Verbrennungsmotoren

Einleitung

Der Verbrennungsmotor hat die Welt, wie wir sie kennen, grundlegend verändert und ist ein zentrales Thema im Bereich der Technik und Mechanik. In diesem aiMOOC werden wir uns intensiv mit den Verbrennungsmotoren, insbesondere dem Ottomotor, beschäftigen. Du wirst lernen, wie sie funktionieren, welche Arten es gibt und wie sie die Entwicklung der modernen Mobilität geprägt haben.

Geschichte und Funktionsweise des Verbrennungsmotors

Ursprung des Verbrennungsmotors

Der Verbrennungsmotor, wie wir ihn kennen, hat seinen Ursprung im 19. Jahrhundert. Der deutsche Ingenieur Nikolaus Otto entwickelte den nach ihm benannten Ottomotor, der den Grundstein für die modernen Verbrennungsmotoren legte.

Kraftstoff-Luft-Gemisch

Das Herz eines jeden Ottomotors ist das Kraftstoff-Luft-Gemisch. Es wird außerhalb des Zylinders in einem Vergaser oder innerhalb eines Zylinders bei moderneren Direkteinspritzsystemen gebildet.

Vergaser: Mischung von Luft und flüssigem Kraftstoff in einem festgelegten Verhältnis
Direkteinspritzung: Kraftstoff wird direkt in den Brennraum eingespritzt

Vier-Takt-Prinzip

Der Ottomotor arbeitet nach dem Vier-Takt-Prinzip, welches aus den folgenden Phasen besteht: Ansaugen, Verdichten, Arbeiten (Verbrennen) und Ausstoßen.

Ansaugtakt: Luft und Kraftstoff werden in den Zylinder gezogen
Verdichtungstakt: Das Gemisch wird komprimiert
Arbeitstakt: Zündung des Gemisches und Arbeit des Motors
Ausstoßtakt: Ausstoßen der Verbrennungsgase

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Wer entwickelte den Ottomotor? (Nikolaus Otto) (!Gottlieb Daimler) (!Karl Benz) (!Rudolf Diesel)

Welches Prinzip nutzt der Ottomotor? (Vier-Takt-Prinzip) (!Zwei-Takt-Prinzip) (!Rotationsprinzip) (!Elektrisches Prinzip)

Wofür ist der Vergaser zuständig? (Mischung von Luft und Kraftstoff) (!Kühlung des Motors) (!Reinigung des Öls) (!Verringerung der Emissionen)

Welcher Takt folgt direkt nach dem Ansaugtakt? (Verdichtungstakt) (!Arbeitstakt) (!Ausstoßtakt) (!Ruhephase)

Wodurch wird im Ottomotor das Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet? (Zündkerze) (!Kurbelwelle) (!Nockenwelle) (!Benzinpumpe)

Was beschreibt das Verhältnis 14,7:1 im Kontext des Ottomotors? (Theoretisch richtiges Gemisch für höchste Leistung) (!Minimales Luft-Kraftstoff-Verhältnis für die Zündung) (!Maximales Luft-Kraftstoff-Verhältnis für den Leerlauf) (!Verhältnis von Öl zu Kraftstoff)

Was passiert im Arbeitstakt? (Der Motor leistet Arbeit durch die Verbrennung) (!Der Kraftstoff wird eingespritzt) (!Die Abgase werden ausgestoßen) (!Das Gemisch wird verdichtet)

Wie wird das Gemisch im Direkteinspritzsystem in den Zylinder eingebracht? (Direkt in den Brennraum eingespritzt) (!Durch einen Vergaser gemischt) (!Durch die Zündkerze eingespritzt) (!Durch die Luftfilter eingebracht)

Welche Aufgabe hat der Generator in einem Verbrennungsmotor? (Erzeugung elektrischer Energie) (!Erzeugung von Kraftstoff) (!Kühlung des Motors) (!Reinigung der Abgase)

Was ist die Funktion des Luftfilters in einem Verbrennungsmotor? (Reinigung der angesaugten Luft) (!Mischung des Kraftstoffes mit Luft) (!Kühlung des Motors) (!Verringerung des Kraftstoffverbrauchs)

Memory

Nikolaus Otto	Erfinder des Ottomotors
Vier-Takt-Prinzip	Arbeitsweise des Ottomotors
Vergaser	Mischung von Luft und Kraftstoff
Zündkerze	Zündet das Kraftstoff-Luft-Gemisch
Direkteinspritzung	Modernere Methode der Kraftstoffzufuhr

Kreuzworträtsel

Ottomotor	Wer entwickelte den nach ihm benannten Verbrennungsmotor?
Vergaser	Welches Bauteil mischt den Kraftstoff mit Luft?
Zündung	Wie wird das Gemisch im Motor entflammt?
Verdichtung	Welcher Takt folgt auf das Ansaugen?
Auspuff	Durch welches Bauteil werden Abgase ausgestoßen?
Einspritzung	Wie heißt das moderne Verfahren der Kraftstoffzufuhr?
Dynamo	Welches Bauteil erzeugt elektrische Energie im Auto?
Luftfilter	Welches Bauteil reinigt die angesaugte Luft?

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Lückentext

Offene Aufgaben

Leicht

Technische Zeichnung: Erstelle eine einfache technische Zeichnung eines Ottomotors und beschrifte die Hauptkomponenten.
Geschichte der Motoren: Schreibe einen kurzen Aufsatz über die Entwicklung des Verbrennungsmotors von den Anfängen bis heute.
Prinzip des Vergasers: Erkläre in eigenen Worten, wie ein Vergaser funktioniert.

