Suche

A     B     C     D     E     F     G     H     I     J     K     L     M     N     O     P     Q     R     S     T     U     V     W     X     Y     Z




Formeln
Alle Tests
Buchladen
 F7 F9



Kfz-Technik - Luft


Benzin-Saugrohreinspritzung: Luft, Kraftstoff, Zündung


Durch die Gemischbildung soll erreicht werden, dass Kraftstoff besonders beim Benzinmotor mit Luft in einem bestimmten Verhältnis vermischt wird und mit bestmöglicher Energieausbeute und Umweltverträglichkeit verbrennt. Diese Einspritzung erfolgt bei allen Dieselmotoren und Benzin- Direkteinspritzern immer in den Brennraum. Sie wird deshalb 'Innere Gemischbildung' genannt, während z.B. die Benzin-Saugrohreinspritzung (Bild oben) eine 'Äußere Gemischbildung' ist.

Benzin-Direkteinspritzung: Luft, Kraftstoff, Zündung


Diesel-Direkteinspritzung: Luft, Kraftstoff


Papier-Luftfilter


Bei manchen jungen Leuten erfreut sich dieser Luftfilter großer Beliebtheit, hoffentlich auch immer mit der notwendigen Zulassung. Er tut das, was die gewöhnlichen Luftfilter möglichst vermeiden sollten. Durch eine andere Porengröße isoliert er das Motorgeräusch schwächer und lässt wohl auch die Ansaugluft leichter passieren. Ein höherer Motorverschleiß wäre die Folge.
Im Normalbetrieb soll ein Luftfilter zum Gehäuse hin vollständig abdichten und keine ungefilterte Luft in den Motor lassen. Meist unterschätzt wird beim Luftfilter die Dämpfungseigenschaft für den Ansaugluftstrom. Ohne Filter sind die Ansauggeräusche wesentlich besser wahrnehmbar und auch einiges von der Motormechanik.

Verstopfte Luftfilter erhöhen den Spritverbrauch.

Neben der richtig ausgelegten Gummiabdichtung ist die Wahl des Filterpapiers für Filterhersteller wichtig. Die Porengröße muss exakt mit der vom Hersteller verlangten maximal zugelassenen Teilchengröße (ca. 4 - 6 Tausendstel Millimeter) übereinstimmen. Im weiteren Verlauf des Saugrohres gibt es inzwischen bei Benzin- und Dieselmotor Luftmassenmesser, die sehr empfindlich auf Schmutzablagerungen reagieren. Fehlmessungen und dauerhafter Belag können die Folge sein.
Insgesamt werden also an das Filterpapier hohe Anforderungen gestellt. Es muss exakte und stabile Falten bilden, und die Größe der Oberfläche sollte bei Austausch- Filtereinsätzen denen der Originale entsprechen. Es sollte einwandfrei imprägniert sein, um auch bei Feuchtigkeit seine Form und Funktion zu behalten.

Ansauggemisch-Beheizung


Die Mehrpunkteinspritzung braucht keine Ansauggemisch-Vorwärmung, weil dieses erst am Ende des Saugrohres oder im Brennraum gebildet wird. Sinnvoll ist sie nur bei Motoren, deren Gemisch am Anfang des Ansaugrohres entsteht. Dies ist bei der Zentraleinspritzung und beim Einfachvergaser bzw. dem Registervergaser der Fall. Hier kann sich der Kraftstoff an den kalten Saugrohrwänden niederschlagen und deshalb für die Bildung eines zündfähigen Gemisches verloren gehen. Man muss also bei und nach dem Kaltstart das Gemisch noch stärker anfetten und das schlägt sich besonders in höheren Kohlenwasserstoffanteilen im Abgas und natürlich auch in höherem Motorverschleiß und Kraftstoffverbrauch nieder.
Meist direkt unterhalb der Drosselklappe(n), noch bevor sich das Saugrohr auf die einzelnen Zylinder verteilt, wird von unten ein sogenannter "Igel" angebracht. Seine Stacheln ragen dadurch weit in den Saugrohrquerschnitt hinein. Er wird zunächst mit hoher Stromstärke (ca. 30 A) elektrisch beheizt und erwärmt sehr rasch das Luft-Kraftstoff-Gemisch. Der Kraftstoff kondensiert nicht mehr so stark an den Zylinderwänden.
Durch die PTC-Eigenschaft der elektrischen Gemischvorwärmung senkt sich der Strombedarf mit der Erwärmung. Das Bauteil kann abgeschaltet werden, wenn entweder die Beheizung vom Kühlmittel-Kreislauf übernommen oder nicht mehr gebraucht wird. Denn ein beheiztes Saugrohr ist bei betriebswarmem Motor ungünstig für die Leistung und den Wirkungsgrad. Vorsicht ist übrigens geboten, die Zündung für längere Zeit eingeschaltet zu lassen ohne den Motor zu starten. Ist hier im Steuergerät keine entsprechende Abschaltung vorhanden, so ist die Batterie relativ schnell entladen.

