Ein Auto funktioniert, indem der Brennstoff, auch als Kraftstoff, Sprit oder Treibstoff bezeichnet, im Motor durch kontrollierte Explosionen Energie erzeugt. Diese Explosionen erfolgen in schneller Folge hintereinander und erzeugen Kraft, die über eine Kurbelwelle in Drehmoment umgesetzt wird. Das Drehmoment wird üblicherweise über ein Automatikgetriebe oder ein Schaltgetriebe auf die Antriebsachse übertragen und sorgt für den Vortrieb des Fahrzeugs.
Die Kraftgewinnung im Motor erfolgt durch die Befüllung der Zylinder mit dem explosionsfähigen Treibstoffgemisch. Die Zylinder werden über eine Nockenwelle gesteuert, die die Ventile öffnet und schließt. Der Treibstoff wird aus einem Tank über eine Zuleitung dem Vergaser oder der Einspritzanlage zugeführt. Der Vergaser oder die Einspritzanlage vernebeln den Kraftstoff und führen ihm eine vorbestimmte Menge an Frischluft über einen Luftfilter zu.
Die Verbrennungsgase werden über das Auspuffsystem des Fahrzeugs abgeleitet. Die heißen Gase werden über Auspuffkrümmer vom Motor weggeleitet und unter dem Fahrzeug zusammengeführt. Dort werden sie durch Schalldämpfer geleitet, die auch einen Russfilter oder Katalysator enthalten können. Die optimierte Auspuffanlage kann die Leistung des Fahrzeugs verbessern.
Eine Servolenkung ist eine automatisch wirkende Lenkhilfe, die den Kraftaufwand beim Lenken reduziert. Sie kann hydraulisch oder elektrisch betrieben werden und wird über den Motor angetrieben. Ein defekter Bremskraftverstärker kann den Bremspedalweg erhöhen und das Bremsen erschweren. In modernen Fahrzeugen ist ein Bremskraftverstärker üblich, während ältere Fahrzeuge auch ohne diese Kraftunterstützung auskamen. Früher wurden an Kleinwagen auch selbstverstärkende Trommelbremsen oder Bremssysteme ohne Kraftunterstützung verwendet. Erst ab den 80er-Jahren des vergangenen Jahrhunderts wurden Bremskraftverstärker in allen Fahrzeugen eingebaut.
Hauptkomponenten eines Autos
Die Hauptkomponenten eines Autos sind die Bauteile, die zusammenarbeiten, um das Fahrzeug zum Fahren und Funktionieren zu bringen. Sie sind unerlässlich für die Leistung und Sicherheit eines Autos. Hier sind die wichtigsten Hauptkomponenten:
- Karosserie: Die Karosserie ist der Gesamtaufbau des Fahrzeugs. Sie besteht aus Blechen, die beim Fahren entstehende Kräfte aufnehmen können. Moderne Karosserien sind selbsttragend und bieten Schutz sowohl für die Insassen als auch für die Bauteile des Autos.
- Motor: Der Motor ist das Herzstück des Fahrzeugs und treibt es an. Es handelt sich um einen Verbrennungsmotor, der Kraftstoff und Luft in den Zylindern verbrennt, um die Kolben zu bewegen und so das Auto voranzutreiben.
- Fahrwerk: Das Fahrwerk umfasst die Komponenten, die Kontakt zur Fahrbahn haben und für die Stabilität und Lenkung des Fahrzeugs verantwortlich sind. Dazu gehören Reifen, Radaufhängung, Lenkung und Bremse.
- Elektronik: Moderne Autos sind mit einer Vielzahl von elektronischen Komponenten ausgestattet. Ein Steuergerät leitet die meisten Funktionen und die Komponenten beziehen Strom von der Fahrzeugbatterie.
- Innenraum: Der Innenraum des Fahrzeugs umfasst sichtbare Teile wie Sitze, Lenkrad und Bedienelemente. Hier befinden sich auch verschiedene Elektrokomponenten, die den Komfort im Fahrzeug steigern, wie z.B. ein Bordcomputer oder Sitzheizung.
