Als Ingenieur wissen Sie, dass jede beeindruckende technologische Meisterleistung durch ein kompliziertes System perfekt zusammenspielender Teile ermöglicht wird.
Der Automotor, der Kraftstoff zum Antrieb von Autos, Flugzeugen, Traktoren, Bussen und Motorrädern verwendet, ist vielleicht das beste Beispiel dafür.
Egal, ob Sie ein Ingenieurstudent oder ein erfahrener Fachmann sind, Sie werden etwas Neues über diese wichtige Technologie und die brillanten Köpfe lernen, die sie möglich gemacht haben.
Also schnallen Sie sich an und begleiten Sie uns auf dieser lehrreichen Fahrt durch das Herz des Automobilmotors!
Einführung in die Automobilmotoren
Formale Definition:
Die kraftstoffverbrauchende Maschine, die die Antriebskraft für Automobile, Flugzeuge, Traktoren, Busse und Motorräder liefert und im Fahrzeug mitgeführt wird.
Wenn Sie also Benzin sparen möchten, können wir Ihnen am besten sagen, dass Sie einfach den Motor Ihres Autos ausschalten. Nur ein Scherz!
Ein Motor ist eine komplizierte Maschine, die die Räder eines Autos dreht, indem sie die Hitze des brennenden Benzins in Kraft umwandelt. Das gibt etwas Geschwindigkeit.
Ein Viertakt-Verbrennungszyklus wird verwendet, um Benzin in einem Verbrennungsmotor in Bewegung zu versetzen, der die häufigste Art von Motor ist.
Dieser Zyklus besteht aus vier Teilen: Ansaugen, Verdichten, Verbrennen und Ausstoßen.
Arten von Motoren
Es gibt verschiedene Arten von Motoren, wie Reihenmotoren mit vier Zylindern oder V-Motoren mit sechs oder acht Zylindern.
Das Layout des Motors bestimmt, wie groß er ist, wie gut er funktioniert und wie viel Leistung er hat.
Reihenmotoren sind kleiner als V-Motoren, die länger und komplizierter sind.
Hauptbestandteile
Der Zylinderblock, der Zylinderkopf und das Kurbelgehäuse sind die wichtigsten Teile eines Automotors.
Das Herz des Motors ist der Zylinderblock, der normalerweise aus einer Eisen- oder Aluminiumlegierung besteht. Es hat Zylinder, die die Kolben halten, die sich auf und ab bewegen, um Energie zu erzeugen.
Der Brennraum befindet sich ebenfalls im Zylinderblock. Hier mischen sich Kraftstoff und Luft, um die Verbrennung zu bewirken.
Der Zylinderkopf sitzt oben auf dem Zylinderblock. Es hat eine Zündkerze, Nockenwellen und Ventile.
Die Nockenwellen steuern, wie sich die Ventile öffnen und schließen, wodurch gesteuert wird, wie viel Kraftstoff, Luft und Abgas in den Brennraum ein- und ausströmen.
Die Zündkerze entzündet das Gemisch aus Kraftstoff und Luft, damit eine Verbrennung stattfinden kann.
Das Kurbelgehäuse besteht normalerweise aus Gusseisen und befindet sich an der Unterseite des Motors.
Es hält Teile wie Kolben, die Kurbelwelle, die Nockenwellen, die Steuerkette, die Ölwanne, den Ölfilter und so weiter. Zusammen verwandeln diese Teile Kraftstoff in Bewegung.
Wenn ein Auto abgestellt wird, gibt der Anlasser dem Kolben die Kraft, die er braucht, um sich nach unten zu bewegen.
Verbesserungen bei Verbrennungsmotoren
In den letzten Jahren gab es Verbesserungen in der Motortechnologie, wie z. B. Direkteinspritzung, Turboaufladung und variable Ventilsteuerung.
Aufgrund dieser Änderungen verbraucht das Auto weniger Benzin, hat mehr Leistung und verursacht weniger Schadstoffe.
Videos: Wie funktioniert es?
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Arten von Automotoren
Es gibt verschiedene Arten von Motoren, die in Autos verwendet werden, die nach zwei Dingen gruppiert werden können: der Kraftstoffart und der Art und Weise, wie der Motor aufgebaut ist (die Anzahl der Zylinder) (Zylinderkonfiguration).
Benzin- und Dieselmotoren sind die gebräuchlichsten Arten von Automotoren, aber es gibt andere Dinge, die einen Motor von einem anderen unterscheiden.
- Reihen- oder Reihenmotoren.
Alle Zylinder in einem Reihen-/Reihenmotor sind in einer Linie angeordnet, nach oben gerichtet und normalerweise senkrecht zum Auto.
Dies ist das gebräuchlichste Layout für Familien-Fließhecks und kleinere Autos.