Ansaugrohr (verstellbar)


Erst relativ spät wurde die wichtige Rolle des gesamten Ansaugsystems für die Gemischbildung und damit für die Leistungsentfaltung des Motors erkannt. Bei Rennfahrzeugen war das anders. Im Bild ganz unten ist zu sehen, wie ein Lufttrichter geformt sein muss, damit die Strömung an seiner Wand nicht abhebt und dadurch Wirbel bildet.


Bei der Abgasanlage haben die Versuche der Hersteller schon viel früher begonnen. Auch der Lkw-Diesel-Direkteinspritzer wurde fast von Beginn an mit Drallkanälen ausgestattet. Bei den meisten Benzin-Motoren unterschied sich das Saugrohr nur, wenn statt eines Einfach- ein Registervergaser eingebaut wurde. Bei Vierzylindern mit zwei oder Sechszylindern mit drei Flachstrom-Doppelvergasern blieb fast überhaupt kein Saugrohr mehr übrig.

Es galt nur die Regel:
- längeres Ansaugrohr -> Drehmomentsteigerung (niedrigere Drehzahl),
- kürzeres Ansaugrohr -> Leistungssteigerung (höhere Drehzahl).

Heute will man beides und erreicht dies neuerdings sogar durch ein in der Länge in Stufen oder kontinuierlich verstellbares Ansaugsystem. Die (Mehrpunkt-)Einspritzanlage ergibt auch viel mehr Design- Möglichkeiten. Dazu gehören oft auch zwei nacheinander öffnende Drosselklappen, um den Leistungsschub kontinuierlicher zu gestalten. Inzwischen werden sowohl die Drosselklappe(n) (E-Gas) als auch die Längenumschaltung vom Motormanagement gesteuert.
Ein wichtiges Phänomen bei der Gestaltung von Saugrohren ist der Resonanz-Effekt, der auch bei der Abgasanlage genutzt wird. Auf ihn muss bei der Bestimmung der Rohrlängen besonders geachtet werden. Wie wichtig er ist, kann man daran erkennen, dass z.B. die Fa. BMW noch lange Jahre nach der Umstellung auf Luftmassenmesser es bei den Vierzylinder-Motoren bei Luftmengenmessern beließ. Der Grund war, dass hier in bestimmten Betriebsbereichen die Schwingungen der Frischgassäule so stark waren, dass sie von den empfindlicheren Luftmassenmessern mehrmals erfasst und damit falsch gemessen wurden. Heute ist das wohl immer noch so, doch die Fehlmessung wird elektronisch berücksichtigt.

