Der Ottomotor
Funktionsweise:
a) Die vier Takte:
B Ansaugtakt: Das Einlassventil ist geöffnet und der Kolben bewegt sich nach
unten. Dadurch wird das Benzin-Luft-Gemisch angesaugt.
D Verdichtungstakt: Beide Ventile sind geschlossen und der Kolben bewegt sich
nach oben. Das Gemisch wird zusammengepresst.
C Arbeitstakt: Beide Ventile sind geschlossen und der Kolben bewegt sich nach
unten. Die Zündkerze entzündet das Gemisch, so dass es explodiert.
A Auspufftakt: Das Auslassventil ist geöffnet und der Kolben bewegt sich nach
oben. Dadurch wird das verbrannte Gemisch herausgepresst.
b) Nur im Arbeitstakt wird tatsächlich Arbeit verrichtet, da das
Benzin-Luft-Gemisch explodiert.
In allen anderen Takten muss Arbeit verrichtet werden, nämlich zum Ansaugen
oder Ausstoßen (B und A, wenig Energie) oder zum Verdichten (D, viel
Energie).
c) Sinnvoll sind vier Zylinder, die immer dann arbeiten, wenn die anderen drei
Zylinder gerade nicht arbeiten. Dadurch läuft der Motor rund.
Will man auf weitere Zylinder verzichten benötigt man ein Schwungrad, in dem
Energie gespeichert wird, die dann in den Takten B, D und A verbraucht wird.
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Verbrennungsvorgang:
a) Wkin = 1/2 m v2 = 0,5 * 400 kg * (50/3,6
m/s)2 = 48.225,3 J
b) s = v * t = 50 km/h * 1/60 h = 0,833 km = 833 m
Dabei zündet der Motor 3000*4 mal, da es sich um einen Vierzylinder-Motor
handelt.
c) V1 = 6L/100km / 100 * 0,833 km = 0,05 L
m1 = 0,05 L * 0,75 kg/L = 0,0375 kg oder 37,5g
VZylinder = V1/(3000*4) = 4,166667 E-6 L = 0,00416667
mL
mZylinder = m1 / 12.000 = 0,003125 g
d) W = 0,000.003.125 kg * 4 * 40.000.000 J/kg = 500 J
e) NU = 48.225,3 J / 500 J = 96,5
t = 96,5 / 3000 Minuten = 0,032 Minuten = 1,93 Sekunden
f) Ein Großteil der Energie geht verloren durch Reibung und durch die heißen
Auspuffgase.