Funktionsweise und Rechnung
| Aufbau: Zylinder, Kolben, Zündkerze und Ventile Ein Ottomotor besteht im Wesentlichen aus einem Zylinder, in dem sich ein Kolben bewegen kann. Am Zylinderkopf befinden sich außerdem zwei Ventile, durch die ein Gemisch aus Luft und Benzin eingelassen bzw. das verbrannte Gemisch ausgelassen werden kann und eine Zündkerze, die einen elektrischen Funken erzeugt. |
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| Funktionsweise: Die folgenden vier Bilder zeigen verschiedene Phasen des Betriebs des Motors. a) Bringe die Phasen in eine sinnvolle Reihenfolge und erläutere das Geschehen. b) In welchen Phasen wird tatsächlich Arbeit vom Motor verrichtet? Warum wird in den anderen Phasen Arbeit benötigt? c) Warum hat ein Motor fast immer mehrere Zylinder? Was benötigt man, wenn man nur einen Zylinder verwenden möchte? d) Erstelle ein Diagramm, in dem das Volumen des Zylinders (V auf der horizontalen Achse) und der Druck im Zylinder (p auf der vertikalen Achse) dargestellt werden. |
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Verbrennungsvorgang:
Der vierzylindrige Benzinmotor eines 500kg schweren Autos läuft typischerweise
mit 3000 Umdrehungen pro Minute und verbraucht dabei 6 Liter Benzin auf 100 km.
Benzin hat einen Brennwert von 40 MJ/kg und eine Dichte von 0,75 kg/L .
a) Welche kinetische Energie hat das Auto bei einer Geschwindigkeit von 50 km/h
?
b) Wie weit fährt es in einer Minute? Wie oft zündet der Motor dabei?
c) Wie viel Benzin wird auf dieser Strecke verbraucht? (Angabe in Liter und kg)
Wie viel Benzin wird also während eines Zylindertaktes verbraucht?
d) Welche Energie wird pro Umdrehung freigesetzt?
e) Wie viele Umdrehungen benötigt es mindestens, damit das Auto seine
Geschwindigkeit aus a) erreicht? Wie lange dauert das mindestens?
f) Warum dauert es in Realität deutlich länger, ein Auto auf 50km/h zu
beschleunigen?