Bei der besseren Füllung für Verbrennungsmotoren können auch Zusatzvolumen im Ansaugsystem helfen. Beim Helmholtz-Resonator erreicht man durch die Elastizität eines größeres Luftvolumens zusammen mit der Trägheit einer Luftsäule Eigenschwingungen, die den einzelnen Zylindern mehr Luft zuführen. Zu finden ist ein solches System z.B. am Porsche Carrera GT.
Nicht nur Schwingungen im Ansaugsystem (dynamische Aufladung) sind wichtig. Inzwischen wird auch der Fahrtwind wieder mehr zur Aufladung genutzt. Saugen zweispurige Fahrzeuge meist irgendwo an der Seite oder aus dem Radkasten an, so wird vorwiegend bei Motorrädern der enorme Winddruck bei höheren Geschwindigkeiten in Airboxen gesammelt und dem Motor zugeführt. Dazu gehört natürlich eine besondere Gestaltung der Front-Verkleidung. Vorreiter für Airboxen war wohl der Rennsport (Formel 1).

Ansaugsystem


Das Ansaugsystem soll den Ladungswechsel unterstützen. Je höher der Liefergrad, umso effektiver ist der Ladungswechsel. Unter dem Liefergrad versteht man das Verhältnis von tatsächlicher zu theoretisch möglicher Füllung des Zylinders. Viel Luft bedeutet auch einen höheren Sauerstoffanteil an der Füllung. Außerdem sind die Sauerstoffanteile bei leicht verdichteter Luft auch dichter gepackt und damit die Brennwege kürzer.

Eine große Hilfe für eine bessere Füllung war die Einführung des Querstrom-Zylinderkopfes bei Rennmotoren vor und bei Serienmotoren nach der Mitte des vorigen Jahrhunderts. Hierbei sind Ein- und Auslaß nicht auf einer (Gegenstromkopf), sondern auf verschiedenen Seiten des Hubkolbenmotors angeordnet. Die ankommenden Frischgase können in nahezu gleicher Bewegungsrichtung den Brennraum wieder verlassen und müssen nicht umkehren. Damit wurde auch die Mehrventiltechnik mit optimalem Öffnungsquerschnitt für die Ventile und ideal zentraler Anordnung der Zündkerze (Bild oben) möglich.
Der Gegenstrom-Zylinderkopf hatte früher noch den Vorteil der wirksameren Vorwärmung des Gemisches beim Kaltstart durch den darunter liegenden Abgaskrümmer. Dieser Vorteil erwies sich aber als Nachteil beim warmem Motor. So ist die (später auch thermostatisch gesteuerte) Ansaugluft-Vorwärmung selten geworden. Der einzig verbleibende Nachteil des Querstromkopfes, die Aufteilung des Motors in eine warme Abgas- und eine kalte Ansaugseite, muss durch Konstruktion und Werkstoffwahl ausgeglichen werden.
Wie man in dem Bild ganz oben erkennen kann, ist jetzt Platz geschaffen für ein mächtiges, in diesem Fall sogar verstellbares Saugsystem. Es wird inzwischen in Aluminium oder Kunststoff ausgeführt. Dabei ist der Kunststoff bis 140°C hitzefest und spart gegenüber Aluminium noch einmal ein Drittel des Gewichts. Innen soll das Saugsystem möglichst glatte Flächen und keine Stufen aufweisen. Auch der Anfang des Luftsystems und der Übergang zum Luftfilter bedürfen besonders sorgfältiger Konstruktion.

Mittlere Strömungsgeschwindigkeit

Saugrohr: ca. 50 - 200 m/s

Ansaugrohr (verstellbar)


Lösung

Der Sechszylinder-V-Motor kommt den Platzbedürfnissen des variablen Ansaugsystems ideal entgegen, bietet er doch zwischen den beiden Zylinderbänken genügend Platz. Im Vordergrund unten sehen Sie den Eingang mit der Drosselklappe und ihrem Stellmotor. Rechts daneben sind sogar noch die Hauptteile der Abgasrückführung sichtbar. In dem kompletten zylinderförmigen Teil kann in der Mitte eine Trommel so gedreht werden, dass der Weg der Ansaugluft stufenlos verkürzt oder verlängert werden kann, zum Nutzen von Drehmoment und Leistung.

