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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 Zylinderss, z.B. Dampfmaschinen und Stirlingmotoren, zählt man nicht zu den Verbrennungsmotoren im engeren Sinne.
Alle Verbrennungsmotoren wiederholen in einem Kreisprozess ständig das Arbeitsspiel, das aus 4 Arbeitsschritten besteht:
Ausstoßen und Ansaugen dienen dem Gaswechsel, d.h. dem Austausch von Abgas (Ausstoßen) gegen Frischgas (Ansaugen).
Der Gaswechsel zwischen einströmenden Frischgasen und verbrannten Abgasen wird durch die Nockenwelle gesteuert.
Diese läuft mit einer Untersetzung von 1:2 an die Kurbelwelle gekoppelt und öffnet und schließt die im Zylinderkopf des Motors angeordneten Ventile.
Wo Gesetzgeber und Verbraucherinteresse auf Umweltschutz und Kraftstoffverbrauch achten, haben sich Viertaktmotoren durchgesetzt.
Verbrennungsmotoren können auch in der Kraft-Wärme-Kopplung Anwendung finden.
Bei einem Verbrennungsmotor wird ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in einem Zylinder entzündet und verbrannt. Die durch die Wärme stattfindende Erhöhung des Druckes wirkt auf einen Kolben. Bei Hubkolbenmotoren wird die Auf- und Abbewegung des Kolbens meistens durch einen Kurbeltrieb in eine Drehbewegung umgewandelt.
Anwendung
Verbrennungsmotoren werden verwendet zum Antrieb von Kraftfahrzeugen, Schienenfahrzeugen, Luftfahrzeugen, Wasserfahrzeugen und stationären Maschinen.Grundsätzliche Funktionsweise
Verdichten und Arbeiten dienen der Umwandlung von chemischer Energie (Kraftstoff-Luft-Gemisch) über thermische Energie (Wärme) und potentielle Energie (Druck) in mechanische Energie (Bewegung).
Die Arbeitsschritte werden oft als Takte bezeichnet, aber diese Bezeichnung ist bei 2-Taktern nicht sinnvoll, weil 2-Takter auch alle 4 Arbeitsschritte ausführen.
Die Arbeitstakte am Beispiel des 4-Takt-Hubkolbenmotors
Die Bewegungen der Takte 1,2 und 4 erfolgen durch den Schwung, den die Kurbelwelle durch den Arbeitstakt erhalten hat.
Da während des Startvorgangs noch kein Schwung vorhanden ist, muss die Kurbelwelle von außen angetrieben werden. Hierzu dient ein Seil (Kettensäge, Bootsmotor), eine Handkurbel (Oldtimer) oder ein kleiner Elektromotor (Anlasser im KFZ).
Einteilung der Verbrennungsmotoren
In der intensiven Geschichte des Motorenbaus sind viele Konzepten erdacht und realisiert worden, die nicht in das folgende Raster passen, z.B. direkt einspritzende Ottomotoren oder Vielstoffmotoren nach dem Dieselverfahren, aber mit Zündkerze. Im Sinne der Lesbarkeit verzichtet diese Übersicht auf Sonderfälle, die in eigenen Artikeln erscheinen sollten.
Die Bauarten können in einer großen Vielfalt kombiniert sein, z.B. kleinvolumige Motoren mit Kreiskolben und Schlitzsteuerung nach dem Otto-Prinzip (Wankelmotor) oder großvolumige 2-Takt-Dieselmotoren mit Ventilsteuerung (Schiffsdiesel).Einteilung nach dem Arbeitsverfahren
Vergleich der Arbeitsverfahren
Anwendungen
Zweitakt-Motoren werden vorwiegend eingesetzt, wo der Preis des Motors (einfache Bauweise) und die hohe Leistungsdichte den Vorrang haben vor Kraftstoffverbrauch und Umweltschutz. Dies gilt vor allem für Motoren mit kleinem Hubraum: Mofa, Kleinkraftrad, Trabant, Kettensägen, Modellbau, und Motoradrennsport und großen Schiffsmotoren, die übrigens auch als Zweitakt-Dieselmotoren gebaut werden.Einteilung nach dem Bewegungsablauf
Einteilung nach dem Gemischbildungsverfahren
Vor der Verbrennung müssen Kraftstoff und Luft durchmischt werden. Der Kraftstoff muss verdampfen.Einteilung nach dem Zündverfahren
Einteilung nach dem Kraftstoff
Einteilung nach der Füllungsart
Einteilung nach dem Kühlverfahren
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 Zylinderzahlen.
Im Rennsport werden auch, trotz der höheren Unwucht, V-Motoren mit 3 oder 5 Zylindern gebaut.
Es existiert eine Reihe unterschiedlicher Verbrennungsmotoren, die zum Teil unterschiedliche thermodynamische Kreisprozesse ausnutzen.Bauarten von Motoren
Ottomotor und Dieselmotor
Im Gegensatz zum Dieselmotor wird beim Ottomotor der Kraftstoff außerhalb des Zylinders mit dem zur Verbrennung benötigten Sauerstoff vermischt und durch eine Zündkerze entzündet.
Neuere Motorenentwicklungen ermöglichen eine Direkteinspritzung des Kraftstoffs, wie sie in ähnlicher Form auch beim Dieselmotor eingesetzt wird.Kreiskolbenmotor
Der Wankelmotor ist ein Kreiskolbenmotor, benannt nach Felix Wankel.
Beim Kreiskolbenmotor wird die Zylinderzahl durch die Anzahl der verwendeten Scheiben ersetzt.
Diese Scheiben rotieren in einer nur leicht oszillierenden Bewegung. Durch die Drehbewegung ergibt sich ein sehr ruhiger Motorlauf.
Der Kreiskolbenmotor ist sehr kompakt aufgebaut.
Abgesehen von der unterschiedlichen Bewegungsart entspricht das Prinzip der Krafterzeugung dem des Otto-/Dieselmotors.
Die vier Takte werden nicht während einer Auf- und Abwärtsbewegung eines Kolbens, sondern während der Drehbewegung einer Scheibe ausgeführt.Stelzermotor
Der optimal einfache Stelzermotor, benannt nach seinem Erfinder Frank Stelzer, ist ein Zweitakt-Freikolbenmotor ohne Ventile mit zwei gegenüberliegenden Brennräumen und einer dazwischen liegenden Vorverdichtungskammer.Weblinks
Siehe auch:
Stirlingmotor