- Pannen.
Flachmotoren haben zwei Zylinderbänke auf beiden Seiten einer einzigen Kurbelwelle.
- V-Motoren.
Die Zylinder eines V-Motors sind in zwei getrennten Bänken angeordnet, die ein V um die Kurbelwelle bilden.
- W-Motoren.
W-Motoren haben drei Zylinderreihen, die ein W um die Kurbelwelle bilden.
Auch die Anordnung der Zylinder kann unterschiedlich sein.
Kleine Autos haben Dreizylinder-Motoren, aber Turbolader haben es möglich gemacht, sie auch in größere Familienhecklimousinen einzubauen.
Sechszylindermotoren sind normalerweise in High-End-Sportwagen und Hochleistungsautos zu finden. Sie können in einer V- oder in einer geraden Linie aufgestellt werden.
Supersportwagen und Luxuslimousinen haben Motoren mit acht oder mehr Zylindern, wie V8, V10 und V12.
Einige der hochwertigsten Autos des Volkswagen Konzerns haben W12-Motoren.
Benzin- und Dieselmotoren
Bei Automobilanwendungen bestehen die Hauptunterschiede zwischen Benzin- und Dieselmotoren darin, wie Energie erzeugt wird, die Art des verwendeten Kraftstoffs, der thermische Wirkungsgrad, die Lebenserwartung, die Umdrehungen pro Minute (RPM) und das Drehmoment.
- Benzinmotoren.
Die funkengezündete Verbrennung wird in Benzinmotoren verwendet, um Gas und Luft zu mischen, bevor es komprimiert und gezündet wird.
Meistens haben Benzinmotoren höhere Drehzahlen als Dieselmotoren, aber sie haben weniger Drehmoment.
- Dieselmotoren.
Bevor Kraftstoff in die Luft gespritzt wird, drücken Dieselmotoren ihn nach unten, wodurch der Motor thermisch effizienter wird und wahrscheinlich länger hält.
Da Diesel eine höhere Energiedichte als Benzin hat, verbrauchen Dieselmotoren weniger Kraftstoff als Benzinmotoren.
Wie diese verschiedenen Motortypen in Autos verwendet werden, hat sich im Laufe der Zeit geändert und hängt davon ab, wie das Auto verwendet werden soll, wie gut es funktionieren muss und wie viel Kraftstoff es verbrauchen muss.
Ausbau der Automobilindustrie
Die Entwicklung des Automotors
Während der industriellen Revolution führten das Wachstum der Autoindustrie und der Bedarf an Motoren mit mehr Leistung zur Entwicklung von Verbrennungsmotoren (ICEs).
Diese Motoren waren ursprünglich für den Betrieb mit flüssigen Kraftstoffen ausgelegt, wurden jedoch so geändert, dass sie mit Benzin betrieben werden konnten.
In den 1900er Jahren wurden Zweitakt- und Viertaktmotoren hergestellt, und es wurde möglich, viele Autos gleichzeitig herzustellen.
Verbesserungen bei der Umwandlung von flüssigen Brennstoffen und der Reduzierung von Emissionen
Ingenieure entwickelten Möglichkeiten, flüssige Brennstoffe in Dämpfe umzuwandeln, damit sie verwendet werden konnten. Dies verbesserte die Kraftstoffeffizienz und die Motorleistung.
Um das Problem der Umweltverschmutzung durch Autos zu lösen, wurden auch computergesteuerte Motormanagementsysteme hergestellt.
ICE-Emissionen von kritischen Schadstoffen wie Stickoxiden (Nox) und Feinstaub (PM) wurden dank Forschung und Entwicklung in den letzten 30 Jahren um mehr als 99 % gesenkt.
Fortschrittliche Forschung und Entwicklung von Verbrennungsmotoren
Heutzutage versuchen die Menschen, Verbrennungsmotoren besser laufen zu lassen und besser für die Umwelt zu sein.
Forschung und Entwicklung zu fortschrittlichen Verbrennungsmotoren konzentrieren sich auf neue Technologien wie Homogenladungs-Kompressionszündung (HCCI) und Gegenkolbenmotoren (OPE) sowie auf elektrischere und hybridere Antriebsstränge.
Auch wenn die Zahl der Elektrofahrzeuge wächst, bleiben Verbrennungsmotoren für die Transportindustrie wichtig und werden noch lange eingesetzt werden.
Fahrzeugmotorgröße und Luftstrom
Die meisten Automotoren werden in Litern gemessen, was dem Gesamtvolumen aller ihrer Zylinder entspricht.
Wenn Sie den Motor größer machen, kann er manchmal mehr PS und Drehmoment erzeugen, aber das ist nicht immer der Fall.
