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Kfz-Motor und Motormechanik – Verdichtung und Hubraum berechnen

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Kfz-Motor und Motormechanik – Verdichtung und Hubraum berechnen

Zielgruppe: Kfz-Ausbildung. Ziel: Geometrie und grundlegende Kenngrößen sicher berechnen und Diagnosewerte fachlich einordnen.

Sicherheit: Der Kurs vermittelt Rechen- und Diagnosegrundlagen. Sicherheitsrelevante Fahrzeugarbeiten, Hochvolt, Rückhaltesysteme und Fahrfreigaben bleiben qualifiziertem Fachpersonal vorbehalten. Herstellerangaben, Arbeitsanweisungen und Sollwerte sind am realen Fahrzeug zu prüfen. Keine Zulassungs-, Reparatur- oder Fahrfreigabe durch diesen Lernkurs.

Einleitung

Beim Hubkolbenmotor bestimmen Bohrung d, Hub s, Zylinderzahl z und Verdichtungsraum Vc zentrale geometrische Kenngrößen. Der Hubraum ist das vom Kolben zwischen OT und UT überstrichene Volumen. Das geometrische Verdichtungsverhältnis vergleicht größtes und kleinstes Zylindervolumen; es ist kein Druckverhältnis.

Lerneinheit 1: Hubraum

Einzelhubraum: Vh = π/4 · d² · s

Gesamthubraum: VH = Vh · z

Beispiel: d = 82,0 mm = 8,20 cm; s = 94,6 mm = 9,46 cm; z = 4. Daraus folgen Vh ≈ 499,6 cm³ und VH ≈ 1998 cm³ ≈ 2,00 l.

Plausibilität: Rund 500 cm³ je Zylinder mal vier ergibt rund 2,0 l.

Lerneinheit 2: Verdichtung

ε = (Vh + Vc) / Vc = 1 + Vh/Vc

Bei Vh = 499,6 cm³ und Vc = 49,0 cm³ gilt ε ≈ 11,20, also 11,2 : 1. Umgestellt: Vc = Vh / (ε − 1).

Achtung: 11,2 : 1 bedeutet nicht 11,2 bar. Kompressionsdruck hängt zusätzlich unter anderem von Füllung, Ventilsteuerzeiten, Temperatur, Drehzahl, Wärmeverlusten und Dichtheit ab.

Ausbildungsfall: Auffälliger Zylinder

Ein Vierzylinder-Ottomotor wird angeleitet diagnostisch betrachtet: d = 82,0 mm, s = 94,6 mm, ε = 11,2 : 1. Berechne VH und Vc. Werte danach diesen didaktisch konstruierten Datensatz aus; er ersetzt keine Herstellersollwerte.

Zylinder	Kompressionsdruck	Druckverlust	Beobachtung
1	12,6 bar	7 %	unauffällig
2	12,4 bar	8 %	unauffällig
3	9,1 bar	24 %	Luftgeräusch am Ansaugtrakt
4	12,5 bar	7 %	unauffällig

Fehlereingrenzung: Zylinder 3 weicht deutlich ab. Erhöhter Druckverlust plus Luftgeräusch am Ansaugtrakt lenken die weitere Prüfung auf eine mögliche Undichtheit der Einlassseite. Das ist keine Schadensbestätigung und keine Reparaturfreigabe. Messbedingungen, Ventiltrieb und Herstellervorgaben sind weiter zu prüfen.

Gestufte Hilfen

Hilfe 1: Rechne mm zuerst in cm um.
Hilfe 2: Berechne Vh, dann VH = Vh · z.
Hilfe 3: Für Vc stelle um: Vc = Vh/(ε−1).
Hilfe 4: Diagnosebegründung: Messwert → Vergleich → mögliche Ursache → notwendige Prüfung.

Basis, Anwendung, Transfer

Basis: d = 80 mm, s = 90 mm. Berechne Vh. Feedback: ≈ 452,4 cm³; starke Abweichungen sprechen für Einheitenfehler.

Anwendung: Vier Zylinder zu je 452,4 cm³. Berechne VH. Feedback: ≈ 1809,6 cm³ = 1,81 l.

Anwendung: Vh = 452,4 cm³, Vc = 45,2 cm³. Berechne ε. Feedback: ≈ 11,0 : 1.

Transfer: Warum lokalisiert die Hubraumberechnung keinen einzelnen undichten Zylinder? Feedback: Hubraum ist Geometrie; der Zustand erfordert geeignete Messungen und Herstellersollwerte.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Was beschreibt der Einzelhubraum? (Das zwischen OT und UT überstrichene Volumen) (!Den maximalen Verbrennungsdruck) (!Die Ölfüllmenge) (!Das Tankvolumen)

Welche Größen bestimmen den Hubraum eines kreisrunden Einzelzylinders? (Bohrung und Hub) (!Drehzahl und Drehmoment) (!Öldruck und Temperatur) (!Ventilspiel und Zündwinkel)

Wie lautet die Formel für Vh? (Vh = π durch 4 mal d² mal s) (!Vh = d mal s) (!Vh = π mal d mal s²) (!Vh = Vc durch ε)

Wie wird der Gesamthubraum berechnet? (Einzelhubraum mal Zylinderzahl) (!Einzelhubraum plus Drehzahl) (!Verdichtungsraum mal Druck) (!Bohrung mal Zylinderzahl)

Was ist Vc? (Das kleinste Zylindervolumen bei OT) (!Das überstrichene Volumen) (!Das Kurbelgehäusevolumen) (!Das Ansaugrohrvolumen)

Was beschreibt ε? (Das Verhältnis von größtem zu kleinstem Zylindervolumen) (!Den Öldruck) (!Die Motordrehzahl) (!Den Kraftstoffdruck)