Bei der Herstellung von Autos werden verschiedene Materialien verwendet, die je nach Komponente unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Stahl ist der Hauptbestandteil und macht etwa 60 Prozent des Fahrzeuggewichts aus. Gusseisen und Aluminium werden ebenfalls verwendet, wobei Gusseisen etwa ein Prozent und Aluminium neun Prozent des Gewichts ausmachen. Moderne Autos nutzen auch hochfeste Stähle, die das Gewicht reduzieren können, ohne an Strukturfestigkeit zu verlieren. Kunststoffe spielen ebenfalls eine wichtige Rolle, da sie leichter sind und eine hohe Stabilität bieten können.
Die Gewichtsreduzierung von Fahrzeugen ist ein Ziel der Automobilindustrie, um den Kraftstoffverbrauch zu verringern und die CO2-Emissionen zu reduzieren. Leichtbaukonzepte, wie der Einsatz von hochfestem Stahl und Kunststoffen, werden verwendet, um dieses Ziel zu erreichen. Durch den Einsatz von Tailored Blanks, bei denen verschiedene Materialien in unterschiedlichen Dicken kombiniert werden, können Gewichtseinsparungen von bis zu 20 Prozent erzielt werden.
Wie funktioniert ein Verbrennungsmotor?
Ein Verbrennungsmotor funktioniert nach dem Viertaktprinzip. Dabei werden die vier Takte Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausstoßen nacheinander durchlaufen. Beim Ansaugen öffnen sich die Einlassventile, und ein Gemisch aus Kraftstoff und Luft strömt in den Brennraum. Beim Verdichten sind alle Ventile geschlossen, und der Kolben bewegt sich vom unteren zum oberen Totpunkt.
Beim Arbeiten entzünden die Zündkerzen das verdichtete Gemisch, es kommt zur Explosion, und der Kolben überträgt die Kraft über die Pleuelstange auf die Kurbelwelle. Beim Ausstoßen öffnen sich die Auslassventile, und die Verbrennungsabgase gelangen in den Auspuff. Die Kurbelwelle dreht sich während eines Durchlaufs der vier Takte zweimal um sich selbst. Die Motordrehzahl gibt an, wie oft sich die Kurbelwelle pro Minute dreht. Je höher die Drehzahl, desto mehr Kraftstoff wird verbraucht.
Es gibt verschiedene Motorentypen wie Ottomotoren und Dieselmotoren, die sich in der Art der Gemischbildung und der Zündung unterscheiden. Ottomotoren verwenden einen Zündfunken, um das Kraftstoff-Luft-Gemisch zu entzünden, während Dieselmotoren das Gemisch durch eine hohe Verdichtung entzünden. Beide Motorentypen haben ihre Vor- und Nachteile und werden in verschiedenen Fahrzeugen eingesetzt.
Wie funktioniert ein Getriebe im Auto?
Ein Getriebe im Auto dient dazu, das Drehmoment und die Drehzahl des Motors so zu verändern, dass das Fahrzeug optimal fahren kann. Es spielt eine entscheidende Rolle bei der Übertragung der vom Motor erzeugten Leistung auf die Räder. Durch das Getriebe wird das Drehmoment verstärkt oder reduziert, um das Fahrzeug in verschiedenen Fahrsituationen effizienter zu machen. Es gibt verschiedene Arten von Getrieben, darunter manuelles Schaltgetriebe, automatisiertes Schaltgetriebe (ASG), Doppelkupplungsgetriebe, Automatikgetriebe mit hydrodynamischem Wandler und stufenloses Getriebe (Multitronic, CVT).
Die Anzahl der Gänge variiert je nach Getriebetyp. Manuelle Schaltgetriebe haben in der Regel fünf oder sechs Gänge, während Automatikgetriebe acht oder neun Gänge haben können. Das CVT-Getriebe ist ein spezieller Typ, der über unendlich viele Fahrstufen verfügt. Die Auslegung des Getriebes richtet sich nach dem höchsten Motordrehmoment, nicht nach der höchsten Motorleistung.