Luftströmungsmessung in Automobilmotoren
Das Flügelrad und der Hitzdraht sind die beiden häufigsten Methoden für einen Motor, um zu messen, wie viel Luft einströmt.
Ein federbelasteter Luftflügel, der mit einem variablen Widerstand verbunden ist, wird vom Flügelradmesser verwendet, um die in den Motor strömende Luftmenge zu messen.
Der Hitzdraht-Luftmassenmesser hingegen verwendet einen Widerstandsdraht, der in den Luftstrom hängt und auf eine bestimmte Temperatur erhitzt wird
Die einströmende Luft kühlt dann den Draht, wodurch sich der elektrische Strom proportional zur durchströmenden Luftmenge ändert.
Der Kármán-Wirbelsensor hingegen ist keine Möglichkeit, den einströmenden Luftstrom in einem Automotor zu messen.
Stattdessen ist es eine Möglichkeit, die Luftströmungsgeschwindigkeit zu messen, indem Wirbel im Luftstrom erzeugt und dann die durch die Wirbel verursachten Druckänderungen gemessen werden.
Wartung von Kfz-Motoren
Motorölfilter
Motorölfilter sind ein wichtiger Bestandteil, um sicherzustellen, dass der Motor eines Autos gut läuft.
Sie arbeiten daran, Schmutz, Öl und Metallpartikel aus dem Öl zu entfernen. Dies lässt das Öl reibungslos fließen, reinigt das Öl und schützt die Metallteile.
Preis, Design, Konstruktion und Liebe zum Detail sind alles wichtige Dinge, über die Sie bei der Auswahl eines Motorölfilters nachdenken sollten.
Motormanagementsysteme für Kraftfahrzeuge
Es gibt viele Möglichkeiten, ein Motormanagementsystem abzustimmen und zu ändern, um seine Leistung zu verbessern.
Einige Möglichkeiten, die Systeme zu ändern, bestehen darin, die werkseitigen ECMs neu zu kalibrieren, Huckepacks, Abfangvorrichtungen und andere zusätzliche Teile abzustimmen und Ansaugkrümmer zu entwerfen, zu modifizieren und zu bauen.
Separat programmierbare Motormanagementsysteme können auch verwendet werden, um zu ändern, wie gut ein Motor arbeitet.
Um die beste Leistung zu erzielen, ist es wichtig, Änderungen auf sichere und zuverlässige Weise vorzunehmen.
Bevor Sie Änderungen an Ihrem Motormanagement vornehmen, sollten Sie mit einem Experten sprechen oder sich in das Thema einlesen.
Motorstunden
Motorstunden sind die Anzahl der Stunden, die ein Motor seit seiner ersten Herstellung gelaufen ist, auch wenn sich das Fahrzeug nicht bewegt.
Diese Metrik ist hilfreich, um den Verschleiß an Nutzfahrzeugen zu messen, insbesondere um die Leerlaufzeit zu verfolgen, da der Kilometerzähler keine Kilometerleistung aufzeichnet, wenn ein Fahrzeug jeden Tag stundenlang mit einer Zapfwelle stillsteht.
Motorstunden können auch verwendet werden, um vorbeugende Wartung zu planen und herauszufinden, wie viel ein Fahrzeug verwendet wurde.
Die Beziehung zwischen Motorstunden und Kilometern kann verwendet werden, um einen vollständigen Plan für den Austausch von Fahrzeugen zu erstellen, Wartungspläne zu verbessern und zu verfolgen, wie gut eine Flotte arbeitet.
Moderne Motoren haben ein sogenanntes Motorsteuergerät (ECM), das die Anzahl der Umdrehungen des Motors und die Dauer jeder Umdrehung zählt.
Kfz-Motorsteuermodule
Kfz-Motorsteuergeräte (ECMs) verwenden eine Reihe von Sicherheitsmaßnahmen, um sicherzustellen, dass sie richtig funktionieren, und verhindern, dass Menschen mit ihnen herumspielen.
Beispielsweise integrieren sie Verifizierungshardware und Sicherheitsmechanismen, verwenden Automobilsicherheitsstandards wie SAE J3061 und ISO/SAE 21434 und durchlaufen Verifizierungsprozesse.
ECMs können auch geschützt werden, indem Plausibilitätsprüfungen verwendet werden, um Signale zu finden, die gespooft oder verändert wurden.
Dazu werden Sensorwerte mit fest verdrahteten Werten verglichen, um sicherzustellen, dass sie korrekt sind. Dies erschwert es schlechten Leuten, Änderungen am ECM vorzunehmen.
Schließlich werden moderne ECMs mit Computerteilen wie Mikroprozessoren hergestellt, die Sensoreingaben schnell empfangen, interpretieren und darauf reagieren können. Dies hilft sicherzustellen, dass das System richtig funktioniert.