Was bedeutet 11 zu 1 geometrische Verdichtung? (Das größte Zylindervolumen ist elfmal das kleinste) (!Der Kompressionsdruck beträgt immer elf bar) (!Der Motor hat elf Zylinder) (!Der Hub ist elfmal die Bohrung)

Warum entspricht ε nicht dem Kompressionsdruck? (Druck hängt zusätzlich von Betriebsbedingungen und Dichtheit ab) (!Druck und Volumen sind dieselbe Größe) (!Der Hub beeinflusst kein Volumen) (!Kompressionsdruck gibt es nur bei Elektromotoren)

Welcher Befund verlangt weitere Diagnose? (Ein Zylinder weicht deutlich von den anderen ab) (!Alle Zylinder sind nahezu gleich) (!Der Gesamthubraum stimmt) (!Der Motor hat vier Zylinder)

Welche Aussage ist fachgerecht? (Messwerte mit Herstellervorgaben und weiteren Prüfungen absichern) (!Ein Messwert erteilt eine Reparaturfreigabe) (!Der Kurs ersetzt Herstellervorgaben) (!Hubraum bestätigt jede Schadensursache)

Memory

Bohrung	Zylinderdurchmesser
Hub	Kolbenweg zwischen Totpunkten
Hubvolumen	Überstrichenes Volumen
Verdichtungsraum	Restvolumen bei OT
Gesamthubraum	Summe der Einzelhubräume
Verdichtungsverhältnis	Verhältnis größtes zu kleinstes Volumen

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Motorgeometrie
Bohrung	Durchmesser des Zylinders
Hub	Weg von OT bis UT
Hubraum	Überstrichenes Volumen
Verdichtungsraum	Restvolumen bei OT
Verdichtungsverhältnis	Verhältnis zweier Zylindervolumina

Kreuzworträtsel

Bohrung	Wie heißt der Zylinderdurchmesser?
Kolben	Welches Bauteil bewegt sich im Zylinder?
Hubraum	Welches Volumen überstreicht der Kolben?
Verdichtung	Welche Kenngröße vergleicht größtes und kleinstes Zylindervolumen?
Zylinder	In welchem Bauteil bewegt sich der Kolben?
Totpunkt	Wie heißt eine Endlage des Kolbens?

LearningApps

Lückentext

Offene Aufgaben

Leicht

Motorgeometrie: Beschrifte ein Systembild mit Bohrung, Hub, OT und UT.
Einheiten: Erstelle drei Umrechnungsbeispiele von mm in cm.
Hubraum: Berechne Vh für zwei vorgegebene Bohrungs-Hub-Kombinationen.
Plausibilitätsprüfung: Erkläre, wie Du einen Zehnerfehler erkennst.

Standard

Gesamthubraum: Vergleiche Drei-, Vier- und Sechszylinder bei gleichem Vh.
Verdichtungsverhältnis: Berechne ε aus Vh und Vc und erläutere das Ergebnis.
Verdichtungsraum: Stelle die Formel nach Vc um und prüfe sie mit einem Beispiel.
Diagnose: Werte den Ausbildungsfall aus und begründe die nächste Prüfung.

Schwer

Messunsicherheit: Untersuche, wie ein kleiner Fehler der Bohrungsmessung Vh beeinflusst.
Motorvergleich: Vergleiche zwei Motoren mit gleichem Hubraum, aber unterschiedlicher Bohrung und unterschiedlichem Hub.
Fehlereingrenzung: Entwickle einen neuen Diagnose-Datensatz mit einer eindeutigen Auffälligkeit und begründe die Eingrenzung.
Werkstattkommunikation: Formuliere eine Übergabe, die Befund, Vermutung und bestätigte Ursache klar trennt.

Lernkontrolle

Hubraum und Geometrie: Begründe, wie sich Vh verändert, wenn nur die Bohrung größer wird.
Verdichtung und Restvolumen: Erkläre die Wirkung eines kleineren Vc bei konstantem Vh auf ε.
Diagnosevergleich: Begründe, warum relative Zylinderabweichungen diagnostisch wichtig sein können.
Messwert und Kenngröße: Erkläre den Unterschied zwischen ε und Kompressionsdruck an einem Beispiel.
Transfer Motordiagnose: Entwirf eine Prüfreihenfolge für einen auffälligen Zylinder, ohne eine Reparatur- oder Fahrfreigabe zu erteilen.

Lernnachweis

Für den Lernnachweis sollst Du Bohrung, Hub, Vh, VH und Vc unterscheiden, Einheiten sicher umrechnen, Hubraum und Verdichtungsverhältnis berechnen, Formeln umstellen, Ergebnisse plausibilisieren sowie geometrische Größen von Diagnosemesswerten trennen. Bei Werkstattfällen sollst Du Messwerte vergleichen, eine mögliche Ursache begründet eingrenzen und notwendige Folgeprüfungen nennen, ohne aus unvollständigen Befunden eine Reparatur- oder Fahrfreigabe abzuleiten.

OERs zum Thema

Verknüpfte Lernbereiche

Kfz-Motor und Motormechanik

Medien und fachliche Quellen

Die eingebundenen Commons-Dateien dienen als System- und Funktionsbilder. Bei Weiterverwendung sind die Lizenzangaben der jeweiligen Commons-Dateiseite einzuhalten. Fachlich wurden die geometrischen Definitionen von Hubraum und Verdichtungsverhältnis mit etablierten technischen Darstellungen und Enzyklopädieangaben abgeglichen. Diagnosewerte im Ausbildungsfall sind ausdrücklich didaktisch konstruiert und keine Herstellersollwerte.