Die Verbrennungsluft

Kommen wir zur Verbrennungsluft. Diese wurde schon bei den Dampflokomotiven genutzt, denn es ist Luft, die wir atmen. Auch in unserem Körper findet für den Antrieb eine Verbrennung statt. Bei der wird aus dem in der Atemluft enthaltenen Sauerstoff und Kohlenstoff die Energie gewonnen. Fehlt der und die Atemluft geht es uns verflucht schlecht. Nach wenigen Minuten ist dann das Feuer aus und kann auch nicht mehr entfacht werden.

Aus der Verbrennungsluft wird eigentlich nur der Sauerstoff benötigt. Da dieser aber für einen längeren Betrieb nicht in reiner Form mitgeführt werden kann, wird normale Luft verwendet.

Sauerstoff ist ein Gas und wir haben bereits erfahren, dass bei Bahnen Gase verboten wurden. Das gilt auch für Sauer-stoff, auch wenn er harmlos erscheinen mag. Das Gas hilft uns sogar, wenn wir es in reiner Form zugeführt bekommen.

Wenn man reinen Sauerstoff transportieren will, denn muss man diesen sogar als Gefahrgut kennzeichnen. Die dazu gehörige UN-Nummer lautet 25-1072. So gesehen, macht es schon etwas Angst, wenn man weiss, dass es sich um das auf der Erde am meisten vorkommende Gas handelt.

Das Problem ist nicht der Stoff, sondern seine Eigenschaften, denn Sauerstoff ist ein Reaktor und wirkt daher immer brandfördernd.

Da chemisch der Sauerstoff auch als Oxygen bezeichnet wird, kann man eine einfache Verbrennung auch als eine thermische Oxydation bezeichnen. Je nach Stoff erfolgt diese Oxydation in einer schnellen explosionsartigen Verbrennung, oder aber sehr langsam und kaum bemerkbar. Eisen verbrennt mit Sauerstoff und das Abfallprodukt kennen wir alle als Rost. Damit haben wir eine sehr langsame Oxydation erhalten.

Das grosse Glück dieser Erde ist aber, dass der Sauerstoff in der Luft nicht in reiner Form vorhanden ist. Atemluft enthält noch mehr Gase, die sich wie eine Glocke um den Planeten legen. Um diese verschiedenen Gase zu trennen, muss die Luft abgekühlt werden, denn dann werden sie flüssig. Bei Sauerstoff erfolgt das bei -218.3 °C. Ein zu grosser Aufwand für einen Verbrennungsmotor, der sehr viel davon benötigt.

 

Reinigung

Wir beginnen mit der Reinigung der Luft. In dieser sind auch andere Teile enthalten, als die Gase. Diese wollte man nicht im Motor haben und daher mussten sie davon abgehalten werden. Neben den zahlreichen Insekten und Vögel mussten auch kleinere Schwebeteile entfernt werden. Das kann zum Beispiel einfach Staub, oder auch Sand sein. Es gibt wirklich viel in der Luft, das nicht zur Verbrennung im Motor geeignet ist.

Vielleicht kennen Sie das Phänomen mit dem Sand der Sahara in Europa. Dieser wird mit kräftigen Winden in den Norden befördert. Neben den durch den Sand verur-sachten traumhaften Sonnenuntergängen, finden wir die-sen als Ablagerung auf den Automobilen.

Eine Reinigung muss her. Das oft auch nur, damit der Wagen ein paar Stunden später wieder gleich aussieht. In dieser Luft muss ein Motor versorgt werden.

Sand aus der Sahara hat in einem Verbrennungsmotor nichts zu suchen und auch in der Lunge macht er sich nicht gut. Aus diesem Grund gibt es Filter, die eine Reinigung vornehmen.

Bei uns ist das in der Nase der Fall, aber die Lunge kann sich auch selber helfen. Der technische Aufbau des Motors kann das jedoch nicht und so muss man nachhelfen und die benötigte Luft vor dem Verbrennungsraum sehr gut reinigen.

