Betrieb des Luftansaugsystems

Jeder Verbrennungsmotor, vom kleinsten Rollermotor bis hin zu riesigen Schiffsmotoren, benötigt im Wesentlichen zwei Dinge, um zu funktionieren: Sauerstoff und Kraftstoff. Aber einen Motor erhält man nicht einfach dadurch, dass man Sauerstoff und Kraftstoff in einen Behälter wirft. Rohre und Ventile leiten den Sauerstoff und Kraftstoff zu den Zylindern, wo Kolben das Gemisch komprimieren und es zur Zündung bringen. Die explosive Kraft drückt den Kolben nach unten, dreht die Kurbelwelle und liefert mechanische Energie für den Benutzer, um Fahrzeuge zu bewegen, Generatoren zu betreiben, Wasser zu pumpen und vieles mehr – nur ein kleiner Teil der Funktionen eines Automotors.

Das Ansaugsystem ist entscheidend für den Motorbetrieb, da es Luft sammelt und zu den einzelnen Zylindern leitet, aber das ist noch nicht alles. Indem man den Weg eines typischen Sauerstoffmoleküls durch das Ansaugsystem verfolgt, kann man lernen, wie jeder Teil dazu beiträgt, den Motor effizient am Laufen zu halten. (Die Reihenfolge dieser Teile kann je nach Fahrzeug variieren.)

Das Kaltluftansaugrohr ist in der Regel so positioniert, dass es Luft von außerhalb des Motorraums aufnehmen kann, z. B. im Kotflügel, im Kühlergrill oder in einer Motorhaubenschaufel. Das Kaltluftansaugrohr ist der Startpunkt des Weges, den die Luft durch das Ansaugsystem nimmt, und die einzige Öffnung, durch die Luft eintritt. Luft von außerhalb des Motorraums ist in der Regel kühler und dichter, was sie sauerstoffreicher macht und somit vorteilhaft für die Verbrennung, Leistung und Motoreffizienz ist.

Motorluftfilter

Als nächstes strömt die Luft in der Regel durch den Motorluftfilter, der sich normalerweise in einer „Luftfilterbox“ befindet. „Reine“ Luft ist ein Gasgemisch, das zu 78 % aus Stickstoff, 21 % Sauerstoff und Spuren anderer Gase besteht. Je nach Standort und Jahreszeit kann die Luft jedoch viele Verunreinigungen wie Ruß, Pollen, Staub, Schmutz, Blätter und Insekten enthalten. Einige dieser Verunreinigungen können abrasiv sein und übermäßigen Verschleiß an Motorteilen verursachen, andere können das System verstopfen.

In der Regel fängt ein Sieb den Großteil der größeren Partikel wie Insekten und Blätter ab, während der Luftfilter feine Partikel wie Staub, Schmutz und Pollen zurückhält. Ein typischer Luftfilter fängt 80 % bis 90 % der Partikel bis zu 5 µm (5 Mikrometer sind etwa so groß wie eine rote Blutkörperchen) auf. Hochwertige Luftfilter können 90 % bis 95 % der Partikel bis zu 1 µm (einige Bakterien können etwa 1 Mikrometer groß sein) auffangen.

Luftmassenmesser (MAF)

Um die Menge an Kraftstoff, die zu einem bestimmten Zeitpunkt eingespritzt werden soll, genau zu bestimmen, muss das Motorsteuergerät (ECM) wissen, wie viel Luft in das Ansaugsystem eintritt. Die meisten Fahrzeuge verwenden hierfür einen Luftmassenmesser (MAF), andere Fahrzeuge nutzen üblicherweise einen Saugrohrdrucksensor (MAP), der in der Regel am Ansaugkrümmer angebracht ist. Einige Motoren, wie z. B. turbogeladene Motoren, können beide verwenden.

Bei Fahrzeugen mit MAF wird die Luft durch ein Sieb und eine Blende „gleichgerichtet“. Ein Teil dieser Luft strömt durch den Sensorbereich des MAF, der eine Heißdraht- oder Heißfilm-Messeinrichtung enthält. Elektrizität erhitzt den Draht oder Film, wodurch der Stromfluss abnimmt, aber der Luftstrom kühlt den Draht oder Film, was den Stromfluss erhöht. Das ECM korreliert den resultierenden Stromfluss mit der Luftmasse und führt entscheidende Berechnungen für das Kraftstoffeinspritzsystem durch. Die meisten Ansaugsysteme enthalten einen Ansauglufttemperatursensor (IAT) irgendwo in der Nähe des MAF, manchmal als Teil derselben Einheit.

Ansaugrohr

Nach der Messung strömt die Luft durch das Ansaugrohr in Richtung Drosselklappengehäuse. Unterwegs kann es eine Resonatorkammer geben, eine „leere“ Flasche, die dazu dient, Luftströmungsschwingungen zu absorbieren und auszugleichen, um den Weg zum Drosselklappengehäuse zu glätten. Es ist auch wichtig zu beachten, dass es insbesondere nach dem MAF keine Undichtigkeiten im Ansaugsystem geben darf. Ungemessene Luft, die in das System gelangt, würde das Luft-Kraftstoff-Verhältnis verfälschen. Im besten Fall könnte das ECM einen Fehler erkennen und einen Diagnosefehlercode (DTC) sowie die Motorkontrollleuchte (MKL) aktivieren. Im schlimmsten Fall könnte der Motor nicht starten oder schlecht laufen.

Turbolader und Ladeluftkühler

Bei Fahrzeugen mit Turbolader strömt die Luft als nächstes durch den Einlass des Turboladers. Abgase drehen die Turbine im Turbinengehäuse, die wiederum das Verdichterrad im Verdichtergehäuse antreibt. Die einströmende Luft wird komprimiert, was ihre Dichte und ihren Sauerstoffgehalt erhöht. Mehr Sauerstoff verbrennt mehr Kraftstoff und ermöglicht es, mehr Leistung aus einem kleineren Motor zu holen.

Da die Kompression die Temperatur der Ansaugluft erhöht, strömt die komprimierte Luft durch einen Ladeluftkühler, um ihre Temperatur zu senken und das Risiko von Klopfen, Detonation und Vorzündung im Motor zu verringern.

Drosselklappengehäuse

Das Drosselklappengehäuse, ob elektronisch oder per Kabel, ist mit dem Gaspedal und – falls vorhanden – der Geschwindigkeitsregelung verbunden. Wenn das Gaspedal betätigt wird, öffnet sich die Drosselklappe oder das „Butterfly“-Ventil, sodass mehr Luft in den Motor strömt und Motorleistung sowie Drehzahl steigen. Wenn die Geschwindigkeitsregelung aktiviert ist, verwendet sie ein separates Kabel oder elektrisches Signal, um das Drosselklappengehäuse zu betätigen und die vom Fahrer gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit beizubehalten.