS 4-TAKT-PRINZIP:
Wir nehmen nun unseren Kolben, um unsere Bewegung zu verfolgen und Starten am oberen Punkt der Bewegung (= oberer Totpunkt).
Ist der Kolben ganz oben, wird das Einlaßventil geöffnet. Bewegt sich der Kolben nun nach unten, entsteht in der Kammer ein Unterdruck, welcher dadurch ausgeglichen wird, dass ein Sog im Ansaugtrakt erzeugt wird und das hier zuvor im richtigen Verhältnis vorbereitete Benzin/Luftgemisch ansaugt (kann z.B. auch durch einen Turbolader oder Kompressor reingepresst werden). Das wird erster Takt genannt = Ansaugtakt.
Wenn der Kolben den untersten Punkt im Zylinder erreicht (unterer Totpunkt), wird das oder werden die Einlassventil(e) geschlossen und der Kolben tritt seine Reise nach oben an. Im Zuge dessen wird das vormals angesaugte Kraftstoffgemisch verdichtet. Der zweite Takt heißt daher Verdichtungstakt.
Im Prinzip ähnlich wie ein Druckkopftopf: durch den höheren Druck verbrennt unser Gemisch schneller und stärker. Erst dadurch entsteht eine explosionsartige Verbrennung.
Ist der Kolben an seinem oberen Punkt angekommen und das Gemisch hat nur noch wenig Raum, sprich es ist maximal komprimiert (Verdichtungsverhältnis = größtes Volumen bei Kolben ganz unten vs. kleinstes Volumen bei Kolben am obersten Punkt, z.B. 9,5:1), fährt nun die hohe Spannung durch die Zündkerze, zwischen den gegenüberliegenden Elektroden die sich im Brennraum befinden, entsteht ein Funke und dieser entzündet unser Kraftstoffgemisch.
Das Kraftstoffgemisch wird explosionsartig schnell verbrannt. Der Druck der nun durch die Explosion entsteht, drückt den Kolben nach unten. Der dritte Takt, genannt VERBRENNUNGSTAKT. Dieser Takt wird auch Arbeitstakt genannt, da er hauptverantwortlich ist für die Drehbewebung, die das Fahrzeug später bewegt.
Ist der Kolben nach der Verbrennung wieder unten angelangt, öffnet sich das, oder offenen sich die Auslassventil(e) und während sich der Kolben nach oben bewegt, werden die Verbrennungsrückstände (im Wesentlichen CO2 und Wasser, also H20, neben Nebenprodukten CO, NOx und HC = unverbrannte Kohlenwasserstoffe) in den Auspuff gedrückt. Damit entsteht der vierte, der AUSPUFFTAKT.
Wie bereits vormals erwähnt: durch die Auf- und Abbewebung des Kolbens wird die Kurbelwelle in Rotation versetzt und diese Drehbewebung wird über den Antrieb auf die Räder des Autos übertragen.
Nun gibt es natürlich noch einige Kleinigkeiten zu klären und ich hoffe, ich lasse nichts Wichtiges weg, um deine Fragen zu beantworten.
Die Ventile werden durch die Kurbelwelle gesteuert. Wenn du aufgepaßt hast, drehen sich die Ventile allerdings nur halb so schnell, wie die Kurbelwelle, da die Ventile nur 1x bei JEDER ZWEITEN Ankunft des Kolbens am oberen bzw. unteren Punkt geöffnet werden. Dies läßt sich durch entsprechende Zahnräder (Steuerkette) oder Riemenscheiben (Zahnriemen) im 2:1-verhältnis auslegen.
Weiters haben unterschiedliche Motoren unterschiedliche Zylinderanzahlen. Bei mehreren Zylindern werden die Verbrennungen (meist) nicht gleichzeitig durchgeführt, sondern in regelmäßigen Abständen, um eine möglichst gleichmäßige Drehbewegung und Kraftentfaltung zu erzeugen. Bei einem 4-Zylinder-Motor hat man also beispielsweise 4 Zylinder, 4 Kolben, entsprechend 4 Kurbelwellenzapfen und diese sind … nachdem ein voller Kreis bekanntlich 360° hat, üblicherweise im 90° Winkel versetzt angeordnet und alle 90° Kurbelwellenwinkel kommt es zur Explosion in einem der 4 Zylinder. Beim 6-Zylinder-Motor wird also alle 60° gezündet, usw. (Gibt aber diverse Ausnahmen. Motoren die z.B. jeweils zwei Zylinder gleichzeitig zünden, Motoren die nicht regelmäßig zünden, …).
Eine weitere Sache ist: das Gemisch darf nicht unendlich hoch verdichtet werden, da sich bei zu starker Verdichtung das Gemisch selbst entzündet. Beim Benzinmotor ist dies schädlich. Das sogenannte „Klopfen“. Beim Dieselmotor wird genau dieses Prinzip genützt. Die Glühkerzen dienen also nur als Starthilfe. Während dem Motorlauf wird das Kraftstoffgemisch so hoch verdichtet, dass es sich von selbst entzündet. Deshalb muß man z.B. bei einem Dieselfahrzeug nur vorglühen, solange der Motor kalt ist.
Was du dich inzwischen möglicherweise auch gefragt hast: wie wird dann ein Motor gestartet, wenn 2-Takte nötig sind, bevor die erste Verbrennung stattfindet? Nun, der strombetriebene Starter, ein elektrischer Hilfsmotor dreht den Motor beim Starten, bevor dieser anläuft.
Und die Abschließende Frage: wo kommt eigentlich der Strom für die Zündkerzen und den Starter her? Nun, beim Starten kommt der Motor aus der Batterie. Wenn der Motor läuft, wird wie bereits erwähnt die Kurbelwellendrehung benützt, um die Lichtmaschinen anzutreiben, die nichts anderes ist, als der Dynamo an einem Fahrrad: ein Stromgenerator. Wenn die Lichtmaschine also ihre Arbeitsdrehzahl erreicht, versorgt sie den Wagen mit Strom und lädt auch die Batterie wieder auf.
Ich hoffe, ich konnte damit zumindest grundlegende Fragen klären, obwohl ich mir fast sicher bin, dass nun neue Fragen auftauchen, wie: wie wird das Gemisch aufbereitet, woher kommt der Zündzeitpunkt, wenn die Drehbewebung auf die Räder übertragen wird, warum fährt der Wagen dann nicht gleich los, sprich was passiert wenn ich auf die Kupplung steige und vieles mehr.
Wie gesagt: du hast eine sehr allgemeine Frage gestellt, die sich sehr umfangreich und mit mehreren unterschiedlichen Prinzipien beantworten läßt.
Ich bin mir sicher, dass du auch auf weitere Fragen antworten finden wirst, wenn dich mehr interessiert. Ich hoffe, dass du meine Ausführung dennoch verstanden hast und ich dir zumindest die Frage beantworten konnte, was mit dem Benzin passiert und wie der Wagen dadurch bewegt wird.
In diesem Sinne alles Gute!
Das Benzin wird verbrannt, besser gesagt, es explodiert, wobei vor jeder „Mini-Explosion“ nur eine sehr geringe Menge Benzin in den Motor gespritzt wird.
Durch diese Explosion werden die Kolben im Motor angetrieben, welche das Getriebe und die Räder antreiben. (einfach gesagt)