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Verbrennungsmotor


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Der Verbrennungsmotor ist eine Wärmekraftmaschine die durch innere Verbrennung von Treibstoff mechanische Arbeit verrichtet. Strömungsmaschinen mit Verbrennung z.B. Gasturbinen und Motoren mit Verbrennung außerhalb des Zylinders z.B. Dampfmaschinen und Stirlingmotoren zählt man nicht zu den Verbrennungsmotoren engeren Sinne.

Inhaltsverzeichnis

Anwendung

Verbrennungsmotoren werden verwendet zum Antrieb von Kraftfahrzeugen Schienenfahrzeugen Luftfahrzeugen Wasserfahrzeugen und stationären Maschinen . Verbrennungsmotoren können auch in der Kraft-Wärme-Kopplung Anwendung finden.

Grundsätzliche Funktionsweise

Bei einem Verbrennungsmotor wird ein Kraftstoff - Luft - Gemisch in einem Zylinder entzündet und verbrannt. Die durch die stattfindende Erhöhung des Druckes wirkt auf einen Bei Hubkolbenmotoren wird die Auf- und Abbewegung Kolbens meistens durch einen Kurbeltrieb in eine umgewandelt.
Es existiert eine Reihe unterschiedlicher Verbrennungsmotoren zum Teil unterschiedliche thermodynamische Kreisprozesse ausnutzen.

Alle Verbrennungsmotoren wiederholen in einem Kreisprozess ständig das Arbeitsspiel das aus 4 besteht:

1. Ansaugen - 2. Verdichten - 3. Arbeiten 4. Ausstoßen

Ausstoßen und Ansaugen dienen dem Gaswechsel dem Austausch von Abgas (Ausstoßen) gegen Frischgas
Verdichten und Arbeiten dienen der Umwandlung chemischer Energie (Kraftstoff-Luft-Gemisch) über thermische Energie (Wärme) potentielle Energie (Druck) in mechanische Energie (Bewegung). Arbeitsschritte werden oft als Takte bezeichnet. Allerdings diese Bezeichnung ist bei 2-Taktern nicht sinnvoll 2-Takter auch alle 4 Arbeitsschritte ausführen.

Die Arbeitstakte am Beispiel des 4-Takt-Hubkolbenmotors

  1. Im ersten Takt wird während der des Kolbens ein Kraftstoff-Luftgemisch in den Zylinder "gesaugt".
  2. Während des zweiten Taktes verdichtet der in seiner Aufwärtsbewegung das Benzin-Luftgemisch im Zylinder. Ende des zweiten Taktes erfolgt die Zündung Ottomotoren durch die Zündkerze bei Dieselmotoren durch Selbstzündung.
  3. Im dritten Takt verbrennt das Kraftstoff-Luft-Gemisch. den Anstieg der Temperatur steigt auch der Druck des Gemisches und bewegt den Kolben im Zylinder nach unten. Die Längsbewegung des Kolbens dabei über das Pleuel auf die Kurbelwelle weitergeleitet und in eine Drehbewegung umgesetzt.
  4. Der sich nach oben bewegende Kolben die verbrannten Abgase aus dem Zylinder durch den Auspuff in die Umwelt.
Die Bewegungen der Takte 1 2 4 erfolgen durch den Schwung den die Kurbelwelle durch den Arbeitstakt erhalten hat. Da des Startvorgangs noch kein Schwung vorhanden ist die Kurbelwelle von außen angetrieben werden. Hierzu ein Seil (Kettensäge Bootsmotor) eine Handkurbel (Oldtimer) ein kleiner Elektromotor (Anlasser im KFZ).

Der Gaswechsel zwischen einströmenden Frischgasen und Abgasen wird durch die Nockenwelle gesteuert. Diese läuft mit einer Untersetzung 1:2 an die Kurbelwelle gekoppelt und öffnet schließt die im Zylinderkopf des Motors angeordneten Ventile .

