Automotoren und ihre Funktionsweise
(Baumgarten et al., 2021)
Autos unterscheiden sich neben Werten wie Tankgröße, Höchstgeschwindigkeit und Leistung insbesondere in ihrer Motorenart. Grundsätzlich lassen sich vier verschiedene Motorentypen unterscheiden:
- Ottomotor
- Dieselmotor
- Brennstoffzelle
- Elektromotor
Ottomotor
Der Ottomotor wurde in den 1870er Jahren von verschiedenen Ingenieuren entwickelt, wobei die Bezeichnung auf Nicolaus August Otto zurückgeht. Er wandelt chemische Energie aus Kraftstoffen in mechanische Energie um, um Fahrzeuge oder Maschinen anzutreiben.
Im Straßenverkehr werden Ottomotoren üblicherweise mit einem Benzin-Ethanol-Gemisch betrieben. Sie können jedoch auch mit anderen Kraftstoffen wie Alkanen (Propan, Butan, Methan), Erdgas, Biogas, Ethanol oder sogar Wasserstoff betrieben werden. Grundsätzlich sind theoretisch alle brennbaren Gase nutzbar. Flüssige Kraftstoffe wie Benzin werden in der Ansaugluft zerstäubt, um ein gleichmäßiges Kraftstoff-Luft-Gemisch zu erzeugen.
Im klassischen Ottomotor wird dieses Gemisch entweder vor oder direkt im Zylinder eingespritzt. Im Anschluss wird das Gasgemisch durch einen Kolben unter Druck gesetzt und durch eine Zündkerze entzündet. Durch die Verbrennung entsteht Druck, der den Kolben zurückdrückt. Dieser Kolben ist an einer Kurbel befestigt, die die entstandene Energie weiter überträgt und so das betriebene Gerät, zum Beispiel das Auto, mit Energie versorgt. (Baumgarten et al., 2021)
Dieselmotor
Der Dieselmotor ist in der Funktionsweise sehr ähnlich zum Ottomotor, kommt jedoch ohne Zündkerze aus. Stattdessen wird im Dieselmotor zunächst die Luft komprimiert, was zu einer Erhitzung auf bis zu 900°C führt, anschließend wird der Kraftstoff zugegeben, vermischt sich mit der heißen Luft, wird neu komprimiert und entzündet sich durch die hohe Temperatur an der Luftladung selbst. Deshalb ist für moderne Dieselmotoren ein zündwilliger Kraftstoff nötig. Dieselkraftstoff besteht deshalb aus langkettigen Kohlenwasserstoffen mit 9 bis 30 Kohlenstoffatomen. (Baumgarten et al., 2021)
Brennstoffzelle
Die Brennstoffzelle wird verwendet, um beispielsweise Autos mit Wasserstoff zu betreiben. Sie besteht aus zwei Elektroden, die durch einen Ionenleiter verbunden sind. Um chemische Energie, die im Wasserstoff gespeichert ist, in elektrische Energie umzuwandeln, wird Wasserstoff an der Anode und Sauerstoff an der Kathode eingelassen.
Die Wasserstoffmoleküle reagieren zu Ionen:
Die entstandenen Ionen reagieren an der Kathode im Anschluss mit den Sauerstoffmolekülen zu Wasser.
Durch diese Reaktion kann zwischen den beiden Elektroden Strom fließen. (Baumgarten et al., 2021)
Sowohl die Brennstoffzelle als auch der Akku eines Elektroautos liefern elektrische Energie. Beide müssen im Anschluss nun in mechanische Energie umgewandelt werden. Dies geschieht mit Hilfe von Magnetfeldern in einem Elektromotor durch die Lorenzkraft (Baumgarten et. al., 2021).
© Zerouali, A., Brinkmann, J., Frömmel, M. & Koenen, J. (2024) Toolbox Lehrerbildung – ViFoNet Fortbildungsmodul: Automotoren und ihre Funktionsweise. (URL).