Zylinderabschaltung


Es klingt verlockend. Man hat einen kräftigen Motor mit vielen Zylindern unter der Haube, braucht aber nur dann mehr Kraftstoff, wenn die Mehrleistung auch ausgenutzt wird. Ansonsten werden Zylinder einfach abgeschaltet. Rein theoretisch spart man sogar noch Drosselverluste, weil jetzt mehr Gas gegeben werden muss.
Leider war die Realisierung wieder einmal schwieriger als die Ideenfindung. In der Geschichte des Verbrennungsmotors hat es genügend Motoren mit mehr als einer Kurbelwelle gegeben. Bei diesen könnte man Motorteile mechanisch vollkommen abschalten. Jedoch waren diese Motoren technisch aufwendig und schwer. Für unsere heutigen Motoren müssen die Zylinder weiter mitlaufen. Mit abgeschalteter Einspritzung (und Zündung) wirken sie wie eine Luftpumpe, was die Lambdaregelung ganz schön durcheinander bringen kann.

Alle Zylinder arbeiten . . .


Da ohnehin eher Motoren ab Sechszylinder betroffen sind, kann man (z.B. bei V-Motoren) auch ganze Zylinderbänke stilllegen. Das wiederum kann zur Unterkühlung führen. Evtl. reicht das Verdichten und anschließende Expandieren von Luft nicht aus, um die Motortemperatur zu halten. Und was, wenn dieser unterkühlte Motorteil plötzlich die volle Leistung abgeben muss? Vielleicht kann ja die Regelung die arbeitenden Zylinder beständig wechseln oder das Kühlmittel bzw. die Abgase entsprechend umleiten. Es gibt sogar Systeme, die mit Hilfe einer variablen Ventilsteuerung rasch wechseln und dabei heiße Altgase möglichst lange im Zylinderraum behalten.

Die mittleren beiden Zylinder sind abgeschaltet . . .


Wichtig ist jedenfalls, dass der/die Fahrer(in) davon möglichst wenig bemerkt. Bei einem Vierzylinder dürfte das aber nicht ganz einfach sein. Hier ist dann schon bei manchen Motoren zusätzlicher Aufwand in Form von Ausgleichswellen gefragt. Bei der Zylinderabschaltung besteht also die Gefahr, dass der Aufwand in keinem vernünftigen Verhältnis zum Nutzen steht. Schwierig ist das Problem auch für das Marketing. Wenn man z.B. Dieselmotoren mit geringer Zylinderzahl und hohem Drehmoment bei geringem Kraftstoffverbrauch nimmt. Wenn man deren Nachteile wie rauen Motorlauf vermeiden will, ist ein Motor mit höherer Zylinderzahl dann nicht die Lösung des Problems, wenn dieser durch Zylinderabschaltung wieder einen Teil seines weicheren Laufs einbüßt.

Zylinderabschaltung wird sogar bei Rennmotorrädern eingesetzt, um die Drehmomentabgabe des Motors besser unter Kontrolle zu halten, hier allerdings ohne Einfluss auf die Ventile.


Zylinderabschaltung 2


Die neuste Abschaltung der beiden mittleren von vier Zylindern geht radikal vor. Hier bleiben sowohl die beiden Motorventile je Zylinder als auch die Einspritzventile geschlossen und sogar die Energie für die Zündfunken spart man ein. Immerhin verdichtet und expandiert Luft in den beiden Zylindern, was etwas zur Erhaltung der Temperatur dort beiträgt.

Eigentlich ist diese Abschaltung ein Produkt von Verstellmöglichkeiten an den Nockenwellen. Ursprünglich wollte man nur an der Einlassnockenwelle mit zwei verschiedenen Nocken fahren und diese im laufenden Betrieb umschalten. Da erhält ein spritsparendender Motor einen zweiten Wind, wenn dem/der Fahrer/in danach ist.

Es gab also zwei Nocken dicht nebeneinander, einen normalen und einen sportlichen. Das Nockenpaar auf seiner Welle drehfest, aber in Längsrichtung verschiebbar. Damit wäre z.B. bei Verschiebung zur einen Seite der normale und zur anderen Seite der sportliche Nocken wirksam. Im Falle der Zylinderabschaltung wird allerdings zwischen einem Normal- und einem Nullnocken hin- und hergeschaltet.