Der Aufbau eines Getriebes besteht aus einem einteiligen Getriebegehäuse aus Leichtmetalllegierung. Es enthält eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle, die jeweils mit einem Kegelrollenlager gelagert sind. Die Zahnräder für die verschiedenen Gänge sind entweder Festräder oder einzeln gefertigte Gangräder. Die Abtriebswelle enthält auch die Schalträder für die verschiedenen Gangstufen und das Zahnrad für den Abtrieb zum Ausgleichsgetriebe.
Insgesamt ist ein Getriebe im Auto dafür verantwortlich, das Drehmoment und die Drehzahl des Motors so anzupassen, dass das Fahrzeug effizient und leistungsstark fahren kann. Es ermöglicht eine optimale Nutzung der Motorleistung und sorgt dafür, dass das Fahrzeug in verschiedenen Fahrsituationen die richtige Kraftübertragung auf die Räder hat.
Wie funktioniert die Bremsanlage im Auto?
Die Bremsanlage im Auto funktioniert per Hydraulik, also mit Flüssigkeit in einem geschlossenen System. Beim Treten auf das Bremspedal drückt die Bremsflüssigkeit an den Rädern befindliche Bremsbeläge (bei Scheibenbremsen) oder Bremsbacken (bei Trommelbremsen) an die sich drehende Bremsscheibe oder Bremstrommel. Dadurch entsteht Reibung und das Fahrzeug wird verzögert. Je stärker der vom Fahrer ausgeübte Bremsdruck ist, desto stärker ist die Reibung an den Bremskomponenten und damit die Verzögerung des Fahrzeugs.
Die Bremsanlage besteht aus einem Hauptbremszylinder, der den Druck auf die Bremsflüssigkeit ausübt, und einem Zweikreis-Bremssystem, das die Bremskraft auf die vier Räder verteilt. Es ist wichtig, dass keine Luft in die Druckkreise gelangt, da Luft nicht geeignet ist, den Bremsdruck weiterzuleiten. Die Bremsbeläge verschleißen schneller als die Bremsscheiben oder Bremstrommeln und müssen regelmäßig ausgetauscht werden.
Moderne Autos haben zusätzlich elektronisch geregelte Komponenten wie den Bremskraftverstärker, das Anti-Blockier-System (ABS), den Bremsassistenten, das elektronische Stabilitätsprogramm (ESP) und den Notbremsassistenten, die die Bedienbarkeit der Bremse verbessern und die Fahrsicherheit erhöhen.
Wie funktioniert die Lenkung im Auto?
Die Lenkung im Auto ist ein komplexes System, das präzise Lenkbewegungen ermöglicht und die gewünschte Fahrtrichtung des Autos steuert. Sie besteht aus verschiedenen Bauteilen wie dem Lenkrad, der Lenksäule, der Zahnstange, dem Lenkgetriebe, der Spurstange und der Radaufhängung. Das Lenkrad ist der Teil, den der Fahrer direkt bedient und über den er seine Lenkbewegungen ausführt. Diese Lenkbewegungen werden dann auf die Spurstange übertragen, die die Verbindung zwischen Lenkgetriebe und den Rädern darstellt.
Die Lenkbewegungen am Lenkrad werden über eine der folgenden Gewindearten auf die Spurstange übertragen: Spindelgewinde, Schneckengewinde, Kugelumlauflenkung oder Zahnradgewinde. In modernen Autos werden meist Zahnradgewinde verwendet, da sie präzise Lenkbewegungen ermöglichen und eine gute Kraftübertragung gewährleisten.
