Themen:
- Betrieb des Viertakt-Benzinmotors
- Brennfolge (Arbeitsdiagramm)
- Indirekte und direkte Injektion
- Elektromagnetischer Injektor (MPI)
- Piezo-Injektor (DI)
- Einspritzstrategien des Direkteinspritzsystems
- Messung von Spannung und Strom an Einspritzdüsen
Funktionsweise des Viertakt-Benzinmotors:
Der Benzinmotor wurde 1876 von Nikolaus Otto erfunden und wird daher auch „Ottomotor“ genannt. Bei diesem Gemischmotor wird chemische Energie in mechanische Energie umgewandelt. Dazu sind Luft, Benzin und ein Funke erforderlich. Es gibt verschiedene Techniken, um möglichst viel Luft und eine kontrollierte Menge Kraftstoff in den Zylinder zu bringen. Ein hoher Füllungsgrad wird mit Hilfe variabler Ventilsteuerung oder Druckfüllung erreicht. Die Kraftstoffeinspritzung kann durch zwei unterschiedliche Einspritzsysteme erfolgen; direkte und indirekte Injektion. Mehr dazu später.
Trotz aller innovativen Technologien läuft die Funktionsweise des Benzinmotors immer auf das gleiche Prinzip hinaus. Während eines vollständigen Arbeitszyklus führt die Verbrennung des Benzins zu einer Drehung der Kurbelwelle. Die Kurbelwelle ist am Antriebsstrang befestigt. Die verschiedenen Schritte des Arbeitszyklus sind in vier Takte unterteilt; den Einlass-, Kompressions-, Leistungs- und Auslasstakt.
Ansaugtakt: Der Kolben bewegt sich vom oberen Totpunkt (TDC) zum unteren Totpunkt (ODP). Gleichzeitig mit der Abwärtsbewegung des Kolbens öffnet sich das Einlassventil. Der Kolben saugt somit Luft in den Zylinder. Die Luft kommt vom Ansaugkrümmer und Luftfilter. Je nach Motortyp wird der Kraftstoff auch über einen Injektor eingespritzt. Nachdem der Kolben den ODP erreicht hat, schließt das Einlassventil.
Kompressionshub: Die Einlass- und Auslassventile werden geschlossen und der Kolben bewegt sich zum oberen Totpunkt. Das Luft-Kraftstoff-Gemisch wird komprimiert (gequetscht).
Krafthub: Einige Grad bevor der Kolben den oberen Totpunkt erreicht, erzeugt die Zündkerze einen Funken. Da Benzin sehr explosiv ist und ausreichend Sauerstoff vorhanden ist, findet eine Verbrennung statt. Die freigesetzte Kraft drückt den Kolben nach unten.
Auslasshub: nach dem Krafthub hat der Kolben den ODP erreicht. Das Auslassventil öffnet sich und der Kolben bewegt sich wieder nach oben; die verbrannten Gase (Abgas) werden herausgedrückt.
Sobald der Kolben den oberen Totpunkt erreicht, schließt das Auslassventil und das Einlassventil öffnet. In dieser Situation sind beide Ventile leicht geöffnet; Die Geschwindigkeit, mit der die Abgase aus dem Zylinder strömen, beeinflusst die am Einlassventil vorbeiströmende Luft. Luft wird dann bereits angesaugt, während sich der Kolben noch nicht zum ODP bewegt. Dies wird auch „Ventilüberlappung“ genannt.
Der Schaltungsablauf ist auf der Seite beschrieben Seiliger-Prozess. Die folgende Animation zeigt den Viertaktvorgang eines Benzinmotors.
Die Animation zeigt den Viertaktvorgang nur eines Zylinders. In der Automobiltechnik sind Motoren häufig mit vier Zylindern ausgestattet. Häufig kommen auch Drei-, Fünf-, Sechs- und Achtzylinder zum Einsatz. Einige Hersteller verwenden auch zehn, zwölf oder sogar sechzehn Zylinder. Die Arbeitstakte der Zylinder folgen aufeinander: Bei einem Vierzylindermotor erfolgen bei jeder Kurbelwellenumdrehung zwei Arbeitstakte. Die Reihenfolge ist hier wichtig; Dies wird im nächsten Abschnitt beschrieben.
Ansaugtakt (1)
Kompressionshub (2)
Kraftschlag (3)
Auslasshub (4)
Brennfolge (Arbeitsdiagramm):
Motoren haben immer eine feste Zündfolge. Bei jedem Arbeitstakt wird die Verbrennungsleistung über den Kolben auf die Kurbelwelle übertragen. Beim Drehen der Kurbelwelle muss die Arbeitskraft optimal verteilt werden, da es sonst zu ungleichmäßigen Bewegungen (d. h. zu zusätzlichen Vibrationen und unregelmäßiger Rotation) kommen kann.
Bei einem Vierzylindermotor (sowohl Benzin als auch Diesel) ist die Zündfolge 1-3-4-2. Dies bedeutet, dass der Arbeitstakt zuerst bei Zylinder 1 erfolgt, eine halbe Kurbelwellenumdrehung weiter bei Zylinder 3, eine weitere halbe Umdrehung weiter bei Zylinder 4 und eine weitere halbe Umdrehung weiter bei Zylinder 2. Die Kurbelwelle wurde dann um 2 Umdrehungen (720 Grad) gedreht. . Es findet dann ein vollständiger Verbrennungszyklus statt.
Das folgende Arbeitsdiagramm zeigt, welche Zylinder mit welchem Hub arbeiten. Während Zylinder 1 seinen Arbeitstakt ausführt, erfolgt der Ausstoßtakt in Zylinder 4. Zur Information; Die roten Pfeile geben den Zeitpunkt des Zündkerzenfunkens an.
Das Bild zeigt einen Viertaktmotor, bei dem der erste Zylinder (der von der Verteilerseite bestimmt wird) seinen Ansaugtakt beginnt. Der Kolben bewegt sich dann von oben nach unten.
Das Arbeitsdiagramm oben zeigt, dass Zylinder 2 mit dem Kompressionstakt beginnen muss. Das ist richtig, denn es liegt immer noch im ODP (unterer Totpunkt). Zylinder 3 beginnt mit dem Ausstoßtakt und Zylinder 4 mit dem Arbeitstakt (zu diesem Zeitpunkt entsteht der Funke der Zündkerze, der den Kolben durch die Kraft, die durch die Verbrennung des Benzin-Luft-Gemisches entsteht, nach unten drückt).
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