Jeder Verbrennungsmotor, vom kleinsten Rollermotor bis hin zu kolossalen Schiffsmotoren, benötigt zwei grundlegende Dinge, um zu funktionieren – Sauerstoff und Kraftstoff. Doch einfach Sauerstoff und Kraftstoff in einen Behälter zu werfen, macht noch keinen Motor. Rohre und Ventile leiten den Sauerstoff und den Kraftstoff in den Zylinder, wo ein Kolben das Gemisch für die Zündung verdichtet. Die explosive Kraft drückt den Kolben nach unten, zwingt die Kurbelwelle sich zu drehen und liefert so die mechanische Kraft, um das Fahrzeug zu bewegen, Generatoren zu betreiben oder Wasser zu pumpen – um nur einige Funktionen eines Automotors zu nennen.
Der Weg der Luft: Das Ansaugsystem
Das Ansaugsystem ist für den Motorbetrieb unerlässlich. Es sammelt Luft und leitet sie zu den einzelnen Zylindern, aber das ist noch nicht alles. Indem wir ein typisches Sauerstoffmolekül auf seinem Weg durch das Ansaugsystem verfolgen, können wir lernen, was jedes Teil dazu beiträgt, Ihren Motor effizient am Laufen zu halten. (Je nach Fahrzeug können diese Teile in einer anderen Reihenfolge angeordnet sein.)
Ansaugstutzen für Kaltluft
Der Kaltluftansaugstutzen befindet sich meist an einer Stelle, an der er Luft von außerhalb des Motorraums ansaugen kann, wie etwa im Radkasten, im Kühlergrill oder unter der Motorhaube. Der Kaltluftansaugstutzen markiert den Beginn des Luftwegs durch das Ansaugsystem, die einzige Öffnung, durch die Luft eintreten kann. Luft von außerhalb des Motorraums ist in der Regel kälter und dichter, also sauerstoffreicher, was sich positiv auf die Verbrennung, die Leistungsabgabe und den Motorwirkungsgrad auswirkt.
Motorluftfilter
Als nächstes strömt die Luft durch den Motorluftfilter, der sich typischerweise in einem „Luftfilterkasten“ befindet. Reine „Luft“ ist ein Gasgemisch – 78 % Stickstoff, 21 % Sauerstoff und Spuren anderer Gase. Je nach Standort und Jahreszeit kann die Luft auch viele Schadstoffe enthalten, wie Ruß, Pollen, Staub, Schmutz, Blätter und Insekten. Einige dieser Verunreinigungen können abrasiv sein und zu übermäßigem Verschleiß von Motorteilen führen, während andere das System verstopfen können.
Ein Gitter hält normalerweise die größeren Partikel wie Insekten und Blätter zurück, während der Luftfilter feinere Partikel wie Staub, Schmutz und Pollen auffängt. Der typische Luftfilter erfasst 80 % bis 90 % der Partikel bis zu einer Größe von 5 µm (5 Mikrometer ist ungefähr die Größe einer roten Blutkörperchen). Hochwertigere Luftfilter erfassen 90 % bis 95 % der Partikel bis zu 1 µm (einige Bakterien können etwa 1 Mikrometer groß sein).
Massensensor (HFM)
Um die richtige Kraftstoffmenge für die Einspritzung zu berechnen, muss das Motorsteuergerät (ECU) wissen, wie viel Luft in das Ansaugsystem strömt. Die meisten Fahrzeuge verwenden dazu einen Heißfilm-Luftmassenensor (HFM), während andere einen Saugrohrdrucksensor (MAP) nutzen, der sich meist am Ansaugkrümmer befindet. Einige Motoren, wie turbogeladene, können beide verwenden.
Bei Fahrzeugen mit einem HFM strömt die Luft durch ein Gitter und Leitbleche, um sie zu „begradigen“. Ein kleiner Teil dieser Luft strömt durch den Sensorteil des HFM, der einen Heizdraht oder ein Heißfilmelement enthält. Strom erhitzt den Draht oder das Filmelement, was zu einer Abnahme des Stromflusses führt, während der Luftstrom ihn abkühlt, was den Stromfluss erhöht. Die ECU korreliert den resultierenden Stromfluss mit der Luftmasse – eine kritische Berechnung für die Kraftstoffeinspritzung. Die meisten Ansaugsysteme beinhalten irgendwo in der Nähe des HFM einen Ansauglufttemperatursensor (IAT), manchmal als Teil derselben Einheit.
