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Schule > Physik > Mechanik > Referat: Der Motor

Der Verbrennungsmotor

Definition
Generell versteht man unter einem Verbrennungsmotor eine Wärmekraftmaschine die durch die Verbrennung von Kraftstoff mechanische Arbeit verrichtet. Es gibt einige verschiedene Versionen von Verbrennungsmotoren aber im Kfz-Bereich werden normalerweise nur zwei Typen von Verbrennungsmotoren verwendet. Bei Pkws, Lkws, Schiffen und Flugzeugen wird ausschließlich der Vier-Takt-Motor verwendet, bei Motorrädern der Zwei-Takt-Motor. Da beide Motorenarten sich sehr ähneln werde ich im Folgenden nur auf den Vier-Takt-Motor näher eingehen.

Aufbau
Ein Motor besteht aus einem Zylinder mit einem darin befindlichen Kolben. Dieser Kolben kann sich im Zylinder nur nach oben oder nach unten bewegen und ist mit der Pleuelstange verbunden. Diese ist wiederum mit der Kurbelwelle verbunden. Die Kurbelwelle dient dafür um die geradlinige Bewegung in eine Drehbewegung umzuwandeln. Der Raum des Zylinders in dem sich der Kolben bewegt nennt man Hubraum. Der darüber liegende Raum wird als Verbrennungs- oder Verdichtungsraum bezeichnet. Im Verbrennungsraum sind zwei Ventile eingelassen durch die der Kraftstoff in den Zylinder gelangt und wieder entweichen kann. Die Ventile besitzen eine Feder, die sie dafür sorgt, dass das Ventil geschlossen bleibt. Für das Öffnen der Ventile ist die Nockenwelle zuständig. Sie ist eine eierförmige Stange die sich unterhalb des Ventils dreht. Bei jeder Umdrehung drückt die Nockenwelle das Ventil durch die Eierform nach oben und gibt dadurch den weg von Außen in den Zylinder frei. Oben in den Verbrennungsraum ragt die Zündkerze herein, die am Ende des zweiten Taktes durch einen Funken das Gas entzündet.

Funktionsweise
Der Kreislauf des Vier-Takt-Motors besteht, wie der Name schon sagt, aus vier Takten: 1. Der Ansaughub
2. Der Verdichtungshub
3. Der Verbrennungshub

4. Der Auspuffhub
Beim Ansaughub befindet sich der Kolben an seinem oberen Totpunkt d.h. der höchste Punkt den der Kolben im Zylinder erreichen kann. Das Einlassventil steht offen, der Kolben bewegt sich nach unten, erzeugt dadurch einen Unterdruck und zieht die Luft oder das Luft-Kraftstoffgemisch in den Zylinder. Wenn der Kolben den unteren Totpunkt erreicht schließt sich das Ventil und der zweite Takt beginnt. Beim Verdichtungshub sind beide Ventile geschlossen und der Kolben bewegt sich nach oben. Dadurch verdichtet er das Luft-Kraftstoffgemisch. Wenn der Kolben seinen oberen Totpunkt erreicht hat, wird das Gemisch durch den Funken der Zündkerze verbrannt und der dritte Takt beginnt. Der Verbrennungshub wird auch als Arbeitstakt bezeichnet. Durch die Verbrennung wird der Kolben nach unten gedrückt und gibt die Bewegung über die Pleuelstange an die Kurbelwelle und diese schließlich an die Räder weiter. Wenn der Kolben seinen unteren Totpunkt erreicht hat öffnet sich das Auslassventil und der vierte Takt beginnt. Der Kolben bewegt sich nach oben und das verbrannte Gemisch wird aus dem Zylinder gedrückt. Nun beginnt der Kreislauf wieder von vorne.

Der Hubraum (Definition)
Als Hubraum wird der Raum des Zylinders bezeichnet, der zwischen dem oberen und unteren Totpunkt des Kolben liegt. Der darüber liegende Raum wird als Verdichtungsraum bezeichnet. Hubraum plus Verdichtungsraum ergeben zusammen den Zylinderinhalt. Nach dem Hubraum wird auch die Kfz-Steuer bemessen.

Der Hubraum (Berechnung)
Der Hubraum wird durch die Formel für die Volumenberechnung eines Zylinders berechnet: r²* *h, wobei r²* der Flächeninhalt des Kolbens ist und h die Länge des Hubes. Als Beispiel für die Berechnung des Hubraums nehmen wir eine Bohrung, d.h. der Durchmesser des Kolbens, von 70mm an und einen Hub von 90mm. Daraus ergibt sich folgende Gleichung: 35mm²* *90mm=346cm³.
Verdichtung

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