Standard

Ottomotor Modellbau: Baue ein einfaches Modell eines Ottomotors aus Alltagsgegenständen nach.
Kraftstoffe und Umwelt: Diskutiere in einem kurzen Text die Umweltauswirkungen von Verbrennungsmotoren.
Zukunft der Mobilität: Erforsche alternative Antriebsmethoden und präsentiere deine Ergebnisse in einer Präsentation.

Schwer

Physik der Verbrennung: Führe ein Experiment zur Veranschaulichung der Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches durch.
Technologievergleich: Vergleiche den Ottomotor mit anderen Motorentypen wie dem Dieselmotor und dem Elektromotor in Bezug auf Effizienz und Umweltfreundlichkeit.
Eigener Motorentwurf: Entwerfe einen theoretischen Verbrennungsmotor, der umweltfreundlicher als aktuelle Modelle ist, und stelle deine Ideen vor.

Lernkontrolle

Motorzyklen: Erkläre, wie sich das Vier-Takt-Prinzip von anderen Motorzyklen unterscheidet und welche Vor- und Nachteile es gibt.
Anwendungen von Verbrennungsmotoren: Untersuche verschiedene Anwendungsgebiete von Verbrennungsmotoren und wie sie die jeweiligen Industrien verändert haben.
Kraftstoff-Luft-Verhältnis: Diskutiere, wie sich unterschiedliche Kraftstoff-Luft-Verhältnisse auf die Leistung und Emissionen eines Motors auswirken können.
Verbrennungsmotoren und Gesellschaft: Reflektiere über die gesellschaftliche Bedeutung von Verbrennungsmotoren und wie sich ein Übergang zu alternativen Antrieben auswirken könnte.
Zukunft der Verbrennungsmotoren: Entwickle Argumente, wie Verbrennungsmotoren weiterentwickelt werden könnten, um zukünftigen Anforderungen gerecht zu werden.

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Verbrennungsmotoren

Einleitung

Im aiMOOC zum Thema Verbrennungsmotoren lernst Du die Grundlagen dieser Antriebstechnologie kennen. Verbrennungsmotoren sind komplexe Maschinen, die in vielen Fahrzeugen als Antriebsquelle dienen. Sie wandeln chemische Energie, die im Kraftstoff gespeichert ist, in mechanische Arbeit um. In diesem Kurs werden wir uns speziell mit dem Vier-Takt-Verbrennungsmotor und dem Dieselprinzip beschäftigen.

Der Vier-Takt-Verbrennungsmotor

Grundlagen

Ein Vier-Takt-Motor vollzieht während eines Arbeitsspiels vier Takte: Ansaugtakt, Verdichtungstakt, Arbeitstakt und Ausstoßtakt.

Ansaugtakt: Der Motor saugt ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Brennraum ein.
Verdichtungstakt: Das Gemisch wird verdichtet, was die Energieeffizienz erhöht.
Arbeitstakt: Die Zündkerze entzündet das Gemisch, wodurch sich der Kolben nach unten bewegt und die Kurbelwelle antreibt.
Ausstoßtakt: Die Abgase werden ausgestoßen und der Zyklus beginnt von vorn.

Der Diesel-Motor

Rudolf Diesel entwickelte um 1897 den nach ihm benannten Dieselmotor, der ohne Zündkerze auskommt, da die Selbstentzündung des Kraftstoffes durch hohe Verdichtung erreicht wird.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Welcher Takt folgt unmittelbar auf den Ansaugtakt? (Verdichtungstakt) (!Arbeitstakt) (!Ausstoßtakt) (!Rückwärtstakt)

Was wird im Arbeitstakt gezündet? (Kraftstoff-Luft-Gemisch) (!Abgase) (!Reine Luft) (!Motoröl)

Welche Komponente ist nicht direkt am Vier-Takt-Zyklus beteiligt? (Auspuff) (!Kolben) (!Zündkerze) (!Ventil)

Was ist eine Besonderheit des Dieselmotors im Vergleich zum Benziner? (Keine Zündkerze notwendig) (!Höherer Kraftstoffverbrauch) (!Weniger effizient) (!Benutzt Wasser als Treibstoff)

Welchen Zweck hat die Verdichtung im Motor? (Erhöhung der Energieeffizienz) (!Kühlung des Motors) (!Verminderung der Leistung) (!Lärmdämmung)

Wie wird im Diesel-Motor der Kraftstoff entzündet? (Durch hohe Verdichtung und Wärme) (!Mit einer Zündkerze) (!Durch eine Batterie) (!Durch externe Erhitzung)

Was geschieht unmittelbar nach dem Arbeitstakt? (Ausstoßtakt) (!Ansaugtakt) (!Verdichtungstakt) (!Wiederverdichtung)

Welches Produkt wird im Ausstoßtakt ausgestoßen? (Abgase) (!Frisches Kraftstoff-Luft-Gemisch) (!Reine Luft) (!Kondenswasser)

Für was steht das 'Vier-Takt' in Vier-Takt-Motoren? (Für die vier Phasen des Arbeitszyklus) (!Für vier Zylinder) (!Für vier Ventile pro Zylinder) (!Für vier Räder am Fahrzeug)

In welcher Reihenfolge geschehen die Takte in einem Vier-Takt-Motor? (Ansaugtakt - Verdichtungstakt - Arbeitstakt - Ausstoßtakt) (!Arbeitstakt - Verdichtungstakt - Ausstoßtakt - Ansaugtakt) (!Verdichtungstakt - Ansaugtakt - Ausstoßtakt - Arbeitstakt) (!Ausstoßtakt - Arbeitstakt - Ansaugtakt - Verdichtungstakt)