Es gibt auch verschiedene Arten von Lenkungssystemen, die das Lenken erleichtern. Die rein-hydraulische Servolenkung verstärkt die Kraft des Fahrers durch eine Hydraulikpumpe, während die elektrische Servolenkung Sensoren verwendet, um die Lenkbewegungen zu verbessern und an die jeweilige Fahrsituation anzupassen. Diese Servolenkungen erleichtern das Lenken und machen es insbesondere bei niedrigen Geschwindigkeiten weniger anstrengend.
Um sicher unterwegs zu sein und mögliche Lenkungsprobleme frühzeitig zu erkennen, ist es wichtig, die Lenkung regelmäßig zu überprüfen und zu warten. Symptome eines Lenkungsdefekts können Geräusche beim Lenken, zu viel Spiel in der Lenkung, wackelndes Lenkrad beim Bremsen oder eine schwammige Lenkung sein. Bei Auftreten solcher Symptome sollte das Fahrzeug schnellstmöglich in eine Werkstatt gebracht werden, um den Lenkungskreis zu überprüfen und mögliche Reparaturen durchzuführen.
Wie funktioniert das Fahrwerk im Auto?
Das Fahrwerk im Auto besteht aus verschiedenen Komponenten wie Federn und Dämpfern, die das Fahrgefühl und Handling des Fahrzeugs maßgeblich beeinflussen. Die Stahlfederung und konventionelle Stoßdämpfer sind die am häufigsten verbauten Varianten. Stahlfederfahrwerke sind kompakt und günstig, aber sie können bei höherer Zuladung das Fahrverhalten beeinflussen, da das Fahrzeug stärker einfedert.
Es gibt jedoch auch andere Optionen wie adaptive Dämpfer, die eine breite Spreizung für verschiedene Fahrsituationen bieten. Diese Dämpfer können vorwählbare Fahrwerkgrundeinstellungen haben, wie zum Beispiel eine Komfort- und Sporteinstellung. Diese adaptiven Dämpfer sorgen für mehr Fahrkomfort und sind günstiger als Luftfedern. Sie bieten eine größere Bandbreite zwischen Komfort und Sportlichkeit.
Luftfedern sind eine weitere Variante des Fahrwerks. Sie ermöglichen die Verstellung des Federvolumens, der Standhöhe und Steifigkeit des Fahrzeugs. Dadurch bieten sie einen höheren Fahrkomfort. Allerdings benötigen Luftfedern ein Steuergerät und einen Luftkompressor, weshalb sie hauptsächlich in der Oberklasse eingesetzt werden. Die Luftfederung reagiert variabel auf die Zuladung und hält das Fahrzeugniveau konstant.
Die Unterschiede zwischen den verschiedenen Fahrwerksarten sind für Autofahrer spürbar, insbesondere in Bezug auf Fahrkomfort, Fahrstabilität und Handling. Je nach Bedürfnissen und Budget kann zwischen verschiedenen Fahrwerken gewählt werden, um das optimale Fahrerlebnis zu erzielen.
Wie funktionieren die elektrischen Systeme im Auto?
Die elektrischen Systeme im Auto funktionieren durch verschiedene Komponenten, die eng miteinander zusammenarbeiten. Das Herzstück des Elektroautos ist der Akku, der zwischen den Achsen im Unterboden platziert ist. Er speichert die elektrische Energie, die für den Antrieb des Fahrzeugs benötigt wird. Der Akku wird während des Fahrens entladen und kann über eine Steckdose oder eine Ladestation wieder aufgeladen werden.
Weitere wichtige Komponenten sind der Elektromotor, die Leistungselektronik, das Temperaturmanagement und das Batteriemanagementsystem. Der Elektromotor wandelt die im Akku gespeicherte elektrische Energie in mechanische Energie um und treibt die Räder an. Er arbeitet äußerst effizient und bietet einen hohen Fahrkomfort, da er nahezu geräuschlos und vibrationsfrei ist.
Die Leistungselektronik ist für die Steuerung und Regelung der elektrischen Energie im Auto verantwortlich. Sie wandelt den Gleichstrom aus dem Akku in Wechselstrom um und versorgt damit den Elektromotor sowie weitere elektrische Verbraucher im Fahrzeug.