Dieses Hin- und Herschalten erfolgt durch zwei elektromagnetisch betätigbare Metallstifte, die exakt den Abstand der Nockenbreite haben. Wird der linke betätigt, schiebt er die gesamte Hülse mit den beiden Nocken nach links. Der rechte Metallstift bewirkt die gleiche Verschiebung nach links. Es darf also immer nur einer zur gleichen Zeit betätigt werden.

Bei elektromagnetischer Ansteuerung greift der jeweilige Stift in eine Nut, die die Hülse nach etwa einer halben Umdrehung in die entsprechende Richtung verschiebt. Dabei helfen kleine federbelastete Kugeln, die ähnlich beim Schaltgestänge am Handschaltgetriebe für eine exakte Justierung und Arretierung sorgen, denn der Metallstift wird nach getaner Arbeit wieder stromlos geschaltet.

Vorteil: Die beiden verbleibenden Zylinder arbeiten mehr und damit effektiver.

Nachteil dieser mechanisch nicht ganz einfachen Konstruktion: Die Werkstatt darf den Zylinderkopf nur komplett austauschen. Und wann wird dieses fabelhafte System eingeschaltet? Immer, wenn nicht besonders viel Last durch Fahrer/in oder Umgebungsbedingung gefordert wird, der Motor warm genug ist und sich die Drehzahl deutlich oberhalb der Leerlaufdrehzahl und ebenso deutlich unter der Nenndrehzahl bewegt.

Wenn Sie bis hierher die Konstruktion noch nicht ganz verstanden haben, sollten Sie unbedingt das Video unten anschauen. Das eigentlich Geniale an der Konstruktion ist, dass nur Strom während der Nocken- Umschaltung verbraucht wird. Auch reicht ein einfacher Hubmagnet dafür aus. Es ist also ist kein Stellmotor nötig. Offensichtlich traut VW seinen Motoren auch einiges zu, dann jetzt müssten die äußeren beiden Zylinder mehr Verschleiß haben.

Und hätten Sie je gedacht, dass so schmale Nocken in Verbindung mit Rollenstößeln ausreichen? Man darf gespannt sein, ob und wann dieses System auch für Dieselmotoren lieferbar sein wird. Und ob angesichts der beengten Platzverhältnisse beides möglich sein wird, eine Umschaltung auf Null- und auf Sportnocken. Jedenfalls sind der relativ geringe Aufwand und die universelle Anwendungsmöglichkeit bestechend.



Zylinderabschaltung 3


Jetzt schauen Sie sich doch einmal diesen Motor der Firma IAV oben an! 'Na und?' werden Sie vielleicht sagen und fragen, was an einem Reihen-Vierzylinder schon besonders sein soll. Schön wäre es, wenn Ihnen die Stellung der Kolben bei Ihrem Urteil ein wenig Unbehagen bereiten würde, denn bei welchem Reihen-Vierer stehen schon jeweils zwei benachbarte Kolben auf gleicher Höhe?

Um das Rätsel aufzulösen: Hier abgebildet sind zwei Reihen-Zweizylinder hintereinander. Und bei Zweizylinder-Viertaktern sind bekanntlich die Kröpfungen für beide Kolben jeweils gleich. Der Clou ist jedoch, dass diese beiden Motoren über die Welle oben neben der Kurbelwelle bei Bedarf ziemlich schnell gekoppelt werden können.

Es ist also eine Zylinderabschaltung der besonderen Art. Sie vermeidet bei Betrieb mit nur zwei Zylindern jegliche zusätzliche Reibung durch den zweiten Motor. Der steht dann schlicht still. Und warum braucht der zweite Motor eine Ventilabschaltung, wenn er doch schon unten getrennt wird? Damit die Gase nur dorthin geleitet werden, wo sie auch gebraucht werden.