Ansaugrohr
Nach der Messung strömt die Luft weiter durch das Ansaugrohr zum Drosselklappengehäuse. Auf dem Weg dorthin kann es Resonatorkammern geben, „leere“ Behälter, die dazu dienen, Vibrationen im Luftstrom zu absorbieren und auszugleichen, um den Luftstrom auf seinem Weg zum Drosselklappengehäuse zu glätten. Es ist auch wichtig zu beachten, dass es vor allem nach dem HFM keine Undichtigkeiten im Ansaugsystem geben darf. Unerfasste Luft im System würde das Luft-Kraftstoff-Verhältnis verfälschen. Im besten Fall könnte dies dazu führen, dass die ECU eine Fehlfunktion erkennt, Diagnosecodes (DTC) setzt und die Motorkontrollleuchte (MKL) aktiviert. Im schlimmsten Fall startet der Motor möglicherweise nicht oder läuft schlecht.
Turbolader und Ladeluftkühler
Bei Fahrzeugen mit einem Turbolader strömt die Luft als nächstes in den Einlass des Turboladers. Abgase treiben das Turbinenrad im Turbinengehäuse an, welches wiederum das Verdichterrad im Verdichtergehäuse rotieren lässt. Die einströmende Luft wird komprimiert, was ihre Dichte und ihren Sauerstoffgehalt erhöht – mehr Sauerstoff kann mehr Kraftstoff verbrennen, um aus kleinen Motoren mehr Leistung zu holen.
Da die Kompression die Temperatur der Ansaugluft erhöht, strömt die komprimierte Luft durch einen Ladeluftkühler, um die Temperatur zu senken und das Risiko von Motorklopfen, Klopfen und Vorentflammung zu verringern.
Drosselklappengehäuse
Das Drosselklappengehäuse ist elektronisch oder per Seilzug mit dem Gaspedal und, falls vorhanden, dem Tempomat verbunden. Wenn Sie das Gaspedal betätigen, öffnet sich die Drosselklappe („Butterfly-Ventil“), um mehr Luft in den Motor strömen zu lassen, was zu einer Erhöhung von Motorleistung und -drehzahl führt. Wenn der Tempomat aktiviert ist, wird ein separates Kabel oder ein elektrisches Signal verwendet, um die Drosselklappe zu betätigen und die vom Fahrer gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit zu halten.
Leerlaufluftregelung
Im Leerlauf, zum Beispiel beim Warten an einer roten Ampel oder im Leerlauf, muss immer noch eine kleine Menge Luft in den Motor gelangen, um ihn am Laufen zu halten. Bei einigen neueren Fahrzeugen mit elektronischer Drosselklappensteuerung („Drive-by-Wire“) wird die Motorleerlaufdrehzahl durch feine Anpassungen der Drosselklappe geregelt. Bei den meisten anderen Fahrzeugen steuert ein separates Leerlaufluftstelliglied (IAC) eine kleine Luftmenge, um die Motorleerlaufdrehzahl zu halten. Der IAC kann Teil des Drosselklappengehäuses sein oder über ein kleineres Ansaugrohr, abseits des Hauptansaugrohrs, mit dem Ansaugsystem verbunden sein.
Ansaugkrümmer
Nachdem die Ansaugluft das Drosselklappengehäuse passiert hat, tritt sie in den Ansaugkrümmer ein, eine Reihe von Rohren, die die Luft zu den Einlassventilen jedes Zylinders leiten. Einfache Ansaugkrümmer leiten die Ansaugluft auf dem kürzesten Weg, während komplexere Versionen die Luft je nach Motordrehzahl und Last auf einem umwegigeren Weg oder sogar auf mehreren Wegen führen können. Die Steuerung des Luftstroms auf diese Weise kann je nach Bedarf die Leistung oder Effizienz steigern.
Einlassventile
Schließlich, kurz bevor die Luft den Zylinder erreicht, wird sie durch die Einlassventile gesteuert. Beim Ansaugtakt, in der Regel etwa 10° bis 20° vor dem oberen Totpunkt (OT), öffnet sich das Einlassventil, damit der Zylinder beim Abwärtsgang des Kolbens Luft ansaugen kann. Einige Grad nach dem unteren Totpunkt (UT) schließt sich das Einlassventil wieder, damit der Kolben bei seinem Rückweg zum OT die Luft verdichten kann.
Wie Sie sehen können, ist das Ansaugsystem etwas komplexer als nur ein einfaches Rohr, das zum Drosselklappengehäuse führt. Von außerhalb des Fahrzeugs bis zu den Einlassventilen nimmt die Ansaugluft einen kurvenreichen Weg, der dafür ausgelegt ist, den Zylindern saubere und exakt erfasste Luft zuzuführen. Die Kenntnis der Funktion jedes Teils des Ansaugsystems kann auch die Diagnose und Reparatur erleichtern.