Der Luftfilter: Zur Reinigung werden Filter verwendet. Da damit Luft gereinigt wird, nennt man sie Luftfilter. Jetzt kommt der Grund, warum die Filter oft mit dem Namen des zu reinigen Teils versehen werden.

Sie sind ganz anders aufgebaut wie jene in der Förderanlage, denn es wird hier noch besser gereinigt. Es soll wirklich nur Luft in den Verbrennungsraum gelangen und keine Insekten, oder aber Sand.

Speziell bei diesen Filtern ist, dass sie sehr gut arbeiten. Hier sorgen kleinere Objekte nicht zu so grossen Problemen, wie in der Leitung für den Kraftstoff. Jedoch sorgt dieser Schmutz dafür, dass im Motor der Verbrennung nicht mehr optimal arbeitet. Das bedauernswerte Insekt geht in Flammen auf, aber der Sand wirkt wie Schmirgelpapier. Das ist in den sehr genau gebauten Teilen sicherlich nicht erwünscht.

In den Luftfiltern der Ansaugbereiche werden spezielle Filtermatten zur Reinigung verwendet. Diese bestehen aus verschiedenen Stoffen und sie lassen oft nur noch die Luft durch.

Staub und anderer Schmutz bleibt in den feinen Waben dieser Filtermatten hängen. Je feiner diese Waben sind, desto besser arbeiten diese Matten, die also einfach eine Art Schikane sind, wo sich die Schwebeteile verhaken.

Die Filtermatten der Luftfilter bestehen daher aus feinem Gewebe und sie sollten regelmässig ausgewechselt werden. Der darin gefangene Staub ver-stopft die feinen Poren und die Verbrennungsluft kann auch nicht mehr in ausreichendem Masse zum Motor vordringen.

Das führt dort zu schweren Störungen und die Verbrennung fällt aus, denn ohne Sauerstoff geht nichts mehr und das ist nicht nur bei uns Menschen so geregelt.

Filtermatten sind daher immer in einer sehr hellen Farbe gehalten. Meisten werden dazu gelbliche Farbtöne verwendet, es könnte aber auch einfach weiss sein.

Wichtig ist die sehr helle Farbe, denn der gefangene Schmutz verfärbt die Matten und so werden diese dunkel und können auch schwarz werden. Dann ist es höchste Zeit, dass die Filtermatten der Luftfilter ausgewechselt werden. Einige Matten können danach gereinigt werden.

Die so aufbereitete Luft kann bereits für die Verbrennung genutzt werden. Da bei diesen mit einem Unterdruck die Verbrennungsluft angesaugt wird, nennt man solche Motoren auch Sauger. Es funktioniert, aber wie so oft möchte man aus dem Bauwerk noch etwas mehr heraus holen und das geht nur, wenn mehr Sauerstoff zugeführt wird. Dazu muss die Luft einfach verdichtet werden, denn dann steigt der Anteil stark an.

Verdichtung

Wie man Luft grundsätzlich verdichtet ist eigentlich klar, denn dazu verwendet man Kompressoren. Bei diesen wird mit geeigneten Geräten die Luft gepresst und dann in die Leitung entlassen. So stellt man Druckluft her und diese wird bei der für die Verbrennung erforderlichen Verdichtung benötigt. So weit ist es auch noch klar, aber wie das erfolgt, ist nicht mehr so klar, denn wir wissen, es geht angeblich auch ohne.

Was bei der Druckluft funktioniert, geht auch bei einem Motor. Die Luft wird vor der Verbrennung mit einem Kompressor verdichtet. Sie glauben mir nicht, aber es ist so, es können normale Kompressoren benutzt werden.

Fahrzeuge, die mit einem so aufgebauten Antrieb verse-hen wurden, sind entsprechend benannt worden. Es ist eine sehr gute Verdichtung, die aber den Nachteil hat, dass sie aufwendig in der Umsetzung ist.

Werden Kompressoren für die Verdichtung der Verbrenn-ungsluft benutzt, müssen diese über eine hohe Leistung verfügen. Denn der Verbrauch bei der Luft ist bei einem Motor gross.

