|
Lexikon auf Ihrer Homepage |
|
Lexikon als Lesezeichen hinzufügen |
Ein Verbrennungsmotor ist eine Wärmekraftmaschine, die chemische Energie eines Kraftstoffs durch Verbrennung in mechanische Arbeit umwandelt. Die Verbrennung findet dabei im Verbrennungsraum statt, in dem ein Gemisch aus Kraftstoff und Umgebungsluft gezündet wird. Die Wärmeausdehnung des durch die Verbrennung heißen Gases wird genutzt, um einen Kolben zu bewegen. Geläufige Beispiele für Verbrennungsmotoren sind der Ottomotor und der Dieselmotor in Automobilen.
Dampfturbinen, Dampfmaschinen oder der Stirlingmotor werden nicht zu den Verbrennungsmotoren gezählt. Die für ihren Betrieb nötige Wärme muss nicht durch Verbrennung erzeugt werden. Auch die kontinuierlich arbeitenden Aggregate Gasturbine und Raketentriebwerk zählen üblicherweise nicht zu den Verbrennungsmotoren.
Alle Kolbenmotoren haben die vier Prozessschritte Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausstoßen gemeinsam. Je nach Bau- und Funktionsweise des Motors werden diese Vorgänge unterschiedlich gesteuert. Wichtig für die Funktion ist, dass durch die Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs das Ausdehnen bei höherem Druck geschieht als das Verdichten. Der mögliche Wirkungsgrad hängt vom Temperaturniveau ab, auf dem die Verbrennungswärme zugeführt wird, und damit vom Verdichtungsverhältnis, und erreicht in der Praxis etwa 35 % (PKW-Motoren unter Volllast, große Schiffsdiesel höher).
In der Geschichte des Motorenbaus sind viele Konzepte erdacht und realisiert worden, die nicht unbedingt in das folgende Raster passen, zum Beispiel Ottomotoren mit Direkteinspritzung oder Vielstoffmotoren (wie Diesel), aber mit Zündkerze. Im Sinne der Lesbarkeit verzichtet diese Übersicht auf Sonderfälle.
Die Bauarten können in einer großen Vielfalt kombiniert sein, beispielsweise kleinvolumige Motoren mit Rotationskolben und Schlitzsteuerung nach dem Otto-Prinzip (Wankelmotor), oder großvolumige Zwei-Takt-Dieselmotoren mit Ventilsteuerung (Schiffsdiesel).
Eine optimale Verbrennung kann nur stattfinden, wenn der Kraftstoff vollständig verdampft und mit Luft vermischt ist. Diese Gemischbildung kann beim Dieselmotor nur innerhalb, beim Ottomotor auch außerhalb des Zylinders stattfinden.
Die Fremdzündung kommt beim Ottomotor vor. Bei der Fremdzündung wird das Entzünden des Kraftstoff-Luftgemischs durch eine Zündkerze eingeleitet, optimal kurz vor dem oberen Totpunkt.
Die Selbstzündung kommt beim Dieselmotor vor. Bei der Selbstzündung wird erst reine Luft stark verdichtet und kurz vor dem oberen Totpunkt (OT) wird der Dieselkraftstoff eingespritzt. Durch die große Hitze und den hohen Druck entzündet sich der Kraftstoff selbst.
Die kontrollierte Selbstzündung wird derzeit für verschiedene Verbrennungsmotoren entwickelt. Die Gemischbildung soll intern aber früh erfolgen, damit das Gemisch bis zur Zündung gut durchmischt (homogen) ist. Dadurch werden bessere Emissionswerte erreicht.
Mit Brennverfahren bzw. Verbrennungsverfahren bezeichnet bei Verbrennungsmotoren den Ablauf, mit dem die Verbrennung des Brennstoffs im Motor erfolgt.
Hauptartikel: Kühlung (Verbrennungsmotor)
Abhängig von der Anzahl der Zylinder werden/wurden Otto- und Dieselmotoren bzw. Viertakt- und Zweitakt-Motoren gebaut als:
Die fettgedruckten Bauformen und Zylinderzahlen sind heute in Kraftfahrzeugen gebräuchlich.
Viertakt-Sternmotoren haben normalerweise immer eine ungerade Zylinderzahl im Stern. Wenn jedoch mehrere Sterne hintereinander angeordnet sind, können sie insgesamt auch eine gerade Zylinderzahl besitzen (Reihensternmotoren und Mehrfachsternmotoren). Sternmotoren mit einer geraden Zylinderzahl im Stern kommen nur mehrreihig vor (z. B. Daimler-Benz DB 604, Rolls-Royce Vulture und Allison X-4520 (mit sechs Vier-Sternen und insgesamt 24 Zylindern - entspricht 90°/90°/90°-X24), Junkers Jumo 222 und Dobrynin WD-4K (mit vier Sechs-Sternen (Hexagon) und insgesamt ebenfalls 24 Zylindern) oder Curtiss H-1640 Chieftain (mit zwei Sechs-Sternen (Hexagon) und zwölf Zylindern).
Im Motorsport werden vereinzelt, trotz der höheren Unwucht, auch V-Motoren mit ungeraden Zylinderzahlen (drei oder fünf) gebaut.
Bei langsam laufenden Großdieselmotoren gibt es teilweise auch bis zu 14 Zylinder in Reihenanordnung, sowie V-Motoren mit 20 oder 24 Zylindern.
Der Wankelmotor ist eine Bauart, die nach Felix Wankel benannt ist. Beim Wankelmotor sind zwei kinematische Formen möglich: Zum einen der Kreiskolbenmotor, bei dem ein bogig-dreieckiger Kolben in einem oval-scheibenförmigen Gehäuse mit einer nur leicht oszillierenden Bewegung auf der Exzenterwelle (entspricht praktisch der Kurbelwelle beim Hubkolbenmotor) „eiert“. Zum anderen der Drehkolbenmotor, bei dem sowohl der bogig-dreieckige Läufer als auch die oval-scheibenförmige Hüllfigur (Trochoide) um ihre Schwerpunkte rotieren.
Der Stelzer-Motor, benannt nach seinem Erfinder Frank Stelzer, ist ein Zweitakt-Freikolbenmotor. Im Stelzer-Motor wird während des gesamten Arbeitsablaufes nur der Kolben bewegt. Seine unterschiedlichen Kolbendurchmesser öffnen und schließen verschiedene Öffnungen im Gehäuse und steuern damit gleichzeitig den Gaswechsel.
In der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts wurde eine Reihe exotischer Konstruktionen entworfen, die jedoch das Prototypstadium nicht überschritten. Durch Fortschritte der Werkstoffforschung sind Lösungen für Probleme alter Konstruktionen möglich.
Wikibooks: Motoren aus technischer Sicht/ Viertaktmotor – Lern- und Lehrmaterialien
Einzylindermotor | Reihenmotor | Boxermotor | V-Motor | U-Motor | W-Motor | Y-Motor | VR-Motor | X-Motor | H-Motor | Δ-Motor
Sternmotor | Reihensternmotor | Mehrfachsternmotor | Umlaufmotor | Taumelscheibenmotor
Gegenkolbenmotor | Freikolbenmotor | Rotationskolbenmotor | Kugelmotor | Schiebermotor | Wankelmotor