Einteilung der Verbrennungsmotoren

In der intensiven Geschichte des Motorenbaus viele Konzepten erdacht und realisiert worden die in das folgende Raster passen z.B. direkt Ottomotoren oder Vielstoffmotoren nach dem Dieselverfahren aber Zündkerze. Im Sinne der Lesbarkeit verzichtet diese auf Sonderfälle die in eigenen Artikeln erscheinen
Die Bauarten können in einer großen kombiniert sein z.B. kleinvolumige Motoren mit Kreiskolben Schlitzsteuerung nach dem Otto-Prinzip ( Wankelmotor ) oder großvolumige 2-Takt-Dieselmotoren mit Ventilsteuerung (Schiffsdiesel).

Einteilung nach dem thermodynamischen Prozeß

  • Ottomotoren
  • Dieselmotoren

Einteilung nach dem Arbeitsverfahren

  • 4-Takt-Verfahren : Jeder der 4 Arbeitsschritte läuft während Taktes ab. Mit "Takt" ist ist diesem ein Kolbenhub gemeint d.h. eine Aufwärts- oder des Kolbens. Während eines Arbeitsspieles dreht sich Kurbelwelle also 2 mal. Der Gashub ist d.h. Frischgas und Abgas sind vollständig voneinander In der Praxis kommt es aber doch einer kurzen Berührung während der so genannten
  • 2-Takt-Verfahren : Auch beim 2-Takt-Verfahren laufen alle 4 ab aber während nur 2 Kolbenhüben (=Takte). ist möglich weil ein Teil des Ansaugens der Verdichtung (das Vorverdichten) außerhalb des Zylinders und zwar im Kurbelgehäuse unter dem Kolben in einem Lader. Die Kurbelwelle dreht sich eines Arbeitsspieles nur 1 mal. Der Gaswechsel offen d.h. es kommt zu einer gegenseitigen von Frischgas und Abgas.

Vergleich der Arbeitsverfahren

  • 2-Takt-Motoren haben eine größere Leistungsdichte da bei jeder Kurbelwellenumdrehung Arbeit verrichten.
  • 2-Takt-Motoren können wesentlich einfacher und billiger werden weil 4-Takt-Hubkolbenmotoren eine Ventilsteuerung benötigen. Sie erforderlich weil die Ein- und Auslassöffnungen für und Abgas bei jeder 2. Kurbelwellenumdrehung geöffnet geschlossen werden müssen. Bei 2-Takt-Motoren kann der diese Aufgabe übernehmen da Öffnen und Schließen jeder Kurbelwellenumdrehung stattfinden.
  • Ohne Ventilsteuerung treten bei 2-Takt-Motoren geringere auf deshalb sind höhere Drehzahlen möglich. Dies die Leistungsdichte zusätzlich.
  • 2-Takt-Motoren haben einen höheren spezifischen Verbrauch schlechtere Abgaswerte ( Schadstoffproblematik ) weil sie einen Teil des Kraftstoff-Luftgemisches durch Überspülen verlieren. Überspülen entsteht wenn sich mit dem Abgas mischt und ausgestoßen wird. eine Direkteinspritzung des Kraftstoffs kann dieses verhindert

Anwendungen

Zweitakt-Motoren werden vorwiegend eingesetzt wo der Preis des Motors (einfache Bauweise) und die Leistungsdichte den Vorrang haben vor Kraftstoffverbrauch und Umweltschutz . Dies gilt vor allem für Motoren kleinem Hubraum : Mofa Kleinkraftrad Trabant Kettensägen Modellbau und Motoradrennsport und großen Schiffsmotoren die auch als Zweitakt-Dieselmotoren gebaut werden.

Wo Gesetzgeber und Verbraucherinteresse auf Umweltschutz Kraftstoffverbrauch achten haben sich Viertaktmotoren durchgesetzt.