Mit handelsüblichen Geräten ist daher nichts auszurichten und aus diesen Grund sind so aufgebaute Motoren aus-gesprochen selten zu finden. Es gab sie, aber wirklich durchsetzen konnten sich die Kompressoren nicht. Das auch, weil es andere Lösungen gab.

Eigentlich ist es einfach. Der Motor benötigt mehr Luft, dann soll er diese doch gleich selber verdichten. So kann diese Verdichtung auch von der Drehzahl anhängig erfolgen, was eine optimalere Nutzung dieser Funktion ist.

Schliesslich soll sich die Luft vor dem Verbrennungsraum nicht stauen und so wieder an Luftdruck verlieren. Die Lösung war ein leistungsfähiger Verdichter, der direkt durch den Motor angetrieben wird.

Der Abgasturbolader: Beim Abgasturbolader handelte es sich um einen Verdichter der Luft für die Verbrennung. Das mag nun überraschen, denn die Abgase enthalten bekanntlich kaum mehr Sauerstoff.

Das geht nicht und daher wird mit den Abgasen eigentlich nur ein Luftpresser angetrieben der die Luft vor dem Motor verdichtet. Wir haben daher das Prinzip, das Luft verdichtete Luft herstellt und das klappt gut.

Ich weiss, dass Sie nicht gerne lange Worte lesen. Da andere diese auch nicht gerne schreiben, kürzen sie ab. So wird aus dem Abgasturbolader ein angenehmer Turbolader.

Am Prinzip, dass mit dem Abgasen eine Turbine bewegt wird, die dann eine andere Turbine zur Verdichtung antreibt, ändert sich dadurch nichts. Der Turbolader ist im Grund ein sehr einfach aufgebautes Bauteil in einem Motor.

Das Schlagwort im Zusammenhang mit dem Turbolader ist die kürzeste Schreibweise. Sie haben in ihrem kleinen roten Flitzer mit dem Pferdchen einen Motor mit Turbo, da geht die Post ab.

Wenn Sie meinen, denn die Abgasturbolader werden sehr oft angewendet und das sogar bei den mit Dieselöl betriebenen Modellen. Da kann man dann auch von einem Turbodiesel lesen. Doch wie arbeitet dieser Turbo genau?

Beim Turbo beginnt die Funktion erst bei einer gewissen Drehzahl. Ist diese zu gering, arbeitet er nicht. In dem Moment, wo der Turbolader einsetzt, ergibt sich eine Krafteinbusse.

Dieser Effekt nennt man das Turboloch. Es entsteht, weil der Turbo einen Moment braucht um die Arbeit aufzunehmen. Je nach Motor kann man den kurzen Verlust bei der Leistung bemerkten. Es zuckt kurz und dann geht es los.

Diese mit dem beschriebenen Turbolader versehenen Motoren haben einen so grossen Vorteil, dass man das Turboloch gerne in kauf nimmt. Hinzu kommt, dass auch hier immer besser gearbeitet wird und die Auswirkungen nicht mehr so gut zu spüren sind.

Seien Sie also nicht überrascht, wenn der Kleinwagen für Ihre Frau einen Turbo hat. Dank diesem kann ein sehr kleiner Motor eingebaut werden, was dem Wagen hilft.

Die Ladeluft

Die vom Turbolader verdichtete Luft, wird Ladeluft genannt. Dabei schöpft das Turbinenrad Luft in den Bereich vor den Verbrennungsraum. Wenn die dabei zugeführte Luft grösser ist, als der Verbrauch, entsteht ein erhöhter Druck und wir haben die Ladeluft erhalten. Genau hier liegt der Grund für das Turboloch, denn bei tiefen Drehzahlen liefert der Turbo nur das, was benötigt wird. Steigt diese an, dauert es etwas, bis der Druck hergestellt ist.

Wir müssen uns nun mit den Eigenschaften von Luft befassen. Werden die Moleküle zusammen gepresst, reiben sie häufiger aneinander. Dadurch entsteht Wärme.

Aus aus diesem Grund ist es bei einem Hochdruck-gebiet leicht wärmer, als bei einem Tiefdruck-gebiet, wo das gebundene Wasser durch den Druck-abfall ausgeschieden wird.