Das Temperaturmanagement sorgt dafür, dass die Akkus nicht überhitzen und bei Kälte die Temperierung und Leistungsabgabe gesteuert wird, um Schäden zu vermeiden. Es stellt sicher, dass die Akkus stets in einem optimalen Temperaturbereich betrieben werden.
Das Batteriemanagementsystem überwacht und kontrolliert den Zustand des Akkus. Es überwacht die Temperatur, die Ladezustände der einzelnen Zellen und sorgt für eine gleichmäßige Verteilung der Ladung.
Wie funktioniert das Kühlsystem im Auto?
Das Kühlsystem im Auto funktioniert, indem es eine effiziente Wärmeübertragung vom Motor ermöglicht, um eine optimale Betriebstemperatur, geringen Kraftstoffverbrauch und minimalen Verschleiß der beweglichen Teile zu gewährleisten. Es erreicht dies durch die Wärmeübertragung weg von wichtigen Motormetallen über Kühlerflüssigkeit, die auch als Kühlmittel/Frostschutzmittel bezeichnet wird.
Das Kühlsystem sorgt nicht nur für die Wartung und Schmierung von Motorteilen, sondern bietet auch Frostschutz für niedrige Temperaturen und erhöht den Siedepunkt, um Überhitzung zu vermeiden. Es bietet außerdem einen wirksamen Korrosionsschutz für alle Metalle im Kühlsystem über einen großen Temperaturbereich.
Die Funktionsweise des Kühlsystems wird in Teil 1 des Schulungshandbuchs erklärt. Teil 2 beschreibt typische Radiatorsysteme, einschließlich der Pumpenleistung, Betriebstemperatur des Kühlerschutzes und Kapazität des Kühlsystems. Teil 3 erklärt, wie die Wärme vom Motor abgeführt wird, wobei über 65% der Motorwärme über das Abgas- und Kühlsystem abgeführt wird. Teil 4 beschreibt die verschiedenen im Kühlsystem verwendeten Metalle wie Gusseisen/Aluminium, Stahl, Aluminiumlegierung/Messing und andere Materialien wie Magnesiumlegierung/Kupfer. Teil 5 beschreibt die Folgen von Einfrieren im Kühlsystem, wie hohe Kohlenwasserstoffemissionen, hoher Treibstoffverbrauch und mangelhafte Schmierung, die zu übermäßigem Motorverschleiß führen können.
Wie funktioniert das Bremssystem mit ABS?
Das Antiblockiersystem (ABS) ist eine wichtige Sicherheitsfunktion in modernen Fahrzeugen. Es verhindert, dass die Räder bei einer Vollbremsung blockieren und der Fahrer die Kontrolle über das Fahrzeug verliert. Das ABS erreicht dies, indem es den Bremsdruck wiederholt absenkt und anhebt.
Mit dem ABS wird verhindert, dass sich Bremsplatten an den Reifen bilden. Dadurch wird der Reifenverschleiß verringert und die Lebensdauer der Reifen erhöht. Das ABS erhöht auch die Sicherheit im Straßenverkehr, indem es das Blockieren der Hinterachsräder verhindert und die Lenkfähigkeit des Fahrzeugs in extremen Situationen sicherstellt. Es verkürzt den Bremsweg, erhöht die Spurtreue und ermöglicht das Umfahren von Hindernissen.
In neuen Fahrzeugen wird die Bremskraft an jedem Rad individuell geregelt. Dies ist besonders vorteilhaft auf unterschiedlich griffiger Fahrbahn. Es gibt verschiedene Antiblockiersysteme, darunter Drei-Kanal und Vier-Kanal Systeme. Das ABS besteht aus Raddrehzahlsensoren, dem ABS-Steuergerät (HECU) und den Radbremsen. ABS-Steuergeräte sind hochwertige und hochpreisige Systemkomponenten, die einem Recycling-Kreislauf zugeführt werden.