Einteilung nach dem Bewegungsablauf

  • Hubkolbenmotor
  • Kreiskolbenmotor

Einteilung nach dem Gemischbildungsverfahren

Vor der Verbrennung müssen Kraftstoff und durchmischt werden. Der Kraftstoff muss verdampfen.

  • Äußere Gemischbildung : Kraftstoff und Luft werden außerhalb des vermischt dann dem Zylinder zugeführt und verdichtet. den Temperaturanstieg beim Verdichten kann es zu leistungsmindernden und motorschädigenden Selbstzündungen ( Klopfen ) kommen die durch wirkungsgradmindernde Begrenzung des Verdichtungsverhältnisses oder durch teuren klopffesten Kraftstoff verhindern müssen (siehe auch: verbleites Benzin Superbenzin Oktanzahl ). Während der Verdichtung kann der Kraftstoff sodass die Verbrennung unmittelbar nach der Zündung sehr schnell erfolgen kann und eine Drehzahl ermöglicht. Es handelt sich um eine weil der Brennraum seine Größe in der Zeit praktisch nicht ändert. Nach der Zündung die Verbrennung nicht mehr beeinflusst werden.

  • Innere Gemischbildung : Nur Luft wird dem Zylinder zugeführt verdichtet der Kraftstoff wird erst später in Brennraum eingespritzt. Ohne Kraftstoff ist keine Selbstzündung deshalb kann der Wirkungsgrad durch höhere Verdichtung werden. Die Zündung kann durch Selbstzündung ( Dieselmotoren ) oder Fremdzündung ( Ottomotoren mit Direkteinspritzung oder Vielstoffmotoren ) erfolgen. Nach Einspritzbeginn benötigt der Kraftstoff zum Verdampfen die insbesondere bei Dieselmotoren keine Drehzahlen ermöglicht. Die Verbrennung kann durch die des Kraftstoffes (siehe auch: Einspritzverfahren) beeinflusst werden ideal wäre eine Gleichdruckverbrennung.

Einteilung nach dem Zündverfahren

  • Fremdzündung
  • Selbstzündung

Einteilung nach der Füllungsart

  • Saugmotor
  • Ladermotor

Einteilung nach dem Kühlverfahren

  • Wassergekühlt
  • Luftgekühlt

Einteilung nach Bauformen und Menge der Zylinder

Abhängig von der Anzahl der Zylinder werden Otto - und Dieselmotoren gebaut als Die Zahlen in Klammern sind typische
Im Rennsport werden auch trotz der Unwucht V-Motoren mit 3 oder 5 Zylindern

Exotische Bauarten von Motoren

Kreiskolbenmotor

Der Wankelmotor ist ein Kreiskolbenmotor benannt nach Felix Wankel . Beim Wankelmotor rotiert in einem oval-scheibenförmigen ein bogig-dreieckiger Kolben in einer nur leicht Bewegung. Durch die anhaltende Bewegung in immer Drehrichtung ergibt sich ein sehr ruhiger Motorlauf.
Der Kreiskolbenmotor ist sehr kompakt aufgebaut benötigt keine Ventilsteuerung. Abgesehen von der unterschiedlichen entspricht das Prinzip der Krafterzeugung aber dem Ottomotors. Die vier Takte werden nicht während Auf- und Abwärtsbewegung eines Kolbens sondern während Drehbewegung in einer Scheibe ausgeführt. Wie beim meherere Zylinder könne beim Wankelmotor mehrere Scheiben sein.

Stelzer-Motor

Der Stelzer-Motor benannt nach seinem Erfinder Frank Stelzer ein Zweitakt-Freikolbenmotor.
Im Stelzer-Motor wird während des gesamten nur der Kolben bewegt. Seine unterschiedliche Durchmesser und schließen verschiedene Öffnungen im Gehäuse und damit gleichzeitig den Gaswechsel.

Kraftstoffe

Wichtige Motorenbauer


Weblinks

Siehe auch: Stirlingmotor Vollgas



Bücher zum Thema Verbrennungsmotor

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