In der Natur setzt dann Regen ein. Im Motor Was-serdampf, der aber kein Problem darstellt.

Erwärmt wurde die Ladeluft sogar aus zwei Grün-den. Neben dem erwähnten Effekt kommt noch der Turbolader dazu. Durch die heissen Abgase auf der Antriebsseite wird das Bauteil sehr heiss.

Diese Wärme wird automatisch an die kühlere Luft aus dem Aussenbereich abgegeben. So wird die Luft sehr heiss und bei einem zu hohen Druck kann das auch negative Auswirkungen haben. Daher wird dieser Druck beim Bau definiert.

Der Ladedruck ist direkt vom Motor abhängig und kann recht hoch sein. Allgemein gilt, dass neuere Motoren eher mit einem höheren Ladedruck arbeiten als ältere Modelle. Welche Werte genau eingestellt werden müssen, wissen die netten Leute in der Werkstatt, wo Sie Ihren Wagen für den Unterhalt bringen. Auch die müssen oft nachschlagen, denn nahezu jedes andere Modelle hat einen neuen Ladedruck bekommen.

Je höher der Ladedruck wird, desto wärmer wird die Luft vor der Verbrennung. Diese kann zu fehlerhaften Zündungen führen. Schlimmer ist aber der Teufelskreis, denn die heissere Ladeluft sorgt für heissere Abgase, die dann den Turbo noch mehr erhitzen und die Luft noch mehr Wärme aufnehmen muss. Das erste Bauteil, das da nicht mehr mitmacht ist der Turbolader, denn der kann sogar in dem Fall schmelzen.

Man kann also nicht beliebig hohe Ladedrücke er-zeugen. Sondern man muss drauf achten, dass die Ladeluft nicht zu heiss wird. Der Ladedruck kann deshalb bei den meisten Motoren sehr genau eingestellt werden.

Er stimmt so optimal zum Motor, was wiederum eine gute Verbrennung garantiert. Sie sehen, die Wärme bei der Ladeluft ist ein Problem, das man dank dem Abgas-turbolader erhält. Ohne gäbe es dieses Problem gar nicht.

Die Ladeluftkühlung verbessert die Funktion des Motors, da sie die Ladeluft in einem optimalen Bereich der Temperatur hält. Gekühlt wird die Ladeluft in einem Bauteil, das Ladeluftkühler genannt wird.

Diese Kühlung entzieht der Luft die Wärme mit dem Wasser aus dem Kühlsystem des Motors. Dieses nimmt die überschüssige Wärme auf und der zuvor erwähnte Teufelskreis wird mit dieser Kühlung unterbrochen.

Durch die Ladeluftkühlung wird der Ladedruck wieder etwas reduziert, das kann man aber berechnen und so den Ladedruck optimal einstellen. Auch die Wärme der Luft stimmt so und man erhält einen Motor, der gut funktioniert und erst noch sauberer arbeitet, als wenn wir auf diese Aufbereitung verzichten. Wir sind somit auch mit der Luft beim Motor angelangt, es wird deshalb Zeit, dass wir uns mit dem Motor und der darin stattfinden Verbrennung befassen.

Dabei spielte es bisher keine Rolle, ob wir einen Motor mit Benzin haben, oder einen mit Dieselöl. Jeder arbeitet mit anderen Lösungen und die müssen wir uns ansehen. Da es die einfache Lösung mit dem Vergaser nur bei den Benzinmotoren gibt, werden wir die Betrachtung mit diesem Modell beginnen, denn hier sind sogar noch zwei unterschiedliche Lösungen möglich und das macht die Welt der Benziner so spannend.

 

Zurück Navigation durch das Thema Weiter
  Home Depots im Wandel der Zeit Die Gotthardbahn
News Fachbegriffe Die Lötschbergbahn
Übersicht der Signale Links Geschichte der Alpenbahnen
Die Lokomotivführer Lokführergeschichte Kontakt

Copyright 2025 by Bruno Lämmli Lupfig: Alle Rechte vorbehalten