Jetzt könnte es nur noch sein, dass Ihnen die ziemlich aufwändige Kupplung auf der Nebenwelle aufgefallen ist. Da steckt in der Tat zusätzlicher Erfindergeist drin. Denn es reicht nicht, beide Motoren einfach nur miteinander zu verbinden. Im eingerückten Zustand muss der Kurbeltrieb des einen genau um 180° gegenüber dem anderen verdreht sein, damit der Massenausgleich einigermaßen funktioniert.


Der kann natürlich nicht ganz so gut wie bei einem echten Reihen-Vierzylinder sein. Zumindest Massenmomente 1. Ordnung könnten hier etwas stärker wirken. Obwohl man bei einem genaueren Blick auf die Nebenwelle diese auch als Ausgleichswelle entlarvt. Dies ist natürlich besonders wichtig im Betrieb mit zwei Zylindern, wie das Video des Fiat-Twins (oben) zeigt.


Nebenluft


Der Dieselmotor hat in aller Regel keine Probleme damit und der ganz moderne Benzinmotor mit Luftmassenmesser und ohne jegliche Klappe im Ansaugbereich auch nicht. Aber alle anderen Motoren, besonders wenn sie etwas älter sind, können damit Probleme haben. Typisch für Nebenluft ist die häufigere Veränderung des Leerlaufs, auch abhängig von der Motortemperatur. Da braucht man sich nur eine alternde Dichtung zwischen einem Grauguss-Ansaugkrümmer und einem Zylinderkopf aus Leichtmetall vorzustellen. Der Verdacht auf Nebenluft wird erhärtet, wenn sich - bei älteren Motoren - der Leerlauf nicht mehr unter einen bestimmten Wert zurückdrehen lässt.

Für den Benzinmotor mit Vergaser bzw. Benzineinspritzung ist die Höhe des Druckes zwischen Drosselklappe und Einlassventil ein wichtiges Maß. Ist keine Lambdaregelung vorhanden, so bestimmt er fast alleine die Menge an Kraftstoff, die zugemischt werden soll. Kommt ein Teil der angesaugten Luft nicht durch einen Nebeneingang und wird damit nicht registriert, so stimmen oft Drehzahl und/oder Mischungsverhältnis nicht. Fehler treten meist nur im unteren Drehzahlbereich und bei Leerlauf auf.
Es ist also sehr wichtig, die undichte Stelle zu finden. Helfen kann eine Auskunft über eine kürzlich erfolgte, vielleicht nicht ganz korrekt durchgeführte Reparatur in diesem Bereich. Denn der Unterdruck im Ansaugbereich erfasst weite Bereiche des Motorraums. Wie das Bild oben zeigt, kann sogar der Unterdruck-Bremskraftverstärker in Verdacht geraten. Neben der Abgasrückführung können Bauteile in Betracht gezogen werden, an die man zunächst gar nicht denkt. Um zu zeigen, wie weit sich Unterdruck im Fahrzeug fortpflanzen kann, seien hier beispielhaft Türschließanlagen und Klappscheinwerfer genannt. Vereinfachen lässt sich der Test, wenn man komplette Systeme zeitweise abklemmt.
Früher hat man den Ansaugbereich - obwohl schon immer verboten - von außen mit Benzin fein abgespritzt. Wenn sich die Drehzahl des Motors erhöhte, hatte man eine undichte Stelle gefunden. Heute nimmt man Wasser und hofft auf Drehzahländerungen - meist in umgekehrter Richtung. Denn das Wasser dichtet kurzfristig ab, der Motor erhält weniger Luft. Vorsicht ist geboten, dem Motor mehr als nur einen kleinen Spritzer Wasser in der Ansaugluft zuzuführen. Da Wasser zumindest für den Kolben des Verbrennungsmotors als inkompressibel angesehen werden muss, kann es ähnliche Schäden wie Schrauben und andere Metallgegenstände hervorrufen.







Sidemap - Technik Impressum E-Mail Datenschutz Sidemap - Hersteller