Die EPA verfügt über eine Richtlinie, um sicherzustellen, dass die Verbote des Clean Air Act für Manipulationen und Aftermarket-Abschalteinrichtungen eingehalten werden.
Diese Verbote gelten für die gesamte Lebensdauer eines Fahrzeugs, machen es Händlern illegal, manipulierte Fahrzeuge zu verkaufen, die bereits auf der Straße sind, und erfordern regelmäßige Inspektionen der Fahrzeuge, um sicherzustellen, dass die Onboard-Diagnosesysteme für Emissionen ordnungsgemäß funktionieren.
Tuner, bei denen es sich um Produkte handelt, die eine ECU ändern, können illegale Aftermarket-Abschalteinrichtungen sein, und ihre Verwendung oder ihr Einbau kann eine illegale Manipulation darstellen.
Anwendungsfälle
| Aufgabe: | Beschreibung: |
|---|---|
| Autos und andere Fahrzeuge | Autos, Lastwagen und Busse sind die häufigsten Orte, an denen Kraftfahrzeugmotoren verwendet werden. Diese Motoren geben dem Fahrzeug die Kraft, die es braucht, um vorwärts zu kommen. Sie sind ein wichtiger Bestandteil des modernen Transportwesens. |
| Antrieb von Flugzeugen | Ein weiterer wichtiger Einsatzort von Automotoren sind Flugzeuge, wo sie den nötigen Schub für Start und Flug liefern. Die meisten Flugzeugmotoren sind leistungsstärker und effizienter als Automotoren, weil sie in der Lage sein müssen, mehr Auftrieb zu erzeugen und den Luftwiderstand zu überwinden. |
| Landwirtschaftliche Geräte | Motoren von Autos werden häufig in Traktoren und anderen landwirtschaftlichen Geräten verwendet. Diese Motoren müssen stark und langlebig genug sein, um die schweren Lasten und die harte Arbeit zu bewältigen, die mit der Landwirtschaft einhergehen. |
| Energieerzeugung | Es gibt Zeiten, in denen Automotoren auch zur Stromerzeugung verwendet werden können. Meistens werden diese Motoren in Stromaggregaten verwendet, die Haushalte und Unternehmen mit Strom versorgen, wenn der Strom ausfällt. |
| Schiffsantrieb | Auch Boote und andere Wasserfahrzeuge können mit Automotoren angetrieben werden. Schiffsmotoren sind normalerweise so konstruiert, dass sie länger halten und Korrosion besser widerstehen als Automotoren, da sie in der rauen Meeresumgebung arbeiten müssen. |
| Rennen | Automotoren werden auch im Rennsport eingesetzt, wo sie Hochleistungsautos antreiben, die sehr schnell fahren können. Die meisten Rennmotoren werden optimiert, um das Beste aus ihnen herauszuholen, und sie können viel mehr Leistung erbringen als ein normaler Automotor. |
| Rasenmäher und andere Kleingeräte | Schließlich können Automotoren auch verwendet werden, um Rasenmäher, Kettensägen und andere kleine Werkzeuge anzutreiben. Meistens sind diese Motoren nicht so stark wie ihre größeren Gegenstücke, aber sie müssen dennoch zuverlässig und effizient genug sein, um den täglichen Gebrauch zu bewältigen. |
Verweise:
https://en.wikipedia.org/wiki/Automotive_engine
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B0080431526000863
Abschluss
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Automotor ein erstaunliches Stück Technologie ist, das die Art und Weise, wie wir reisen und leben, verändert hat.
Ingenieure standen an vorderster Front bei der Herstellung dieser erstaunlichen Maschinen, von den ersten Verbrennungsmotoren bis zu den fortschrittlichsten Hybrid- und Elektroantrieben von heute.
Aber der Automotor ist auch ein Symbol für etwas Tieferes: unseren natürlichen Wunsch, die Grenzen des Möglichen zu verschieben, Barrieren zu durchbrechen und von einer besseren Zukunft zu träumen.
Wenn wir in die Zukunft blicken, ist klar, dass der Automobilmotor weiterhin ein wichtiger Teil unseres Lebens sein wird
Es ist der Motor, der die Autos antreibt, die uns zur Arbeit, zur Schule und zu anderen Orten bringen.
Aber es ist auch eine Erinnerung daran, wie mächtig die menschliche Kreativität ist, wie bereitwillig die Menschen sind, neue Dinge auszuprobieren, und wie viel der menschliche Geist leisten kann.
Wenn Sie also das nächste Mal Ihr Auto starten, nehmen Sie sich einen Moment Zeit, um über die erstaunliche Technik nachzudenken, die all dies möglich macht, und denken Sie daran, dass die Möglichkeiten wirklich endlos sind.
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